Материал: 832

126

12 ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

12.1 Инвертирующий усилитель постоянного тока

В инвертирующем УПТ (рис. 12.1, а) резистор R3 поставлен для улучшения температурной стабильности режима (уменьшения ошибок сдвига и дрейфа нулевого уровня) и может отсутствовать. Операционный усилитель охвачен параллельной ООС по напряжению.

Рис. 12.1 – Схема инвертирующего масштабного УПТ

Для идеального ОУ коэффициент усиления УПТ определяется соотношением (11.14) при Z1=R1, Z2=R2. Следовательно,

КОС R2. Такой усилитель инвертирует входной сигнал и из-

R1

меняет его масштаб пропорционально отношению сопротивлений резисторов в цепи обратной связи. В измерительной технике его называют масштабным усилителем.

Относительная погрешность коэффициента усиления за счет неидеальности резисторов (учитывающая их технологические и температурные погрешности R1 и R2)

127

где R – относительная погрешность резисторов.

Для повышения точности масштабного усилителя в цепи ООС используются прецизионные резисторы с одинаковыми температурными коэффициентами сопротивления.

С учетом конечности коэффициента усиления K реального ОУ (см. сигнальный граф, представленный на рис. 12.1, б) уточненное значение KОС можно записать в виде

K

Относительная погрешность KОС за счет нестабильности коэффициента усиления K операционного усилителя зависит от глубины обратной связи 1 K A KKОС :

где K К – относительная нестабильность коэффициента уси-

К

ления операционного усилителя K. При изменении температуры окружающей среды на десятки градусов она может составлять десятки процентов.

Например, при K 105, KОС 100, K 50 % получаем

50 100

K 0,05 %.

105

Возможная величина сдвига нулевого уровня (значение выходного напряжения при нулевом входном напряжении УПТ) оп-

Рис. 12.2 – Эквивалентная схема для оценки сдвига нулевого уровня

Резистор R3 вводится в усилитель с целью уменьшить погрешность сдвига от входных токов I+ и I . В случае равенства этих токов полная коррекция погрешности достигается при R3 R1R2. Однако в общем случае входные токи ОУ не равны друг другу. Имеется не равный нулю разностный входной токIвх I I . Поэтому при выполнении условия компенсации можно записать соотношение (12.1) в виде

С помощью балансировки нуля при комнатной температуре погрешность сдвига можно скорректировать до нуля. Но при изменении температуры окружающей среды может появиться погрешность дрейфа за счет температурной нестабильности Uсм иIвх ( Т – диапазон изменения температуры):

Входное сопротивление УПТ (как усилителя с параллельной ООС)

Выходное сопротивление УПТ (как усилителя с ООС по напряжению)

Rвых rвых .

1 K

Если передаточная функция операционного усилителя описывается выражением

К р К , 1 р оу

где оу К2 f1 – постоянная времени ОУ, то передаточную функцию инвертирующего УПТ можно записать в виде