Запорожец  Издания 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 [ 40 ] 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106

.6. Зависимость шкалы выходных напряжений

от частоты

Величина шкалы напряжений на выходе ОУ на высоких частотах имеет важное значение. Вообще говоря, на высоких частотах она уменьшается, как это показано на фиг. 6.13. На

-«о

I /6

1 1 1111

± 15 В

о =25С

Hfj =ЮнОм

=30п<Р

1н Юк /ООк /М Частота, Fif

АО 36

32 26 24 20 16 12 в

А О ЮО

ii j 1 111 m=i.l5B

>?

/к Юн ЮОк Частота, Гц


Частота, МП/

•Фиг. 6.13. Зависимость шкалы выходных напряжений от частоты для нескорректированного ОУ 777 (й), ОУ 741, имеющего внутреннюю коррекцию (б), и нескорректированного быстродействующего ОУ 715 (в).

фиг. 6.13, а представлены характеристики ОУ типа 777 для двух различных значений корректирующей емкости скорр. Заметим, ЧТО при использовании скорр == 30 пФ шкала выходных напря-



жений резко уменьшается на частоте выше 10 кГц. Вместе с тем при использовании внешнего (навесного) конденсатора Скорр = 3 пФ полоса пропускания увеличивается так же, как она увеличивалась в схеме фиг. 6.5 при меньших значениях корректирующих конденсаторов. Кроме того, теперь шкала выходных напряжений не уменьшается вплоть до частоты 100 кГц.

На фиг. 6.13,6 приведена частотная зависимость шкалы выходных напряжений ОУ 741, имеющего внутреннюю коррекцию. Из этой характеристики видно, что внутренняя коррекция ограничивает не только полосу пропускания, но и шкалу выходных напряжений. Однако следует помнить, что внутренняя коррекция имеет огромные преимущества в измерительных схемах при работе на низких частотах. Она облегчает нам выполнение задачи, так как в этом случае не нужно прибегать к внешней коррекции, а также гарантирует стабильность (устойчивость) работы схемы. ОУ с большей скоростью нарастания, применяемые в быстродействующих схемах, как и следовало ожидать, имеют в области высоких частот хорошую шкалу выходных напряжений (фиг. 6.13,б).

Пример 6.4

Если ОУ в схеме фиг. 6.8 - типа 741 с постоянными напряжениями питания ±15 В, = 10 кОм, а потенциометр установлен на нуль, то при каких из следующих входных сигналов низкой частоты будет происходить ограничение сигналов на выходе этой схемы (предполагается, что произведена предварительная настройка нуля усилителя и что входные сигналы не содержат постоянной составляющей): а) 1 Гц-10 кГц с двойной амплитудой до ±1 В; б) I Гц-100 кГц с двойной амплитудой до ±1 В; в) 1 Гц- 100 кГц с двойной амплитудой до ±10 мВ.-»

Ответ. При сопротивлении потенциометра О Ом общее сопротивление обратной связи равно 10 кОм. Так как усилитель инвертирующего типа, его коэффициент усиления Кос = = -Roc/Ri = -10 кОм/1 кОм = -10. При таком усилении полоса проп>скания ОУ 741 составляет приблизительно 100 кГц (фиг. 6.7). Все три сигнала имеют частоту, находящуюся в пределах полосы пропускания данной схемы. Поэтому можно сконцентрировать внимание на частотной характеристике шкалы выходных напряжений.

а) При входном сигнале 1 Гц-10 кГц с двойной амплитудой ±1 В выходное напряжение будет иметь размах до ±10 В, Так как ОУ 741 способен выдавать сигнал с двойной амплитудой 28 В (пиковое значение 14 В) на частотах вплоть до 10 кГц, то ограничения выходного сигнала происходить не будет.

б) При входном сигнале 1 Гц-100 кГц с двойной амплитудой ±1 В выходной сигнал стремится достичь ±10 В во всем



указанном частотном диапазоне. Однако в соответствии с кривой фиг. 6.13,6 на частотах свыше 15 кГц выходной сигнал ограничивается. Горизонталь, проведенная на уровне двойной амплитуды 20 В (амплитудное значение 10 В), пересекает эту кривую в точке с абсциссой примерно 15 кГц. Таким образом, входные сигналы с амплитудой 1 В ограничиваются в большей или меньшей степени в зависимости от того, насколько частота сигнала превышает 15 кГц.

в) При входном сигнале 1 Гц-100 кГц с двойной амплитудой dzlO мВ выходной сигнал имеет размах до dzlOO мВ. Ограничения выхода здесь не наблюдается, поскольку шкала выходных напряжений ОУ741 составляет приблизительно 2 В (двойная амплитуда) до частоты 100 кГц. Это намного превышает -tlOO мВ, которые мы намерены получить от схемы.

6.7. Шумы

в гл. 5 наводимый фон переменного тока частотой 60 Гц рассматривался как шум. Действительно, любой нежелательный сигнал, смешивающийся с полезным сигналом, представляет собой шум. Шумовые наводки не ограничиваются сигналами частотой 60 Гц от близко расположенного силового оборудования. Часто они вызываются и другими причинами искусственного происхождения, такими, как искрение дуговых переключателей, щеток электродвигателей и систем зажигания автомобилей. Природные явления, например молнии, также могут вызывать шумовые наводки. Наводимые напряжения шумов, как показано в гл. 5, можно сделать синфазными и таким образом значительно уменьшить их величину на нагрузке ОУ по отношению к полезным сигналам.

Термин шумы часто используют и для обозначения случайных переменных напряжений и токов, генерируемых в проводниках и полупроводниках. Такого рода шумы, связанные с ОУ и вообще с усилителями, ограничивают их чувствительность к сигналу, в том случае, если необходимо усилить очень слабые сигналы, следует использовать очень большой коэффициент усиления в ОУ с ОС. Однако при очень больших коэффициентах усиления шумы наряду с сигналами усиливаются до такой степени, что на выходе они становятся соизмеримыми. Если шумы, имеющие случайный характер, подать на громкоговоритель, то мы услышим свистящий или шипящий звук.

Шумовые явления, связанные с ОУ и твердотельными усилителями, бывают трех видов: дробовые шумы, или шумы Шоттки, тепловые шумы, называемые также шумами Джонсона, и флик-кер-шумы, т. е. шумы вида 1 .



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 [ 40 ] 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106