2.4.2. Сдвиг из-за входного тока оу

Будем теперь считать, что ЭДС смещения нуля Е_см = 0 и выясним влияние входных токов ОУ, которые являются постоянными токами баз транзисторов входного ДК. Приводимый в справочниках ток I_вх является средним арифметическим этих токов и не превышает единиц микроампер.

В любой схеме ток инвертирующего входа, протекая через R₁||R₂ (они включены для него параллельно), создает на них некоторое постоянное напряжение, которое, усиливаясь, передается на выход. На входе ОУ оно почти полностью компенсируется благодаря глубокой отрицательной ОС через R₂. Поэтому U_вх.д = 0, а, следовательно, ток I_вх через R₁ (рис.8,а) не протекает. Он весь протекает через R₂ под действием выходного напряжения сдвига, которое равно

U_вых.0β = I_вх R₂. (7)

Чтобы уменьшить этот сдвиг нуля, приходится ограничивать сопротивление R₂ или применять ОУ с малыми I_вx. Для уменьшения I_вx во входном ДК часто используют транзисторы со сверхвысоким коэффициентом усиления по току β (транзисторы типа супербэта), составные или полевые транзисторы. Однако при применении полевых транзисторов ЭДС Е_см оказывается больше, так как они не получаются столь же идентичными между собой как биполярные.

Сдвиг, вызываемый входным током, можно скомпенсировать, если в вывод неинвертирущего входа включить добавочный резистор, сопротивление которого R₃ = R₁||R₂ (рис.8,б). Тогда сопротивления между любым из входов ОУ и землей оказываются одинаковыми, и входные токи в случае их равенства создают на них одинаковые напряжения, которые взаимно компенсируются, и дифференциальное входное напряжение оказывается равным нулю.

2.4.3. Учет разности входных токов

На практике токи инвертирующего и неинвертирующего входов ОУ не точно равны. Их разность обозначается ΔI_вх. Очевидно, что вызванное этой разностью напряжение сдвига на выходе можно определить по формуле, аналогичной (7):

U_вых.0β = ±ΔI_вx R₂ . (8)

Для компенсации этого сдвига нужно подстраивать R₃.

При определении полного сдвига нуля на выходе необходимо ориентироваться на худший случай, т.е. считать, что сдвиги (6) и (7) складываются, несмотря на то, что полярность Е_см неизвестна. Так как ΔI_вx < I_вх в несколько раз, то сдвиг от ΔI_вx можно не учитывать, если в схеме нет R₃, т.е. не компенсируется сдвиг от I_вх.

2.4.4. Ручная балансировка нуля

Для устранения сдвига нуля выходного напряжения иногда применяют его компенсацию путем подачи на вход ОУ небольшого постоянного компенсирующего напряжения, величину и полярность которого устанавливают ручной подстройкой потенциометра. Однако сдвиги нуля подвержены температурной и временной нестабильности. Поэтому точная подстройка со временем нарушается.

2.5. Простейшая запаздывающая коррекция

При отрицательной ОС, с которой применяются ОУ, фазовый сдвиг петлевого усиления разомкнутой петли ОС на средних частотах составляет ровно 180⁰. На верхних частотах к нему добавляется еще частотно-зависимая составляющая φ_к < 0 фазового сдвига, вносимая усилителем. Так как ОУ многокаскадный, то его частотно-зависимый фазовый сдвиг на верхних частотах достигает -180⁰ уже на той частоте, на которой усиление еще не очень мало, т.е. коэффициент петлевого усиления Т ≥ 1. Следовательно, на этой частоте одновременно выполняются и баланс фаз и баланс амплитуд и наступает самовозбуждение.

Д ля предотвращения самовозбуждения последовательно с ОУ (блоком К на рис.9,а) можно включить корректирующую RC-цепь (рис.9,6), ослабляющую верхние частоты.

Верхняя граничная частота цепи ω_RC = 1/RC берется во много раз меньше, чем верхняя граничная частота усилителя ω_К (рис.10). Благодаря этому коэффициент передачи цепи K_RC (рис10,б) на верхних частотах ОУ очень мал и коэффициент петлевого усиления Т < 1, т.е. перестает выполняться баланс амплитуд и самовозбуждение прекращается. На нижних частотах самовозбуждение также невозможно, так как φ_RC<90°, φ_к = 0, т.е. не выполняется баланс фаз: φ_T<180° (φ_T = φ_к + φ_RC).

Такая коррекция называется запаздывающей, так как RC-цепь вносит запаздывание по фазе (и по времени). На практике, вместо RC-цепи, включают только конденсатор C, шунтируя им на землю какую-либо точку внутри ОУ, через которую проходит сигнал. Тогда в роли R оказывается эквивалентное сопротивление между этой сигнальной точкой и землей. Чтобы требуемая емкость конденсатора С была меньше, его подключают к самой высокоомной сигнальной точке внутри ОУ.

Рис.10

Недостатком этой коррекции является необходимость делать ω_RC << ω_K, что сильно понижает верхнюю граничную частоту тракта прямой передачи (блоки К, RC). Если емкость коррекции недостаточна, т.е. условие ω_RC << ω_K не выполняется, то частота единичного петлевого усиления Т оказывается столь высокой, что на ней фазовый сдвиг φ_К уже значителен, и ОС здесь становится положительной. Это создает относительный подъем в некоторой части характеристики. Дальнейшее уменьшение емкости С приводит сначала к увеличению подъема, а затем и к самовозбуждению усилителя.

В области нижних частот ОУ не вносит фазовых сдвигов, так как не содержит разделительных конденсаторов. Поэтому из-за охвата ОС самовозбуждение на этих частотах не возникает.