2. Схемы с однопетлевой обратной связью

Возьмем операционный усилитель К140УД22 - ОУ с хорошо согласованной парой полевых транзисторов на входе, внутренней частотной коррекцией и высокой скоростью нарастания выходного напряжения.

Частота единичного усиления f₁ составляет порядка 10 МГц.

1. А

   R₂

   нализ масштабного усилителя в режиме малого сигнала

R₁

• оценка площади усиления

• оценка областей значений R₁,R₂ в зависимости от К_U, F_В, I_ВХ

Коэффициент усиления для масштабного усилителя можно рассчитать, как:

где – частота единичного усиления, – верхняя частота.

Для нахождения воспользуемся формулой:

Их чего следует:

Выберем = 1 пФ. Тогда КОм, КОм

15 КОм – предельная величина сопротивления R₁, при которой на полосу пропускания не влияют паразитные емкости и выбор резистора R₂.

• о ценка дрейфа нуля

При заземленном входе за счет ассиметрии ОУ на выходе возникнет , часть которого по цепи ОС будет приложена к инвертирующему входу.

Принимая во внимание следующее ограничение:

Подставив соответствующие данные, получим ограничение:

Если данное условие выполняется, то балансировку 0 выполнять не требуется, если же превышает ограничивающее значение, то требуется выполнять балансировку 0.

Расчет дрейфа 0 с учетом температуры:

Учитывая диапазон рабочей температуры , получаем температурный дрейф напряжения смещения:

Из этого можно вывести, что .

2. Анализ масштабного усилителя в режиме большого сигнала

• оценка площади усиления

• оценка максимальной амплитуды входного сигнала в зависимости от К_U;

При воздействии синусоидального сигнала на выходе ОУ имеем:

Скорость нарастания выходного сигнала:

Из этого получаем:

При этом максимальная скорость нарастания выходного сигнала наблюдается при и не может превышать быстродействие ОУ:

Далее получаем выражение для максимального неискаженного выходного сигнала:

Также известно, что:

В этом случае выражение для максимальной амплитуды входного сигнала примет следующий вид:

И, соответственно, получаем выражение для входного напряжения:

3. Анализ интегратора

• определение минимальной и максимальной длительности входного сигнала в зависимости от его амплитуды при погрешности интегрирования 0.1% (без учета и с учетом входного тока и напряжения смещения нуля);

Без учета погрешностей:

Прямоугольный сигнал:

• U_m

• t

Зависимость выходного сигнала от его амплитуды в данном случае записывается так:

Исходя из этого, получаем формулу для максимального времени интеграции без учета потерь:

Синусоидальный сигнал:

• K

• w

Коэффициент передачи по напряжению в данном случае равен:

C учетом К, зависимость выходного сигнала от его амплитуды в данном случае, записывается так:

С учетом погрешностей:

От входного тока:

Весь ток проходит через емкость, т.к. напряжение через точку (1) равно 0. Значит, заряд накапливаемый емкостью за время равен:

Полезный заряд на емкости:

Поделив первое на второе, получим отношение для погрешности:

Учтем, что ток на входе равен:

Подставляя погрешность 0,001, получим:

От смещения нуля:

Погрешность определяется отношением:

Подставляя погрешность 0,001, получим:

Но для исследуемого ОУ входное напряжение не более 11 В, значит для соответствия характеристикам погрешность должна быть на несколько порядков меньше 0,1%.