4.1.2. Дрейф нуля в упт

Появление дрейфа нуля легко пояснить на примере трехкаскадного УПТ, структурная схема которого приведена на рис. 4.4. Пусть коэффициенты усиления по напряжению всех каскадов равны 10, т.е. все каскады одинаковы (K₁ = K₂ = K₃ = 10), а общий коэффициентK_ = K₁K₂K₃ = 1000. Пусть в каждом каскаде режим покоя может изменяться на одинаковую величинуU₁ =U₂ =U₃ = 0,1 В, что для усилителей переменного тока характеризует хорошую стабильность режима покоя (малую величинуS). Однако в УПТU₁, возникшее в первом каскаде, передается и усиливается всеми последующими каскадами. В результате на выходе усилителя с учетомU₂ иU₃ появляется изменение выходного напряженияU_вых (при отсутствии входного сигнала, т.е. приU₁= 0):

U_вых =U₁ K₂ K₃ + U₂ K₂+ U₃ = 11,1 В. (4.5)

Вот это изменение выходного напряжения U_вых при отсутствии полезного сигнала на входе усилителя называют абсолютным дрейфом нуляU_др :

U_др = .

Основную долю в U_др согласно (4.5) составляет дрейф нуля, обусловленный первым каскадомU₁K₂K₃ = 10 В. Наиболее универсальным показателем дрейфа нуля, характеризующим качество УПТ независимо от числа каскадов, является приведенный (ко входу) дрейф нуля U_др, который определяется делением абсолютного дрейфа нуля на коэффициент усиления:

U_др=U_др/ K . (4.6)

Так, любой каскад усилителя и весь усилитель, показанный на рис.4.4, имеют одинаковый приведенный дрейф нуля:

U_др= 11,1/ 1000 = 0,011 В, U_др1=U_др2= 0,1/ 10 = 0,01 В.

Приведенный дрейф относят ко времени и оценивают как 10 мВ/мин, 0,5 В/ч и т.д. Для полупроводниковых УПТ (всех типов) дрейф нуля обусловливается в основном изменением температуры, поэтому вводится приведенный дрейф, относящийся к изменению температуры, напримерU_др= = 1 мВ/град, 10 мкВ/град и т.д.

Следует иметь в виду, что рассмотренные в предыдущих разделах усилители переменного тока (УНЧ) имеют большой дрейф нуля и почти не пригодны для УПТ. В доинтегральной электронике создавалось много всевозможных специальных схем УПТ, часто довольно сложных, позволяющих уменьшить дрейф нуля до приемлемой величины. Наименьший дрейф нуля получали в УПТ с двойным преобразованием сигнала, в которых входной сигнал постоянного тока преобразовывался в сигнал переменного тока, затем усиливался усилителем переменного тока, а на выходе снова преобразовывался в сигнал постоянного тока.

Однако сейчас проблема создания УПТ эффективно решается микроэлектронными средствами. Особенно продуктивно используются для УПТ микроэлектронные дифференциальные усилители (ДУ) и операционные усилители (ОУ). Поэтому в дальнейшем в качестве УПТ будут подробно рассмотрены только ДУ и ОУ, поскольку упомянутые ранее дискретные УПТ практически утратили свое значение.

Сразу следует отметить, что и ДУ, и ОУ имеют намного более широкую область применения, чем УПТ. Так, ОУ, являющиеся многоцелевыми микроэлектронными усилителями, могут выполнять все простые аналоговые функции, а также математические операции. В частности, при помощи ОУ осуществляются функции УНЧ, УВЧ, ПЧ, УПТ, генерирования колебания, преобразования формы и частоты сигнала, усиления мощности, сравнения сигналов и др. На базе ОУ реализуются суммирующие, интегрирующие, дифференцирующие, логарифмирующие и другие усилители.

Усиление сигналов постоянного тока (УПТ) является лишь одной из многочисленных операций, выполняемых при помощи ОУ. Поэтому в этой главе, кроме УПТ, будут рассмотрены некоторые другие варианты применения ОУ, наиболее часто встречающиеся на практике.