Напряжение смещения и коэффициент усиления с разомкнутым контуром обратной связи
16 июля 2018
управление питаниемTexas Instrumentsстатьяинтегральные микросхемы
Статья является частью руководства, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей (ОУ) – от выбора типа ОУ до тайных приемов опытного разработчика и хитростей отладки. Руководство написано Брюсом Трампом, инженером-разработчиком с почти тридцатилетним стажем, успевшим до Texas Instruments поработать в легендарной компании Burr-Brown. В настоящее время Трамп является ведущим блогером информационного ресурса Texas Instruments “E2E” по аналоговой тематике и готовит к печати книгу об операционных усилителях.
Мы публикуем перевод руководства Трампа на нашем сайте регулярно — дважды в месяц.
Подписаться на получение уведомлений о публикации новых глав
Всякий, изучавший электронику, знаком с понятием напряжения смещения.
Напряжение смещения операционного усилителя равно выходному напряжению в схеме с единичным усилением G = 1 (рисунок 9а). При выполнении моделирования для учета влияния напряжения смещения может быть использован дополнительный источник постоянного напряжения, подключенный ко входу усилителя. В схеме с единичным усилением G = 1 это смещение передается напрямую на выход. В схеме с высоким коэффициентом усиления на рисунке 9б выходное напряжение составляет 1000 Vos. Так ли это? Почти, но не совсем. Понимание этого «не совсем» поможет разобраться с частыми ошибками в схемах с ОУ.
Рис. 9. Выходное напряжение смещения при G = 1 В/В (a) и G = 1000 В/В (б)
В первой схеме выходное напряжение было очень близким к средней точке (здесь подразумевается биполярное питание). Это – выходное напряжение, при котором компания Texas Instruments определяет и проверяет напряжение смещения. Но во второй схеме при входном смещении в несколько милливольт на выходе может быть напряжение в несколько вольт.
Таким образом мы рассматриваем коэффициент усиления в разомкнутом контуре как изменение напряжения смещения при изменении выходного напряжения. Этот подход позволяет интуитивно оценить величину ошибки. Характер этой ошибки может также иметь значение. Чтобы измерять напряжение смещения и усиление с разомкнутым контуром, следует использовать схему двухкаскадного усилителя. С ее помощью можно контролировать выходное напряжение и измерять напряжение смещения. Если постепенно изменять выходное напряжение в пределах всего выходного диапазона, то изменение напряжения смещения обычно выглядит примерно так, как показано на рисунке 10.
Рис. 10. Напряжение смещения как функция от выходного напряжения
Обратите внимание, что наибольшая скорость изменения напряжения смещения наблюдается вблизи положительной и отрицательной границ диапазона. Усилителю приходится «напрячься», чтобы обеспечить максимальное выходное напряжение. Рост коэффициента усиления с разомкнутой обратной связью выше в середине диапазона и падает, когда напряжение на выходе приближается к крайним точкам. При разработке схем необходимо учитывать эту особенность. Вблизи граничных значений выходного напряжения происходит более резкое увеличение напряжения смещения.
Производители операционных усилителей по-разному определяют коэффициент усиления с разомкнутой обратной связью (AOL). Для своих прецизионных ОУ компания TI использует усреднение значений коэффициента усиления в широком диапазоне выходных напряжений для получения хорошей линейной зависимости (красная линия на рисунке 10). Пример отражения этих характеристик в документации – в таблице 2.
Таблица 2. Значение коэффициента усиления с разомкнутым контуром для нагрузки различного типа
| Коэффициент усиления с разомкнутой обратной связью | Условие тестирования | Мин. | Тип. | Макс. | Единицы измерения |
|---|---|---|---|---|---|
| Коэффициент усиления с разомкнутой обратной связью AOL | (V-) + 0,5 В < V0 < (V+) – 0,5 В*, RL = 10 кОм** | 100 | 120 | – | дБ |
| (V-) + 0,5 В < V0 < (V+) – 0,5 В*, R |
90 | 116 | – | дБ | |
| * – минимальное значение AOL гарантируется при размахе выходного напряжения от (V-) +0,5 В до (V+) -0,5 В ** – значение AOL приведено для двух значений нагрузки. При нагрузке 10 КОм коэффициент усиления выше |
|||||
Когда усилитель работает с перегрузкой (при приложении большого напряжения смещения), выходное напряжение будет приближаться к граничным значениям.
Иногда выходное напряжение будет превышать значения из диапазона, указанного в таблице 2. Например, в таблице 3 приведено значение выходного напряжения с перегруженным входом. Разработчики компании TI называют эту характеристику «характеристикой выталкивания». Такое название подчеркивает, что вход перегружен, а напряжение на выходе пытается максимально близко «протолкнуться» к граничным значениям. Оба типа спецификаций полезны в зависимости от требований конкретного приложения. В данном случае важно правильно интерпретировать приведенные параметры.
Таблица 3. Пример величины выходного напряжения при перегруженном входе
| Выход | Условие тестирования | Мин. | Тип. | Макс. | Единицы измерения |
|---|---|---|---|---|---|
| Отклонение выходного напряжения от уровня напряжения питания | RL = 10 кОм | 0,2 | 0,15 | – | В |
| RL = 2 кОм | 0,3 | 0,2 | – | В |
Оригинал статьи
- Диапазоны входных и выходных рабочих напряжений ОУ.
Устраняем путаницу
- Что нужно знать о входах rail-to-rail
- Работа с напряжениями близкими к земле: случай однополярного питания
Устраняем путаницуПеревел Вячеслав Гавриков по заказу АО КОМПЭЛ
•••
Усилители с электронным управлением
Усилители данного типа используются для автоматической подстройки или регулировки коэффициента усиления усилителей, например , усилителей биопотенциалов. Они выполняются в виде отдельного блока и устанавливаются в качестве промежуточного каскада в тракте усиления. Как правило, коэффициент усиления каскада может изменяться в пределах от 0 до 1 , или от 1 до некоторого предельного значения, что определяется особенностями схемных решений.
1.1 Усилители с аналоговым управлением
Аналоговое управление подразумевает
изменение коэффициента усиления усилителя под действием электрического сигнала. Для этих целей необходимо использовать активный элемент, сопротивление которого практически линейно изменяется при изменении управляющего напряжения.
Рисунок 1.1 — Управляемый транзисторный усилитель
Простейшая схема, приведенная на рис.1.1 представляет собой однокаскадный транзисторный усилитель, в цепи эмиттера которого установлен полевой транзистор VT2. Cопротивление «сток-исток» транзистора формирует сигнал отрицательной обратной связи по току, от величины которой зависит коэффициент усиления в соответствии с выражением:
Схема хорошо ведет себя при усилении переменных сигналов , обеспечивая изменение коэффициента усиления в пределах 1-2 декад. В схемах усилителей постоянного тока, например усилителей биопотенциалов, целесообразно использовать регулируемые схемы на основе операционных усилителей.
Рисунок 1.
2 — Неинвертирующий управляемый усилитель
На рис.1.2 представлена схема неинвертирующего усилителя на ОУ , в котором в качестве одного из резисторов используется сопротивление «сток-исток» полевого транзистора. Коэффициент усиления усилителя будет определяться как:
а так как RС-И = f (UУПР), то и коэффициент усиления будет изменяться в зависимости от управляющего напряжения. Диапазон изменения колеблется от нескольких единиц до нескольких десятков. Ограничения накладываются ввиду необходимости поддерживать напряжение «сток-исток» в пределах, не превышающих величины нескольких десятков милливольт. При увеличении напряжения полевой транзистор выходит из режима управляемого сопротивления и режим управления коэффициентом усиления нарушается. Кроме того, в схеме отсутствует компенсация влияния токов смещения на параметры усилителя, что может оказать существенное влияние на величину погрешности прецизионных усилителей.
Управляемый усилитель рис.1.3 выполнен на базе инвертирующего усилителя. Транзистор VT1 подключен параллельно резистору R1 и их суммарное сопротивление
будет изменяться при изменении управляющего напряжения UУПР.
Рисунок 1.3 — Неинвертирующий управляемый усилитель
Коэффициент усиления усилителя:
зависит от управляющего напряжения, однако эта зависимость будет нелинейной. В отличие от схемы рис.1.2 в данном усилителе предусмотрена компенсация погрешности от токов смещения. Для этой цели установлены резистор R1и транзистор VT2 в цепи неинвертирующего входа. Если транзисторы VT1 иVT2 идентичны, то при изменении управляющего напряжения сопротивления в цепи инвертирующего и неинвертирующего входов всегда будут оставаться равными по величине и погрешность от токов смещения будет минимальной.
Рисунок 1.
4 — Усилитель с переменным коэффициентом усиления
В схеме рис.1.4 , как и в предыдущих схемах, полевой транзистор работает в качестве переменного резистора, управляемого напряжением. Так как дифференциальное напряжение операционного усилителя не превышает нескольких милливольт, сопротивление полевого транзистора под действием управляющего напряжения может линейно изменяться в диапазоне нескольких декад, обеспечивая широкий диапазон регулировки коэффициента усиления.
1.2 Усилители с цифровым управлением
Усилители данного типа реализуются на основе операционных усилителей. В качестве программируемого элемента используется цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), сопротивление резистивной матрицы которого (RМ) изменяется в зависимости от цифрового кода .Наиболее широко в схемах с программируемым коэффициентом усиления используется микросхема К572ПА1.
Рисунок 1.
5 — Программируемый усилитель с ЦАП в обратной связи ОУ
На рис.1.5 ЦАП типа К572ПА1 (рис.10.53), построенный на основе матрицы R – 2R, включен таким образом, что сопротивление резистивной матрицы RМ находится в цепи обратной связи операционного усилителя, а входной сигнал подается на внешний вывод внутреннего резистора RОС ЦАП (вход 16 ), величина которого равна RОС R. Таким образом формируется инвертирующий усилитель с переменным сопротивлением в цепи обратной связи. В схеме выходное напряжение усилителя выполняет роль опорного напряжения ЦАП, а ток в цепи обратной связи IОС = UВЫХ / RМ , где
Величины ai в данном выражении принимают значения 0 или 1 в зависимости от того, какое напряжение ( логическая 1 или логический 0) подается на соответствующий цифровой вход ЦАП.
В соответствии с принципом работы инвертирующего усилителя , коэффициент усиления по напряжению схемы рис.
1.5
Когда на всех цифровых входах логические единицы ( все аi = 1) , коэффициент усиления схемы минимален и равен КU = 0,999. При наращивании цифрового кода коэффициент усиления возрастает и достигает максимального значения КU =1024, когда содержится логическая единица только в младшем разряде (а10 = 1), а во всех остальных логические нули.
Другой вариант схемы усилителя с цифровым управлением представлен на рис.11.6. Здесь в цепь обратной связи включается внутренний резистор RОС, содержащийся в структуре ЦАП, а программируемая резистивная матрица RМ используется в качестве входного резистора. Как и схеме рис.11.5 ОУ включен по схеме инвертирующего усилителя, сопротивление которого RОС R < RМ
Рисунок 1.6 — Программируемый усилитель с ЦАП на входе
При этом:
Нетрудно увидеть, что коэффициент усиления схемы рис.
1.6 максимален (КU=1) если на все цифровые входы ЦАП поданы логические единицы, т.е. все ai = 1. Если же a10 = 1, а все остальные аi = 0, то коэффициент передачи будет минимален и равен КU 10-3.
Следует отметить , что в обеих схемах рассмотренных программируемых усилителей значение коэффициента усиления не определено , когда во всех разрядах цифрового входа установлены логические нули. Кроме того, при использовании некоторых типов операционных усилителей возможно возникновение самовозбуждения схемы при определенных цифровых кодах на входе. Для исключения этого нежелательного явления обычно достаточно включить между инвертирующим и неинвертирующим входами конденсатор емкостью порядка 100пФ. В прецизионных схемах для уменьшения влияния входного тока ОУ на коэффициент передачи неинвертирующий вход необходимо заземлить через резистор 10кОм для микросхем К572ПА1 и 30 кОм для К572ПА2 (заземляющий резистор должен быть равен сопротивлению R внутренней матрицы R-2R).
Нравится
Твитнуть
Казначей Sprague представляет инициативу Ohio Gains по модернизации инвестиционных стратегий
Связанные выпуски 26.01.2022 — Заявление казначея штата Огайо Роберта Спрэга о… Подробнее
Теги
Огайо Гейнс
29.09.2021
КОЛУМБУС – Казначей Роберт Спрэг объявил о новой инициативе штата Огайо, которую объявил Гейнс. Предложение сосредоточено вокруг трех новых инвестиционных реформ, которые помогут усилить поддержку сельскохозяйственного сообщества штата, систем здравоохранения и высших учебных заведений.
«Инициатива Ohio Gains — это возможность проявить смелость и реализовать новые и инновационные инвестиционные стратегии, чтобы обеспечить более процветающее будущее для штата Бакай», — сказал казначей Спраг. «Используя финансовый опыт нашего офиса и раскрывая возможности Казначейства, мы можем создать значительные возможности для экономии средств для наших отечественных предприятий и учреждений.
Благодаря этому модернизированному подходу казначейство работает над укреплением финансового фундамента штата Огайо на годы вперед».
Законодательство, включающее три предложенные реформы, вскоре будет представлено в Сенате Огайо сенаторами Майклом Рулли и Джерри Чирино и в Палате представителей Огайо представителями Д.Дж. Сверинген и Андреа Уайт.
«Мы все можем согласиться с тем, чтобы налоговые доллары Огайо работали в Огайо, — сказал сенатор штата Майкл Рулли. «В партнерстве с Treasurer Sprague мы можем использовать новые финансовые стратегии, которые делают все возможное для поддержки наших фермеров, больниц и университетов. Я горжусь тем, что вместе с моим коллегой, сенатором Чирино, представляю и поддерживаю этот очень важный законодательный акт».
«Я горжусь тем, что сотрудничаю с казначеем Спрагом и представителем Уайтом в реализации этого закона и продвижении инициативы Ohio Gains», — сказал представитель штата Д.Дж. Сверинген. «Благодаря этим усилиям мы работаем над тем, чтобы безопасно инвестировать больше наших казначейских долларов в фермы, больницы и государственные университеты Огайо.
Инвестиции в предприятия и учреждения, расположенные в Огайо, — это здравый смысл в построении более сильного Огайо».
Законодательство внесет реформы в следующих трех областях:
Модернизация программы Ag-LINK:
На протяжении десятилетий программа связанных вкладов Ag-LINK помогала фермерам и агропредприятиям штата Огайо снижать затраты на ведение бизнеса за счет снижения процентных ставок по новым или существующим кредитам. Однако закон Огайо в настоящее время ограничивает кредиты для каждого заемщика до 150 000 долларов в год, что удерживает многих от участия в программе.
Предлагаемый закон устранит существующие ограничения программы, поэтому сельскохозяйственное сообщество Огайо получит доступ к достаточному объему дешевого капитала, когда они больше всего в нем нуждаются. Отмена ограничений также приведет Ag-LINK в соответствие с другими программами связанных депозитов, доступными через офис казначея.
Кроме того, сельскохозяйственные кооперативы впервые в истории программы станут правомочными заемщиками Ag-LINK, еще раз признав ценный вклад, который они вносят в экономику Огайо.
Сокращение расходов для больниц Огайо:
Обязательство по требованию с переменной процентной ставкой (VRDO) — это инструмент заимствования, обычно используемый крупными учреждениями, в том числе некоторыми крупными системами больниц Огайо, для финансирования капитальных проектов. Использование VRDO для выпуска долговых обязательств требует, чтобы организация выступала в качестве «покупателя последней инстанции», фактически соглашаясь приобрести долг, если рынок не найдет инвесторов.
В то время как крупные банки Уолл-Стрит обычно выполняют эту функцию, Казначейство Огайо может использовать свою сильную позицию ликвидности, чтобы взять на себя эту роль от имени больничных систем Огайо и снизить их общую стоимость заимствований.
Предложение было протестировано в 2020 году и доказало свою эффективность. В соответствии с законодательством Огайо, уже имеющее право на участие в программе, Казначейство вступило в партнерство с Кливлендской клиникой.
«С октября прошлого года клиника Кливленда воочию убедилась в положительном влиянии поддержки ликвидности казначеем на VRDO клиники. Эта инициатива помогла клинике добиться более выгодных цен и условий ликвидности, а также диверсифицировать поставщиков ликвидности», — сказал финансовый директор Cleveland Clinic Стив Гласс. «Наши облигации серии 2013B-1 также продолжали переоцениваться с доходностью на уровне или ниже других наших сопоставимых обязательств с плавающей ставкой, что привело к снижению стоимости капитала для Cleveland Clinic. Мы поддерживаем предложение казначея Спрэга о распространении этой программы на другие подходящие организации, использующие VRDO».
Предлагаемое законодательство распространит эту возможность экономии на большее количество больничных систем штата Огайо и других крупных организаций, использующих VRDO.
Сокращение расходов для государственных университетов штата Огайо:
В соответствии с действующим законодательством штата Огайо долг четырехлетних государственных университетов штата является приемлемой инвестицией для Казначейства штата Огайо.
Предлагаемый закон о доходах штата Огайо позволит учреждениям использовать свою государственную долю инструкций (SSI) при выпуске долговых обязательств перед казначейством.
Это автоматически повысит кредитный рейтинг университета, что сделает его более привлекательным и надежным вложением для штата Огайо. Поскольку Огайо оказывает значительную финансовую поддержку своим университетам, это предложение обеспечит экономию средств для высших учебных заведений, а также принесет существенную отдачу от инвестиций для казначейства, тем самым максимально увеличив ценность этих государственных средств, как никогда раньше.
Дополнительная информация:
- Ohio Gains One-Pager
###
Роберт Спраг стал 49-м государственным казначеем штата Огайо 14 января 2019 года, привнеся в офис свой обширный опыт работы по финансовым вопросам как в государственном, так и в частном секторах. Под руководством казначея Спрага офис управляет инвестициями штата в размере 29 миллиардов долларов и долговыми портфелями в размере 11 миллиардов долларов, собирает и депонирует все доходы штата и контролирует активы, находящиеся под стражей.
доходов Огайо — Одежда Майки Д
× Закрывать
Сортировать по:
Избранное
Лидеры продаж
По алфавиту, от A до Z
По алфавиту, от Z до A
Цена, от низшей к старшей
Цена, от возрастающей к низшей
Дата, старая к новой Дата
9, 000 900
Быстрое добавление
Огайо получает легкую толстовку с капюшоном Черный камуфляж
$58.
00
от
$55.00
Черный камуфляж
Лесной камуфляж
Быстрое добавление
Огайо получает классического стрингера Белый
$30,00
Белый
Королевский синий
Черный
Военно-морской
Красный
+2
Быстрое добавление
Укороченная толстовка с капюшоном Ohio Gains Черный камуфляж
$52,00 от 35 долларов США
Черный камуфляж
Штормовой серый
Военный зеленый
Краска для галстука Royal Blue Cyclone
Темно-серый вереск
Быстрое добавление
Огайо получает легкую укороченную толстовку с капюшоном Тан Трибленд
$40.
00
$30,00
Тан Трибленд
Твердая белая тройная смесь
Сплошная черная тройная смесь
Быстрое добавление
Огайо получает майку Deep Heather / Черный / Черный принт
28,00 $
Deep Heather / Черный / Черный принт
Хизер ВМС
Глубокий вересковый / красный / черный принт
Голубая тройная смесь
Черный/Серый
+2
Быстрое добавление
Футболка с круглым вырезом и длинными рукавами Ohio Gains Угольно-черная тройная смесь
$35.
00
25 долларов США
Угольно-черная тройная смесь
Хизер Слейт
Быстрое добавление
Укороченная флисовая толстовка с круглым вырезом Ohio Gains Зеленая морская пена
$52,00
Зеленая морская пена
лиловый
Военно-морской
Быстрое добавление
Укороченная футболка Ohio Gains Белый/Красный
25,00 $
Белый/Красный
Черный
Оливково-зеленый
Глубокий вереск
Краска для галстука Royal Blue Cyclone
+1
Быстрое добавление
Толстовка с капюшоном из флиса и губки Ohio Gains Красный вереск
$60.
00
от
50 долларов США
Красный вереск
Лесной зеленый вереск
Черный
Темно-серый вереск
Быстрое добавление
Футболка с коротким рукавом Ohio Gains Винтажный камуфляж
от 28 долларов США
Винтажный камуфляж
Сплошная черная смесь
Вереск Осень
Винтаж Красный
Винтаж Черный
Быстрое добавление
Укороченная флисовая толстовка с пуловером Ohio Gains Темно-серый
$52,00
Темно-серый
Черный
Вересковая песчаная дюна
Быстрое добавление
Толстовка с капюшоном и принтом тай-дай Ohio Gains (унисекс) Краска для галстука Royal Blue Cyclone
$60.
