операционного усилителя с ПТ-входом. Однако при этом возникает другая проблема: увеличивается составляющая входного сдвига, вызванная напряжением сдвига операционного усилителя.

3. Внешняя компенсация входного тока смещения (разд. 11.4.2).

Кроме этих очевидных приемов, существует и другое, менее дорогое средство для уменьшения токовой составляющей сдвига.

11.2 2. Балансировка операционной схемы при помойки резистора

Вспомним то, о чем мы говорили в разд. 7.1: напряжения база - эмиттер входных TpaH3ncTqpoB операционного усилителя имеют величины порядка 500 мВ, но их разность, напряжение

сдв вых

ШкОм 5 кОм

-сдв вых

см ЮкОм

сдв-сдв""

Рис. 11.5. Сбалансированный при помощи резистора Rzu инвертор напряжения (а) и схема (б) с симметричным ОУ (£сдв, /сдв = 0), позволяющая лучше понять условие выбора величины симметрирующего резистора: ?см =

= 1II Ri

сдвига Ясдв, может быть выдержана в пределах 10 мкВ. О базовых токах этого сказать нельзя: они не компенсируют друг друга. Однако можно сделать так, что их влияние на сдвиг операционной схемы будет уравновешивать друг друга, и это имеет существенное значение.

На рис. 11.4 ток смещения неинвертирующего входа /+см идет с шины земли, не причиняя вреда и не принося пользы Поставим на его пути резистор /?см и найдем его оптимальную величину (рис. 11.5,а). Напряжение -/+см/?см, падающее на резисторе см, добавляется к показанным ранее составляющим выходного сдвига [уравнение (11.12)] и передается на выход инвертора с тем же коэффициентом, что и Ясдв- После некото-

" Если Ясдв=0, то на обоих входах операционного усилителя будет одно и то же напряжение -/+смсм. Если же, кроме того, и /~см = 0, то это напряжение передается на выход, будучи усилено в {R2lR\-\-\ раз.

рых преобразований получаем

(2/1 + 1) + /"с««2 - iWi +1), (И . I 9)

одв.ах =£одв (I + 1/2) + Гсм1- /%««см (1 (1 1-20)

Обе токовые составляющие вычитаются и полностью взаимно уничтожаются, когда

«cm = (/"cm %m)№iI2). (И.21)

Однако здесь есть загвоздка. Отношение входных токов смещения имеет производственный разброс, и его точная величина заранее неизвестна. Тем не менее известна его номинальная величина; она равна 1.

Таким образом, хотя возможна полная компенсация токовых составляющих путем индивидуальной подгонки симметрирующего сопротивления Rcm, однако мы будем считать оптимальной величиной Rcm его номинальное значение

Ro.=Ri\\R2, (11-22)

равное параллельному соединению сопротивлений Ri и R2. С точки зрения сдвига операционной схемы оптимальное состояние наступает, когда операционный усилитель «ощущает» равные сопротивления на обоих входах.

Только что описанный метод балансировки операционной схемы с помощью резистора применяется не только для инвертора напряжения, но, как мы увидим ниже, является универсальным.

При введении в схему инвертора напряжения симметрирующего резистора, сопротивление которого выбрано в соответствии с уравнением (11.22), сдвиг на выходе и входе схемы становится равным

сдв.вых~-сда (ад+1) + /сдв/?2. (11-23)

сдв.вх==одв ( 1+1/2)+/сдвЛ1. (11-24)

/сдв=/~см-/"см обозначает ток сдвига операционного усилителя.

Сравнение с уравнениями (11.16) и (11.17) показывает, что введение оптимального симметрирующего резистора Rcm эквивалентно замене большого входного тока смещения /см на меньший входной ток сдвига /сдв. В результате токовая составляющая сдвига операционной схемы уменьшается в 5-100 раз. Это является основной причиной включения в каталожные данные на операционные усилители входного тока сдвига /сдв. Улучшение на порядок достигается почти бесплатно, ценой одного дешевого резистора. Редко бывает так, чтобы один резистор давал столь хороший эффект.

Используя те же численные данные, что и раньше, и цриняв /сдв=10 нА, мы имеем сдв. вх=101 мкВ+10 нАхЮ кОм = = 201 мкВ. Теперь как токовая, так и вызванная напряжением сдвига операционного усилителя составляюшие сдвига равны и результирующая относительная погрешность сдввх/вх уменьшается от 1,1% ДО более приемлемой величины 0,2%.

Чтобы лучше понять условие балансировки (11.22), посмотрим на нее по-другому (рис. 11.5,6). Для простоты предположим, что мы имеем симметричный усилитель, £сдв = 0 и /~см = = /+см=/см. Предположим, что мы должны сбалансировать инвертор напряжения и найти необходимое для этого условие.

В сбалансированном состоянии сдв. вых = 0. При этом резисторы R] и R2 действуют как параллельная цепь, ток /~cm = /lm идет по ним обоим и потенциал на инвертирующем входе операционного усилителя падает на /см (RiWRi) ниже потенциала земли. Чтобы это произошло, необходимо, чтобы потенциал на неинвертирующем входе, равный падению напряжения на резисторе кем, уменьшился на ту же величину, /cm/?cm=/cm(/?i/?2) Отсюда следует, что Rck = Ri\\R2, что совпадает с уравнением (11.22). За счет падения напряжения на симметрирующем резисторе, имеющем оптимальное сопротивление, потенциал на обоих входах операционного усилителя падает ниже потенциала земли, и напряжение выхода уменьшается с /~см/?2 до нуля Если величины Ссдв и /сдв не столь малы, чтобы их можно было не принимать в расчет, то Есдв вых отличается от нуля всего

лишь на £сдв(/?2 ?1-Ь1) +/сдв/?2.

Вопрос о необходимом допуске симметрирующего резистора имеет практическое значение. Токовые составляющие в уравнении (11.20) можно записать в виде /сдв/?1-Ь/+см/?1 (1-/?cm ?i/?2) Первая составляющая вызвана несовершенством операционного усилителя, вторая -отклонением величины симметрирующего резистора от расчетного значения. Экономически оправданным является, вероятно, такой допуск резистора Rcm относительно номинальной величины Ri\\R2, при котором обе составляющие равны:

ом/1112-1=/сдвПм. (11.25)

Применение более точного резистора влечет за собой ненужные затраты, при менее точном заметной становится вторая состав-

Это условное рассуждение На самом деле ток /~см не вызывает сме щения инвертирующего входа, а протекая по R2 смещает выход и это смеше иие компенсируется созданием напряжения /+смЛсм на неинвертирующем в\о =?ie -Прим jtfi)