ВХОДНОГО тока, преобразук>тся с масштабным множителем 10 МОм в напряжение, которое затем фильтруется, усиливается и наблюдается на осциллографе; при этом току 100 пА соответствует напряжение 1 В (рис. 5.9,6). В работе[3] приведена также детальная схема (состоящая из пикового детектора, компаратора и реле времени) для автоматического принятия решения о режекции. Порог срабатывания обычно задается равным 250 пА (двойной амплитуды), а время наблюдения 10 с.

5.2. Усиление без ОС. Входное и выходное полные сопротивления

Мультипликативные параметры А, Z, Zbux выражают пропорциональность между сигнальными напрянсениями и токами в линейной модели. Чтобы провести их измерение, необходимо подать на вход сигнал возбуждения.

5.2.1. Коэффициент усиления без ОС по постоянному току

Измерительная схема, показанная на рис. 5.10, представляет собой модификацию инвертора с единичным усилением. При этом достигаются две цели: установление линейного режима

100 и

100 кОм

"л-мВМ

"вых мВМ

Осциллограср

Рис. 5.10. Измерение коэффициента усиления по постоянному току без обратной связи.

Делитель i, R2, С2 образует фильтр, который за счет действия цепи обратной связи выделяет из шумов низкочастотное напряжение сигнала; мВМ - милливольтметр. Ло=(«2/«,-1-:)(«,ы/«) = 100(«вь,хЮ при «: («д II «-„„ф), « » f/..

работы ОУ и получение на выходе точно определенного сигнала. Коэффициент усиления без ОС рассчитывается как отношение этого вынужденного выходного напряжения «вых к результирующему напряжению входного сигнала Ыд. Для удобства будет измеряться не непосредственно напряжение Мд, а его усяденная копия ошпряжени.е-снгаала-4я>---

Соотношение

о=№/?1 +1) («вых/«.) = 100 (5.1)

справедливо при определенных допущениях, касающихся способа возбуждения усилителя и подавления шумов.

Возбуждение сигналом. Чтобы упростить отделение сигнала от напряжения сдвига, коэффициент усиления по постоянному току Ао измеряется на переменном токе при возбуждении усилителя синусоидальным сигналом. Все будет хорошо при том условии, что измерение будет проводиться на частоте /г меньшей, чем первая частота среза fn (рис. 2.8). Выполнить это условие не всегда просто, однако легко проверить, выполняется ли оно. Если слегка увеличить частоту /г, то отношение показаний двух вольтметров, измеряющих Ивых и Ux, не должно измениться.

При наименьшей возможной частоте измерения /г=10 Гц описанное выше измерение можно проводить только у быстродействующих ОУ и ОУ с внешней коррекцией (коэффициент усиления шумов, превышающий 100, позволяет скорректировать АЧХ усилителя для обработки сигналов более высокой частоты).

Имеющие большой коэффициент усиления измерительные ОУ с фиксированной коррекцией можно исследовать только при возбуждении сигналами постоянного тока либо в виде прямоугольного сигнала низкой частоты в сочетании с синхронным детектированием малого напряжения [4], либо в виде сигнала, переключающегося между двумя фиксированными уровнями. В последнем случае вместо генератора синусоидальных сигналов берутся сдвоенный источник опорных напряжений и ключ на два направления; вольтметры переменного тока заменяются цифровым вольтметром, а вместо измерения величин Ывых и Ux проводятся два последовательных отсчета разностей АИвых и AUx.

Выходное напряжение Ивых инвертировано относительно напряжения Иг. Если генератор сигналов (синусоидальной или прямоугольной формы либо переключаемый) калиброван и стабилизирован, то этап измерения Ивых можно опустить и вместо его значения в уравнение (5.1) можно подставить Ur.

Амплитуду сигнала возбуждения следует выбирать возможно большей, но такой, чтобы усилитель еще работал в линейной области. Необходимо также принимать во внимание сдвиг постоянной составляющей выхода за счет увеличенного входного сдвига. Это является недостатком, так как при больших отношениях R2IR1 (порядка 1000) данный метод непригоден для автоматизированных измерений. Однако в лабораторной

152 Гмва 5

Существует простая проверка на линейность, которая следует непосредственно из определения этого понятия и заключается в том, что при уменьшении сигнала возбуждения отношение показаний обоих вольтметров (Ивых и Ux) должно остаться неизменным.

Резистор обратной связи 7? = 100 кОм представляет собой для любого усилителя нагрузку, которой можно пренебречь. Эффекты, связанные с подключением резистора нагрузки, описаны в разд. 5.2.4.

Фоновый шум. Выделение напряжения входного сигнала «д из шума - трудная операция. Для этой цели применяются следующие приемы: увеличивают уровень сигнала, сужают полосу пропускания шумов, используют синхронное детектирование. И все же коэффициент усиления больше Ю, как правило, измерить не удается.

Две из трех указанных выше возможностей использованы в схеме рис. 5.10. Уровень синусоидального выходного напряжения «вых задан равным 5 В (эфф.) = 14 В (двойная амплитуда), что с некоторым запасом соответствует полному размаху сигнала на выходе ОУ, ра1вному 20 В (двойная амплитуда). Между сигнальным выходом и входом ОУ включен частотно-зависимый делитель напряжения, обеспечивающий усиление обратной связи и действующий как активный фильтр с коэффициентом усиления {R2fRi)+ 1 = 100 я полосой пропускания шумов 1/4С2/?2=250 Гц. Уровень полезного сигнала при этом повышается, а широкополосный шум избирательно подавляется.

Если напряжение Ux оказывается забито шумами самого усилителя или внешними наводками, то уравнение (5.1) дает меньшие значения для коэффициента усиления, чем это есть в действительности. Это наиболее часто встречающаяся ошибка измерения. Ее можно предотвратить, проведя простой тест (он пригоден и для всех других случаев измерения отношений). После выключения генератора сигналов показания обоих вольтметров (Мвых и Ux) должны упасть до нуля. Если этого не происходит, нужно при помощи осциллографа найти источник помех. В большинстве случаев им оказывается емкостная наводка от сети на инвертирующий вход ОУ. Устранить ее можно, заключив схему в заземленный экра)1.

5.2.2. Частота единичного усиления

Схему рис. 5.10 можно использовать также для измерения по точкам частотной характе,ристики операционного усилите- дя \А{\1) . По мере увеличения частоты f величину емкости Сг

необходим

о умени