Коэффициент ослабления синфазного сигнала дифференциального усилителя (КОСС)

КОСС является паспортным параметром ОУ и определяется наличием дифференциального каскада на его входе, а также существенным различием входных сопротивлений для дифференциального и синфазного сигналов. В общем случае:


где К – дифференциальный коэффициент усиления ДУ без обратной связи;
Ксс – коэффициент передачи синфазного сигнала.

У реальных ОУ общего применения Ксс лежит в пределах порядка 1 – 10, а дифференциальный коэффициент усиления составляет десятки-сотни тысяч. Для удобства использования зачастую принято КОСС выражать в децибелах (дб)


У обычных ОУ КОСС лежит в пределах:
КОСС = 10000 - 1000000 или в децибелах КОСС = 60-80-120 дБ.

Однако в реальных схемах включения ОУ всегда используется обратная связь, существенно изменяющая исходные характеристики ОУ. В общем случае при наличии отрицательной обратной связи (ОСС):


где Кос – коэффициент усиления с ООС;
– коэффициент обратной связи.

При наличии на входе ДУ наряду с дифференциальным синфазного сигнала, на вход будет поступать и синфазная составляющая, которая является помехой и вносит ошибку в работу ДУ. С учетом синфазного сигнала полный коэффициент передачи ДУ будет равен:


То есть при анализе работы ДУ необходимо учитывать составляющую, определяющую передачу синфазного сигнала со входа на выход ДУ. В целом, следует ожидать увеличения сигнала на выходе ДУ за счет синфазной помехи.

Рассмотрим реальный усилитель (рис. 1.1), на вход которого подается только синфазный сигнал, то есть дифференциальная составляющая коэффициента передачи может не учитываться. Тогда:

где


Если известны уровни синфазного напряжения на входе и на выходе, то можно записать:



Рисунок 1.1.
Как правило, в реальных усилителях · К >> 1, значит:


Отсюда можно получить реальную формулу для экспериментального определения КОСС ДУ по его известным параметрам:


Следует помнить, что КОСС реального усилителя в большей мере зависит от дифференциального коэффициента усиления ОУ (К). При высоком дифференциальном коэффициенте усиления КОСС ДУ может быть достаточно велик, даже если Ксс недостаточен. На практике хорошим считается усилитель, у которого КОСС по крайней мере в 10 раз выше коэффициента усиления без обратной связи.

Как исключение необходимо выделить инвертирующий усилитель, у которого неинвертирующий вход заземлен, а значит, оба входа находятся под нулевым потенциалом. Это означает, что синфазный сигнал на входе равен нулю, и погрешность за счет синфазного сигнала отсутствует.
Рисунок 1.2 – Усилитель мостовой схемы
На рис. 1.2 приведен пример ДУ, усиливающего сигнал мостовой схемы , в одно плечо которого включен датчик, фиксирующий некий биомедицинский параметр. Пусть напряжение рассогласования моста U1 – U2 = 1 мВ при напряжении питания 10 В. У равноплечего моста это напряжение делится пополам и к каждому входу ДУ, наряду с полезным сигналом, прикладывается помеха величиной 5 В. Это напряжение является синфазной помехой, то есть Uсс = 5 В. Рассмотрим погрешность ДУ от синфазной помехи, если К = 10000, а КОСС = 20000 или 86 дБ.

Дифференциальное напряжение на выходе (то есть полезный сигнал):


За счет наличия синфазного сигнала на выходе ДУ появится дополнительная составляющая, которая определяется так


Таким образом, наличие синфазной помехи в схеме рис.1.2 вносит погрешность в результат измерений 24,7 %. Т.е. реальных дифференциальных усилителях синфазная помеха может оказать существенное влияние на точность обработки аналогового сигнала, особенно при усилении слабых сигналов. Используя приведенную методику, можно решить обратную задачу, то есть по заданной точности вычислить требуемый КОСС ДУ.

В реальных ДУ КОСС в основном зависит от точности подбора резисторов. Например, при подборе резисторов с точностью 0,01 % можно получить КОСС до 80 дБ. Кроме того, для увеличения КОСС необходимо выполнить ряд требований при конструировании печатной платы схемы ДУ. Наиболее важное из них с точки зрения минимизации Ксс – зеркально-симметричное расположение элементов при монтаже.






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2019 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.