-0

Рнс. 24-12. Схема, имитирующая дрейф нуля постоянного тока.

только усложняет конструкцию усилителей, их эксплуатацию, но и является причиной появления случайных погрешностей за счет дрейфа нуля.

Сущность этого явления состоит в том, что при отсутствии входного сигнала и при начальной установке нулевого выходного напряжения через некоторый промежуток времени на выходе усилителя появляется напряжение, изменяющееся медленно и случайным образом. Условно можно считать, что напряжение дрейфа нуля на выходе усилителя вызывается действием некоторого эквивалентного генератора дрейфа , включенного иа вход усилителя (рис. 24-12). Тогда на входе этого усилителя будет действовать сумма двух напряжений - напряжения полезного сигнала и напряжения дрейфа иДр, являющегося случайной функцией времени.

Рис. 24-13. Схема компенсации дрейфа нуля.

В многокаскадных усилителях наиболее опасным является появление дрейфа в первом каскаде, поскольку этот дрейф усиливается всеми последующими каскадами. Поэтому особое значение приобретает уменьшение дрейфа именно в первом каскаде усилителя.

Одной из главных причин, вызывающих ошибку за счет дрейфа в первом каскаде лампового усилителя, является изменение эмиссии катода ламп, включенных в этот каскад (катодный дрейф). Для компенсации катодного дрейфа часто первый каскад усилителя собирают по схеме, представленной на рис. 24-13.

В данной схеме правый триод Л2 используется для компенсации напряжения

дрейфа. Параметры схемы подобраны так, что при изменении эмиссии катода анодный, ток ц лампы Л1 остается практически постоянным. Выходное напряжение ИвЬ1х должно оставаться постоянным независимо от катодного дрейфа лампы, который можно рассматривать как действие некоторой э. д. с. иДр, включенной в катодную цепь. В случае идеальной компенсации действие напряжения дрейфа должно компенсироваться соответствующим приращением тока Д£ в катодной цепи так, чтобы потенциал катода относительно земли оставался неизменным, т. е.

откуда

где Ai-

*др - Ai(tf, + R2) = 0,

Д£ =

Ri + R2

(24-26)

изменение тока в катодной цепи при изменении напряжения дрейфа на идр.

Необходимое приращение тока должно обеспечиваться компенсирующей лампой Л2, которая управляется напряжением, снимаемым с сопротивления Ri; тогда

At = (идр - AiKi)S2,

откуда

At= S\ . (24-27)

где S2 - крутизна лампы Л2,

Приравнивая правые части выражений (24-26) и (24-27), находим условия полной компенсации:

I + S2 + R2

откуда

R2S2 = 1.

(24-28)

Анализ рассмотренной схемы показывает, что точность компенсации катодного дрейфа зависит от идентичности и стабильности характеристик обоих триодов. Поэтому данная схема позволяет практически лишь уменьшить влияние дрейфа на выходное напряжение, но не может полностью его устранить.

Включение обратной связи не приводит к устранению ошибки дрейфа. В самом деле, пусть усилитель охвачен обратной связью по напряжению (рис. 24-14). Здесь

вых

Рис. 24-14. К рассмотрению дрейфа нуля.

%и %2 - соответственно входной элемент и элемент обратной связи; К - коэффициент усиления усилителя постоянного тока без обратной связи (К<0); uav- напряжение дрейфа, приведенное ко входу.

При отсутствии сеточных токов во входном каскаде можно записать:

(24-29)

где i-ток, протекающий по Zx; to - ток, протекающий по Z2. Выражение (24-29) можно представить в виде

U-tli Ui - Ивы*

-~= 7 (24-30)

На входе усилителя действует суммарный сигнал, состоящий из полезного сигнала щ и дрейфа цДр. Тогда

вых = -К(щ + иДр). (24-31) Отсюда находим:

-вых

* р.

(24-32)

Подставляя это выражение в (24-30), получаем:

вых [zi + + j =-uZ2-u(Zi+Z2).

Так как коэффициент усиления усилителя без обратной связи велик, то с большой точностью можно записать:

2 / Z2\

вых = - и - - идр1 +- j ,

где Z2jZ\ - коэффициент усиления усилителя с обратной связью.

Обозначим Z2lZ\=Ko, тогда

вых = - Кои - и р(1 +Ко). (24-33)

Из формулы видно, что напряжения полезного сигнала и дрейфа усиливаются практически одинаково.

Поскольку ошибка за счет дрейфа нуля существенно влияет на общую точность схем, в состав которых входят операционные усилители, были разработаны различные методы автоматической стабилизация нуля на выходе усилителя. На рис. 24-15 представлена одна из возможных схем усилителей с автоматической стабилизацией нуля.

Схема представляет собой . комбинацию усилителя постоянного тока У с усилителем переменного тока Уь включенным в цепь усиления входного сигнала и через модулятор М и демодулятор ДМ. Низкочастотная составляющая входного сигнала щ поступает на вход усилителя постоянного тока по двум параллельным цепям - непосредственно и через дополнительный усилитель У\. Фильтры 01 и Ф2 выбраны так, что усилитель У± усиливает лишь низкие частоты. Коэффициент усиления всей схемы

без обратной связи на низких частотах, очевидно, равен:

Кн = К(1 + К,),

где К- коэффициент усиления усилителя постоянного тока без обратной связи;

Ki - коэффициент усиления дополнительного усилителя вместе с фильтрами, модулятором и демодулятором. Обычно К/К!=500н-2 000

Рис. 24-15. Схема усилителя с автоматической стабилизацией нуля.

Составляющие высоких частот, лежащие за пределами полосы пропускания усилителя У и усиливаются лишь усилителем постоянного тока. Коэффициент усиления схемы для высокочастотной составляющей входного сигнала будет равен коэффициенту усиления усилителя постоянного тока, т. е. Квч=К. Следовательно, коэффициент усиления данной схемы значительно увеличивается на низких частотах, в полосе, которых лежит напряжение дрейфа.

Выведем уравнение, связывающее выходное напряжение ижых с входным напряжением и, с учетом дополнительного усилителя. В данном случае справедливо равенство

и - и± - ивых

(24-34)

Zi Z2

Равенство (24-31) примет вид:

вых = -K( i + а + яр), (24-35)

где u2=K\Ui.

Подставив значение и2 в уравнение (24-35), получим:

Ивых = -К(1 + Ку)Щ - Кнд

откуда

К(1+Кд (l+Ki)

Подставив значение щ в уравнение (24-34), найдем:

Квь42- + К(1 + /С£) +

К (1 + л\)

(Z, + Z2).

Так как величина K(l+Kt) весьма велика, то вторым и третьим членами в квадратных скобках можно пренебречь. Тогда

вых :

так как

1 + Ki [ Zx }

- к

ивых :

KqU-

i+k0

(24-36)

Сравнивая уравнение (24-36) с уравнением (24-33), можно сделать вывод, что в схеме с автоматической компенсацией дрейфа нуля относительное влияние напряжения дрейфа уменьшено в (1+Ki) раз.

Блоки постоянных и переменных коэффициентов

Для умножения зависимых переменных на постоянный коэффициент в АВМ служат блоки постоянных коэффициентов. Блок постоянных коэффициентов реализует математическую зависимость вида

вых = au(t),

где а - постоянный коэффициент, который изменяется в пределах от О до 1;

u(t)- зависимая переменная.

В основу построения блоков постоянных коэффициентов положены потенциометрические схемы различного конструктивного исполнения. Наиболее широкое применение для этой цели нашли многооборотные потенциометры, позволяющие представлять постоянные коэффициенты с погрешностью, не превосходящей 0,07-0,1%.

Для реализации функций времени служат блоки переменных коэффициентов. Часто с помощью этих блоков вырабатываются произведения вида

Ывых = a(t)u(t),

времени коэф-

a(t)-

переменный фициент; и(г) -зависимая переменная,

Основным элементом блока является делитель напряжения с устройством для развертки выходного напряжения во времени. На рис. 24-16 представлена упрощенная схема блока переменных коэффициентов, основными элементами которого являются

шаговый искатель ШИ и два ЮО-секцион-ных делителя напряжения Д[ и Д2. При подаче импульсов от генератора ГИ в обмот-.ку реле Р шагового искателя ШИ осуществляется скачкообразное перемещение щетки А. Число дискретных перемещений щет-

Д, +юо -0

Рис. 24-16. Схема блока переменных коэффициентов.

ки А выбирается порядка 100, что равносильно разбиению заданного диапазона изменения времени на 100 равных частей.

Ординаты графика переменного коэффициента представляются в виде напряжений, снимаемых с делителей Д, и Д2.

Для набора графика переменного коэффициента необходимо произвести соединения соответствующих выводов делителей и ламелей шагового искателя. При переходе щетки А с ламели на ламель напряжение вых изменяется скачком. Устройство будет воспроизводить график переменного коэффициента в виде ступенчатой ломаной, т. е. будет осуществляться ступенчатая аппроксимация заданной кривой (рис. 24-17). Благодаря тому, что в схему на рис. 24-16 входят. два делителя, питающиеся входными напряжениями одинаковой амплитуды, но разной полярности, можно воспроизводить не только знакопостоянные коэффициенты, но также и коэффициенты, меняющие знак в заданном диапазоне изменения времени.