Рис. 5.7. Подстройка частотной характеристики по переменному току, не затрагивающая усиление по постоянному току.

ние только к схемам, работающим с сигналами переменного тока. Усилитель постоянного тока называется так потому, что он реагирует на сигналы всех частот, вплоть до частот постоянного тока. Однако эти усилители реагируют также на сигналы переменного тока в диапазоне частот, определяемом верхним пределом частоты среза. Для недорогих, безусловно стабильных (т. е. частотно-скомпенсированных) операционных усилителей, таких, как усилители класса 741, этот верхний предел имеет порядок 10 кГц или несколько ниже. Частотная характеристика высококачественных операционных усилителей может лежать в мегагерцевой области. По крайней мере для одного семейства БиМОП-устройств произведение коэффициента усиления на ширину полосы пропускания составляет 5 МГц.

Но не спешите приобрести чудесный дорогой операционный усилитель, обладающий высокой скоростью нарастания выходного напряжения и хорошей частотной характеристикой в диапазоне высоких частот. Если нет крайней необходимости в частотной характеристике, охватывающей широкий диапазон, учтите, что эти «привлекательные» свойства могут вызвать еще более сложные проблемы, чем те, которые преодолеваются за их счет. В большинстве научных приборов, наверное, во всех устройствах, находящих применение в биологии, используются низкочастотные схемы, так как сигналы и колебания не должны претерпевать здесь быстрых изменений. Характеристики недорогого операционного усилителя типа 741 обычно вполне удовлетворяют требованиям. Проблему, связанную со слишком широкой частотной характеристикой, оставим до главы, где разрешаются эти затруднительные вопросы, сейчас же поговорим о том, как приспособить частотную характеристику операционного усилителя к своим собственным нуждам.

Частотную характеристику можно сформировать с помощью jRC-цепи, включенной в петлю обратной связи, как показано на

рис. 5.7. В приведенной схеме обычный элемент обратной связи, резистор, шунтируется jRC-цепочкой с определенной постоянной времени. На частотах постоянного тока и при невысоких значениях частот переменного тока коэффициент усиления каскада с высокой степенью точности (для частот постоянного тока абсолютно точно) определяется обычным отношением Ro.c/Rbx. Частота, на которой происходит перегиб графика частотной характеристики, определяется следующим выражением:

0 = . (5-19)

На частотах, больших чем Fq, коэффициент усиления по напряжению убывает со скоростью примерно б дБ на октаву. Схема такого типа используется для уменьшения помех в научных, технических и медицинских приборах и для настройки полосы пропускания в схемах, работающих на частотах звукового диапазона. Кроме того, она используется в сервомеханизмах, где позволяет изменять в нужную сторону демпфирующие свойства петли обратной связи. Иногда подобные функции реализуют простые интегрирующие /?С-цепи, но это не всегда возможно, так как чем ниже частота, тем большие значения должны иметь компоненты, тем они более громоздки. Конденсаторы для низких частот, мне кажется, просто неприемлемо огромны.

Схемы, подобные показанной на рис. 5.7, имеют, однако, цепь обратной связи, и благодаря этому можно использовать более подходящие значения сопротивлений и емкостей. Такие схемы работают потому, что на частотах выше частоты среза, определяемой по уравнению (5.19), оказывается, что в цепи обратной связи включено сопротивление, примерно равное параллельно-

Рис. 5.8. Управление смещением.

му соединению Ro.c и Ri. Коэффициент усиления по напряжению приблизительно определяется следующим выражением:

4 = (1 + Ро.с)/вх- (5.20)

Значение коэффициента усиления по напряжению может быть значительно ниже значения этого коэффициента для постоянного тока при условии, что Ri и Ci имеют соответствующие значения. В некоторых случаях для получения двух и более значений частот среза используют две .или более /?С-цепочек. Так, например, делают в компенсирующих усилительных каскадах устройств звукозаписи, обычно в предусилителях.

Управление смещением нуля обеспечивает схема, показанная на рис. 5.8. Эту схему можно использовать для смещения уровня выхода операционного усилителя. При нормальной работе напряжение на выходе будет составлять О В, когда потенциал входа также равен нулю. Однако ток /j будет протекать всегда независимо от величины входного напряжения, а это значит, что в схеме должен протекать ток /о.с, равный току h. Когда напряжение на входе равно нулю, напряжение на выходе определяется следующим выражением:

£вЫк = ~Ло.с. (5.21)

Схема такого типа используется также для компенсации некоторых ошибок операционного усилителя (о которых речь пойдет позже). В этом случае используется подстроечный потенциометр, регулируемый с помощью отвертки. В других случаях потенциометр можно использовать для управления установкой нуля, или для управления положением как, например, в схеме управления вертикальным отклонением электронно-лучевой трубки, или в схеме управления ленточного самописца. В большинстве случаев для улучшения разрешающей способности и обеспечения возможности регулировки в качестве резистора R2 рекомендуется использовать подстроечный потенциометр. Резистор Rz обычно имеет сопротивление от 5 до 100 кОм, причем наиболее распространены значения 10 и 20 кОм, Резистор Ri почти всегда имеет сопротивление 10 кОм, но можно встретить значения и из диапазона для Ri-

Более высокой степени разрешения можно достичь, если в качестве R2 использовать соединение нескольких резисторов. Если между соответствующими концами резистора R2 и выводами Vcc/Vee подключить двз одинаковых резистора, то сопротивление R2 будет пропорционально меньше полного сопротивления, определяющего величину тока /1. Благодаря этому, используя в качестве резистора R2 подстроечный потенциометр, можно устанавливать выходной потенциал с высокой степенью точности.