Входное напряжение ошибки Еош есть такое значение дифференциального входного напряжения при нулевом синфазном входном напряжении, которое соответствует нулевому выходному напряжению в отсутствие нагрузки. Входной ток ошибки I-ош или I+ош — это такое значение тока инвертирующего или неинвертирующего входа, которое при нулевом синфазном входном напряжении соответствует нулевому выходному напряжению в отсутствие нагрузки.
2.3.2 Входные сдвиг и дрейф
Для прецизионных схем обычно наибольшее значение имеют постоянные и очень медленно изменяющиеся составляющие, называемые входным сдвигом ОУ. Полоса частот этих квазипостоянных составляющих должна быть ограничена диапазоном 0 — 0,01 Гц. Входной сдвиг включает в себя входное напряжение сдвига Eсдв (постоянная составляющая напряжения ошибки Eош) и входные токи смещения I-см, I+см (постоянные составляющие токов ошибки I-ош, I+ош).
По величине эит входные токи смещения обычно почти не отличаются друг от друга. Чтобы выразить их общее взаимное соответствие, вводятся также два производных термина: (средний) входной ток смещения Iсм (для их среднего значения) и входной ток сдвига Iсдв (для их разности):
Iсм=(I-см + I+см)/2, Iсдв=I-см + I+см (13)
Ошибку, вносимую входным сдвигом ОУ, можно привести к нулю путем вмешательства либо в сам ОУ, либо в цепь обратной связи. Для прецизионных схем критичной является нестабильность входного сдвига, называемая входным дрейфом. Под термином «дрейф» обычно опдразумевается отношение изменения входного сдвига к изменению вызвавшего его параметра. За исключением смопроизвольных временных изменений (старения), в данном случае имеют место знакопеременные изменения за счет флуктуаций параметров окружающей усилитель среды — температуры помещения и напряжения питания. Для нестабильности такого рода сдвиг, соответствующий номинальным условиям, носит название начального сдвига.
Т.к. Температурная зависимость входного сдвига носит нелинейный характер, то для упрощения оценки характкристики нелинейной зависимости Eсдв (T) вводится средний температурный дрейф ΔEсдв/ΔT в определенном интервале температур ΔT. В простейшем случае заданный интервал ΔT определяется как диапазон рабочих температур, заключенный между нижним и верхним пределами Tн и Tв, и средний дрейф вычисляется как
ΔEсдв/ΔT = (Eсдв в - Eсдв н)/(Tв - Tн) (14)
При более совершенном подходе, который лучше характеризует U-образные нелинейные зависимости, рабочий диапазон делится некоторой промежуточной точкой T0 на два интервала (Tн, T0) и (T0, Tв) и расчитываются два частных средних значения дрейфа:
ΔEсдв/ΔT = (Eсдв 0 - Eсдв н)/(T0 — Tн) (15а)
ΔEсдв/ΔT = (Eсдв в - Eсдв 0)/(Tв — T0) (15б)
Аналогично определяются средние температурные зависимости дрейфа входных токов смещения и сдвига, ΔIсм/ΔT и ΔIсдв/ΔT . Нелинейность Iсм (T) и Iсдв (T) больше, и концеция среднего сдвига сдесь более проблематична. Обычн оговариваются гарантированные максимальные значения обоих токов при комнатной температуре.
Помимо температурных изменений для всего усилителя в целом могут возникать относительно небольшие разности температур между критичными частями ОУ от внешних источников тепла или вследствии самонагрева, которые могут нести в себе гораздо большую опасность. В результате нарушается начальная температурная компенсация ДК усиления или возникают термо-э.д.с.
Другая основная причина изменений входного сдвига — флуктуации напряжений питания. Чувствительность к изменениям напряжений питания Uпит определяется через средний дрейф
входного напряжения сдвига ΔEсдв/ΔUпит , дрейф входного тока смещения ΔIсм/ΔUпит и дрейф входного тока сдвига ΔIсдв/ΔUпит . Дрейф напряжения сдвига — величина безразмерная (дается в мкВ/В). Аналогично коэффициенту ослабления синфазного сигнала он иногда выражается в виде обратной дроби как коэффициент ослабления напряжения питания (КОНП) ΔUпит /ΔEсдв и дается в децибелах.
Что касается ΔUпит , то оно обычно означает изменение одного из двух напряжений питания, ΔU-пит или ΔU+пит . Можно также рассматривать одновременное и одинаковое изменение обоих напряжений питания в одном и том же или в противоположных направлениях. Однако при этом обычно невозможно оценить, какой из этих случаев дает худший результат. Одновременное увеличение абсолютных значений обоих напряжений питания увеличивает рабочие напряжения и токи ОУ и приводит в результате к увеличению его температуры. Одновременное увеличение абсолютного значения одного из напряжений питания и уменьшение другого эквивалентно одновременному возбуждению входа и выхода при неизменном питании. Какой из этих эффектов будет преобладать, зависит от конкретного типа и экземпляра усилителя.
Однако в общем, что касается достижимой точности, операционный усилитель в сравнении с другими электронными устройствами очень мало чувствителен к изменениям питающих напряжений. Если источник питания не используется одновременно как источник опорного напряжения для ОУ, то достаточной является результирующая стабильность напряжений питания в 1%.
Самопроизвольное изменение во времени входного сдвига, являющееся следствием старения, необратимо и поэтому не может быть воспроизведено еще раз. Тем самым нельзя даже дать разумных гарантий и оговаривается лишь типичное значение, полученное при измерениях ряда усилителей, а чаще всего этот параметр вообще не приводится в спецификации. По аналогии с двумя рассмотренными выше видами дрейфа определяют средние дрейф входного напряжения сдвига ΔEсдв/Δt, дрейф входного тока смещения ΔIсм/Δt и дрейф входного тока сдвига ΔIсдв/Δt, отнесенные к интервалу в один день, месяц или год. Временной дрейф не является кумулятивным и данные, полученные в одном интервале, нельзя линейно распространять на более короткий или более длительный промежуток времени.
2.3.3 Входные шумы
Собственные шумы ОУ определяются через входное напряжение шумов Eш (шумовая компонента напряжения ошибки Еош) и входные токи шумов I-ш, I+ш (шумовые компоненты токов ошибки I-ош, I+ош). Учитывая статистическую природу шумов, обычно дается только одно общее значение Iш, под которым подразумевается I-ш, или I+ш . Как правило, напряжения шумов и токи шумов не связаны между собой, но иногда они могут содержать взаимосвязанные составляющие (например, падения напряжений шумов на последовательно включенных со входами резисторах защиты связаны с токами входных шумов).
Источники шумов Eш , Iш могут приводиться в спецификациях либо в форме интегральных шумов, либо в виде спектральной плотности шумов.
Интегральная характеристика шумов, соответствующая составляющим шума в определенной полосе частот, представляет собой эффективное (действующее, среднеквадратическое) или пиковое значение напряжения Eш или тока Iш шумов за достаточно большой промежуток времени.
Мгновенные значения многих видов шумов подчиняются гауссову (нормальному) распределению. Площадь под кривой гауссова распределения, заключенная между двумя амплитудами, представляет собои вероятность того, что некоторое конкретное значение шума попадает в промежуток между этими амплитудами. Хотя вероятность появления шумов с большими амплитудами мала, однако какая-то возможность появления произвольно больших амплитуд сохраняется Для измеряемых значений шумов, не зависящих от наблюдателя, т. е. от времени наблюдения или длительности записи, пиковое значение шумов определяется статистически. Вероятность амплитуд, превышающих данное пиковое значение, равна некоторому определенному значению, выражаемому в процентах.
Спектральные плотности еш и iш входных напряжения Eш и тока Iш шумов выражают в дифференциальной форме частотную зависимость среднеквадратичных значений Eш и Iш в определенном диапазоне частот f:
e2ш=dE2ш/df, i2ш=dI2ш/df (16)
Спектральные плотности еш и iш имеют размерности соответственно [В/Гц1/2] и [А/Гц1/2].
Зная частотную зависимость этих двух спектральных плотностей еш и iш в виде аналитического выражения, в графической форме или по крайней мере в виде двух дискретных значений, можно определить среднеквадратичное значение шума в определенной полосе частот (f1, f2) путем аналитического или численного интегрирования.
В дополнение к собственным шумам существуют интерференционные шумы (шумы помех). Они имеют внешние причины, как-то: пульсации и шумы питания; емкостная и индуктивная наводки с шин питания, от насыщенных трансформаторов, радиостанций, высокочастотных индукционных печей и искрящих переключателей; утечки по поверхности печатной платы; токи в контурах заземления. Шумы помех характеризуют не сами по себе ОУ, а всю операционную схему, находящуюся в конкретной окружающей среде, создающей помехи.