2.1. Основные параметры оу

Параметры, описывающие качество ОУ, можно разделить на три группы: точностные, динамические и эксплуатационные.

К точностным параметрам относятся: дифференциальный коэффициент усиления по напряжению K_u, коэффициент ослабления синфазного сигнала К_ОСС, напряжение смещения нуля U_СМ, входные токи I_ВХ, разность входных токов по инвертирующему и неинвертирующему входам I_Р, коэффициент влияния источников питания K_ВИП и коэффициенты температурных дрейфов перечисленных параметров. Действие точностных параметров проявляется в том, что при постоянных напряжениях на входах выходное напряжение ОУ отличается от выходного напряжения идеального операционного усилителя.

Ниже будут рассмотрены только параметры, необходимые для более полного понимания функционирования ОУ в различных схемах.

Дифференциальный коэффициент усиления по напряжению К₀ – коэффициент усиления по напряжению на постоянном токе при условии, что отрицательная обратная связь отсутствует. Обычно значения К₀ лежат в пределах от 5000 до 700000.

Коэффициент ослабления синфазного сигнала показывает, какое значение дифференциального входного напряжения U_д следует приложить к входу усилителя, чтобы скомпенсировать усиление входного синфазного сигнала.

Напряжение смещения нуля U_СМ. Смещение нуля ОУ проявляется в наличии постоянного напряжения на выходе усилителя при отсутствии входного напряжения. Оно определяется как постоянное напряжение, которое необходимо приложить к входам ОУ, чтобы на его выходе установилось нулевое напряжение (U_ВЫХ=0). Если необходимо, чтобы в отсутствие сигнала напряжение на выходе точно равнялось нулю, к ОУ подключается цепь регулировки (коррекции) нуля. В некоторых ОУ имеются специальные зажимы для подключения этой цепи.

Входной ток – постоянный ток по инвертирующему входу ( ) и неинвертирующему входу ( ) усилителя. Постоянные входные токи, протекая по резисторам цепей обратной связи и источников сигналов, создают разность падений напряжения U. Это приводит к появлению ненулевого выходного напряжения при нулевом входном напряжении.

Разность входных токов по инвертирующему и неинвертирующему входам I_Р. Наличие ненулевой разности входных токов связано с неточностью согласования коэффициентов усиления по току транзисторов входного дифференциального каскада ОУ. Величина I_Р в несколько раз меньше входного тока. Это позволяет уменьшить влияние входного тока ОУ на его выходное напряжение при подключении к обоим входам ОУ одинаковых сопротивлений.

Дифференциальное входное сопротивление R_ВХДИФ. Это отношение дифференциального входного напряжения к изменению тока неинвертирующего входа в режиме короткого замыкания, т.е. R_ВХДИФ = ∆U_ВХ/∆I_ВХ.

Выходное сопротивление R_ВЫХ – внутреннее сопротивление выхода ОУ относительно земли.

Динамические параметры ОУ характеризуют быстродействие ОУ. Их можно разделить на параметры для малого и для большого сигналов. К первой группе динамических параметров относятся частотные характеристики, по которым определяют полосу пропускания f_п, частоту единичного усиления f_т и время установления t_у. Эти параметры называются малосигнальными, т.к. они измеряются в линейном режиме работы каскадов ОУ (U_ВЫХ <1В). Ко второй группе относятся скорость нарастания выходного напряжения V_uвых и мощностная полоса пропускания f_Р. Эти параметры измеряются при большом дифференциальном входном сигнале ОУ (более 50 мВ). Некоторые из этих параметров рассмотрены выше.

Время установления отсчитывается от момента подачи на вход ОУ ступеньки входного напряжения до момента, когда в последний раз станет справедливым равенство |U_ВЫХУСТ – U_ВЫХ(t)| = , где U_ВЫХУСТ – установившееся значение выходного напряжения,  – допустимая ошибка.

Мощностная полоса пропускания ОУ определяется по виду амплитудно-частотной характеристики, снятой при максимально возможной амплитуде неискаженного выходного сигнала. Вначале на низких частотах устанавливают такую амплитуду сигнала от генератора гармонических колебаний, чтобы амплитуда выходного сигнала U_{ВЫХМАКС} практически доходила до границ насыщения усилителя. Затем увеличивают частоту входного сигнала. Мощностная полоса пропускания f_р соответствует значению U_{ВЫХМАКС} равному 0,707 от первоначального значения.

Частотные характеристики. При увеличении частоты из-за влияния паразитных емкостей транзисторов одновременно с падением коэффициента усиления увеличивается и фазовый сдвиг между входным и выходным напряжениями. При построении АЧХ обычно используют логарифмический масштаб по обеим осям координат, т.е. коэффициенты усиления выражаются в децибелах.

А ЧХ и ФЧХ однокаскадного ОУ приведены на рис. 2.2. АЧХ представляет собой горизонтальную линию на уровне 20lgK₀. На частоте среза ω_с имеет место излом и при ω > ω_с АЧХ представляет собой прямую с наклоном 20 дБ при изменении частоты в 10 раз, т.е. 20дБ на декаду. Таким образом, скорость спада АЧХ одного каскада при ω > ω_с, равна 20дБ/дек.

Переходная характеристика – это сигнал, имеющий место на выходе усилителя при подаче на его вход сигнала в виде ступеньки напряжения. Переходная характеристика при линейном режиме усиления связана с частотными характеристиками.

Скорость нарастания выходного напряжения V_uвых = ∆U_ВЫХ/∆t – отношение приращения ∆U_ВЫХ к интервалу времени ∆t, за который происходит это приращение, при подаче на вход прямоугольных импульсов.

Эксплуатационные параметры ОУ определяют допустимые режимы работы его входных и выходных цепей и требования к источникам питания, а также температурный диапазон работы усилителя. Ограничения эксплуатационных параметров обусловлены конечными значениями пробивных напряжений и допустимыми токами через транзисторы ОУ. К основным эксплуатационным параметрам относятся: номинальное значение питающего напряжения U_П; допустимый диапазон питающих напряжений; потребляемый от источника ток I_ПОТ; максимальный выходной ток I_{ВЫХМАКС}; максимальные значения выходного напряжения при номинальном питании; максимально-допустимые значения синфазных и дифференциальных входных напряжений.