Вопрос 65. Амплитудно-частотные характеристики операционных усилителей.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) показывает, каким образом коэф­фициент усиления ОУ зависит от частоты. Поскольку ОУ является многокаскадным электронным усилителем, его коэффициент усиления зависит от частоты входного сигнала. В общем случае АЧХ представляет собой ломаную линию, имеющую точки излома, соответствующие частотам   Для большинства ОУ первая точка излома АЧХ соответствует очень небольшой частоте  = 10 Гц по сравнению с   = (1…3) МГц и другими значениями  .

На рис. 6.9 (линия 1) показана логарифмическая АЧХ ОУ  без цепи обратной связи (диаграмма Боде). На АЧХ можно выделить несколько участков с характерными частотами. Частота единичного усиления   – частота, при которой коэффициент усиления ОУ уменьшается до 1.

Значения коэффициента усиления ОУ соответствуют разомкнутой цепи обратной связи ( ), линия 1 характеризует усилительные свойства самого ОУ. Из рисунка следует, что при разомкнутой цепи обратной связи  коэффициент усиления   остается неизменным до некоторой частоты  , а затем плавно уменьшается, при частоте   он становится равным 1. При   (первая точка излома) коэффициент усиления уменьшается на 3 дБ от начального значения  , что определяет ширину полосы пропускания  . Точку, в которой начинается спад АЧХ, называют полюсом. Показанная на рис. 6.9 АЧХ является однополюсной. Начиная с полюса  , усиление при разомкнутой цепи обратной связи спадает со скоростью 6 дБ/октава или 20 дБ/декада. Это означает, что усиление падает на 6 дБ всякий раз, когда частота удваивается. Соответственно усиление уменьшается на 20 дБ при увеличении частоты в 10 раз.

При включении цепи обратной связи и соответствующем подборе параметров резисторов   и   можно получить любое усиление при замкнутой цепи ОС, но меньше, чем усиление   при разомкнутой ОС. Если

коэффициент усиления ОУ   на нулевой частоте достаточно высок, то коэффициент усиления с обратной связью на нулевой частоте   для неинвертирующего усилителя можно выразить в виде

.                                       (6.13)

Например, если надо получить усиление   по напряжению 40 дБ (т. е. в 100 раз), то сопротивление резистора   должно быть в 100 раз больше сопротивления  . Тогда частотная характеристика (линия 2) останется плоской до частоты среза ОУ, охваченного обратной связью   = 10⁴ Гц. После чего начнет спадать со скоростью 6 дБ/октава и достигнет единичного усиления на частоте 10⁶ Гц. Частота среза   связана с частотой единичного усиления   и коэффициентом усиления   соотношением

Гц.                  (6.14)

Полосой пропускания по уровню 3 дБ или просто полосой пропускания усилителя называют диапазон частот, где коэффициент усиления остается на уровне 3 дБ от максимального значения. Диапазон частот, где коэффициент усиления отличается от максимального значения не более чем на 3 дБ находится в пределах от нулевой частоты до частоты среза. Следовательно, ширина полосы пропускания ОУ с обратной связью равна частоте среза с обратной связью, т. е.  . Из рис. 6.9 следует, что переход от схемы включения ОУ без обратной связи к схеме с обратной связью сопровождается уменьшением коэффициента усиления при соответствующем расширении полосы пропускания. Причем, во сколько раз уменьшается коэффициент усиления за счет введения обратной связи, во столько же раз расширяется полоса пропускания.