6.2. Параметры оу.
ОУ характеризуется усилительными, входными, выходными, энергетическими, дрейфовыми, частотными и скоростными параметрами.
Важнейшими
характеристиками ОУ являются амплитудные
(передаточные) характеристики.
Рис.6.8. Передаточная характеристика операционного усилителя
Характеристики снимают при подаче сигнала на один из входов при нулевом сигнале на другом.
При
подаче на вход достаточно большого
сигнала Т шага ЭП окажется в режиме
насыщения и выходное напряжение не
зависит от входного. Это горизонтальные
участки. Им соответствуют напряжения
и
.
Эти напряжения близки к напряжению
источников питания.
Наклонным участкам (линейным) соответствует пропорциональная зависимость выходного напряжения от входного. Угол наклона участка определяется коэффициентом усиления ОУ по напряжению.
Для различных типов ОУ составляет от нескольких сотен до сотен тысяч и более.
Для
идеального ОУ
при подаче сигнала на один вход и при
нулевом потенциале на другом получить
конечное значение напряжения на выходе
можно лишь при бесконечно малом значении
входного напряжения. Т.е.мы
получаем, что в этом случае разность
потенциалов между входами идеального
ОУ равна или одинакова. Такое свойство
входов назвали виртуальным (фактическим)
нулем. Основываясь на этом свойстве
существенно упрощается задача определения
параметров ОУ, охваченного цепями
обратной связи.
Из
передаточных характеристик следует,
что при
=0
получается
=0,
т.е. графики проходят через ноль. Такое
состояние ОУ называется балансом ОУ.
Для реальных ОУ это состояние не
выполняется и наблюдается разбаланс.
Обусловлен он реальностью входного ДК.
Основная
причина разбаланса ОУ – это разброс
обратных токов эмиттеров транзисторов,
разброс значений резисторов
.
В результате
мы имеем напряжение смещения нуля
и
.
Естественно, что характеристика может
быть смещена не только вправо, но и
влево.
Зависимость от температуры вызывает температурный дрейф напряжения смещения нуля и температурный дрейф выходного напряжения.
Наличие на входе ДК обуславливает и такие дрейфовые параметры или параметры ОУ как УПТ, как средний входной ток и разностный входной ток. Протекая по источникам сигнала они создают мнимые синфазные и дифференциальные сигналы, которые усиливаются ОУ и поступают на вход. Основная причина этих токов – разброс коэффициентов усиления транзисторов по току входного ДК. В реальных схемах , если используется
лишь один вход ДК, то второй должен быть заземлен через резистор, равный по величине резистору сигнального канала.
Если входные токи (+) и (-) входов ОУ одинаковые, то резисторы в базовых цепях не равны, то на входах ОУ образуется мнимый входной дифференциальный сигнал, т.е. наблюдается разбаланс ОУ.
В целом же наличие разностного входного тока, среднего входного тока и напряжения смещения нуля заставляет в обязательном порядке дополнять ОУ элементами, предназначенными для начальной балансировки ОУ. Для конкретного типа ОУ существуют конкретные, типовые схемы балансировки. Кратко рассмотрим другие параметры ОУ.
Максимальное дифференциальное входное напряжение – оно обусловлено предельным напряжением превышение которого вызовет пробой эмиттерного перехода входных транзисторов.
Коэффициент
ослабления синфазного сигнала
параметр аналогичный параметру ДК
Входное сопротивление
обусловленно схемой входного ДК и режимом его работы. Например, если во входном ДК по схеме ОЭ стоят составные “супербета” транзисторы, из которых первый работает в микрорежиме, то может доходить до сотен Ом.
Выходное сопротивление
обусловлено сопротивлением выходного эмиттерного повторителя и составляет для ОУ десятки и сотни Ом.
Максимальное выходное напряжение
обусловлено напряжением насыщения выходных транзисторов и близко к
,
т.е. может составлять от 3 до 15 В.
Максимальный выходной ток
определяется максимальным выходным током транзисторов эмиттерных повторителей.
К этим параметрам можно добавить максимальный потребляемый ток и суммарную потребляемую мощность.
Частотные параметры ОУ
обусловлены наличием паразитных емкостей, а так же зависимостью параметров транзисторов от частоты. АЧХ ОУ на рис.51.
Частота
среза
частота с которой начинается спад амплитудной характеристики.
Граничная
частота
-
частота, на которой коэффициент передачи
уменьшается в
раз по определению граничной частоты.
Частота единичного усиления – частота, на которой =1.
Более точно можно было бы рассмотреть комплексный коэффициент передачи и его модуль.
Полоса пропускания
оценивают по .
В связи с тем, что ОУ имеет очень большие значения , в большинстве случаев для получения конечных сигналов (без насыщения или ограничения) используют цепи ООС. Однако, из-за спада АЧХ и, соответственно, фазового сдвига на высоких частотах цепь ООС может стать цепью ПОС и привести к самовозбуждению ОУ. С другой стороны, любое многокаскадное устройство для предотвращения возбуждения требует организации цепей ООС для высоких частот. Количество цепей ООС обычно на 1 меньше числа усилительных каскадов. В некоторых ОУ эти цепи, называемые цепями коррекции вводят внутрь микросхем. В тех ОУ, где нет встроенных цепей ООС, их вводят навесным (внешним) монтажем. Тип
цепей (RC – ,C - ,) и номиналы элементов обычно указывают в справочниках по ОУ. Усиление импульсных сигналов ОУ характеризуют динамическими параметрами.
– скорость нарастания выходного напряжения (скорость отклика)
определяется по реакции ОУ на действие скачка напряжения на входе путем оценки отношения приращения выходного напряжения от уровня 0,1 до уровня 0,9 к времени этого изменения. Существующие типовые схемы включения ОУ позволяют дополнить его элементами, обеспечивающими скорость нарастания
.
Время установления выходного напряжения – время за которое выходное напряжение меняется от 0,1 до 0,9 .
мкс
для различных ОУ.