1.2. Усилительные свойства оу

Выходное напряжение реального ОУ связано с напряжениями на его входах соотношением:

U_вых = АU_д + А_ссU_сс, (1)

где А – коэффициент усиления ОУ для дифференциального сигнала;

U_д = U_р – U_n – дифференциальный сигнал на входе ОУ;

U_сс = 1/2 (U_р + U_n) – синфазный сигнал на входе ОУ;

А_сс – коэффициент усиления синфазного входного сигнала.

Синфазный входной сигнал U_сс = 1/2 (U_р + U_n) представляет собой составляющую входного напряжения, воздействующую одновременно на оба входа ОУ. Коэффициент усиления синфазного сигнала ОУ определяется как:

(при U_сс = U_р = U_n). (2)

В технической документации на ОУ обычно используют коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС):

. (3)

Тогда выражение (1) запишется в виде:

. (4)

Для ОУ общего применения величина А ограничена значением 10⁵-10⁶ (или 100 – 120 дБ). Величина КОСС лежит в диапазоне 10⁴ – 10⁵ (или 80 – 100 дБ).

Для достаточно больших значений КОСС и малых величин синфазного входного сигнала U_сс вторым слагаемым в (4) можно пренебречь:

U_вых  А(U_р – U_n ) = АU_д. (5)

Таким образом, можно считать, что ОУ усиливает только разность входных сигналов.

1.3. Передаточные характеристики оу

Усилительные свойства ОУ описываются его передаточными характеристиками (рисунок 2). Их представляют в виде двух кривых 1 и 2, относящихся соответственно к неинвертирующему (1) и инвертирующему (2) входам. Характеристики снимают при подаче сигнала на один из входов (например, р-вход) при нулевом сигнале на другом входе (соответственно n-входе).

Рисунок 2 – Передаточные характеристики ОУ

Из передаточных характеристик следует:

1. наклон характеристики в линейной области (области усиления) определяется коэффициентом усиления:

;

2. при нулевом напряжении на входе ОУ напряжение на его выходе не равно нулю:

U_вых  0 = U_вых,0 = АU_сдв, (6)

где U_сдв – входное напряжение сдвига, обусловленное в основном, неидентичностью параметров транзисторов входного дифференциального каскада ОУ.

Численно U_сдв определяется как напряжение, которое необходимо приложить к входу ОУ для того, чтобы его выходное напряжение было равно нулю.

Наличие напряжения U_сдв необходимо учитывать, особенно при усилении малых входных сигналов. Его можно компенсировать, подавая на один из входов ОУ напряжение смещения (соответствующей величины) от внешнего источника;

3. выходное напряжение ОУ U_вых ограничено значением U_{вых,макс}, которое всегда меньше напряжения источника питания Е_п.

При увеличении входного напряжения U_вх до величины, близкой к

(7)

передаточная характеристика переходит в область нелинейности, а затем – в нерабочую область (горизонтальный участок).

1.4. Основные параметры оу

1. Коэффициент усиления для дифференциального сигнала А.

2. Напряжение сдвига U_сдв.

3. Входной ток смещения I_cм. Входные токи смещения по входам "р" и "n" необходимы для работы входного дифференциального каскада ОУ.

4. Входной ток сдвига I_cдв. I_cдв = |I_см,р – I_см,n|.

5. Входное сопротивление R_вх. Следует различать дифференциальное входное сопротивление R_{вх д} (сопротивление между двумя входами ОУ) и синфазное входное сопротивление R_{вх сс} (сопротивление между объединенными входами и общей шиной).

6. Выходное сопротивление R_вых.

7. Коэффициент ослабления синфазного сигнала КОСС.

8. Коэффициент влияния нестабильности источника питания на выходное напряжение К_нп. Он показывает изменение выходного напряжения ОУ при изменении напряжения питания (+Е_п и –Е_п одновременно) на 1 В. Измеряется в [мкВ/В].

9. Входная емкость С_вх.

10. Ток потребления без нагрузки I_п.

11. Мощность потребления без нагрузки Р.

12. Максимальная скорость нарастания выходного напряжения V. Измеряется в [В/мкс].

13. Переходная характеристика – зависимость напряжения на выходе ОУ от времени при подаче на вход ОУ ступеньки напряжения.

14. Частота единичного усиления f₍₁₎ – частота, на которой коэффициент усиления ОУ А равен 1 (или 0 дБ).

15. Предельно допустимые значения параметров. Значения параметров, при превышении которых не гарантируется обеспечение функциональных характеристик ОУ или возможно необратимое повреждение ОУ. К таким параметрам относятся: Р_макс , Е_п,макс , U_{д,макс .}, U_{сс,макс} , , и др.