9.2. Структурная схема оу

ОУ представляет собой многокаскадное устройство и состоит из следующих блоков:

Д У – дифференциальный усилитель, предназначен для усиления дифференциальной и подавления синфазной составляющих входных сигналов.

У Н – усилитель напряжения, обеспечивает основное усиление сигнала по напряжению.

КСУ – каскад сдвига уровня. Обеспечивает сдвиг усиленного входного сигнала по постоянной составляющей, что необходимо для нормальной работы усилителя мощности. На рис. показан сдвиг сигнала U₂ по постоянной составляющей на величину U₀.

УМ – усилитель мощности, он служит для увеличения нагрузочной способности ОУ, создавая на нагрузке сигнал необходимой мощности. Обычно он выполнен по двухтактной схеме с защитой от короткого замыкания.

9.3. Основные параметры и характеристики оу

Наличие на входе ДК определяет номенклатуру параметров ОУ: она практически такая же, как у отдельного дифференциального усилителя.

1. Характеристика передачи.

Характеристика передачи или амплитудная характеристика (АХ) - это зависимость выходного напряжения от входного дифференциального напряжения . Наклон этой характеристики на линейном участке определяет

– собственный коэффициент усиления ОУ (коэффициент усиления дифференциального сигнала). Важными параметрами являются также

– коэффициент усиления синфазного сигнала.

– коэффициент ослабления (подавления) синфазного сигнала.

Линейная зависимость между и входными сигналами наблюдается лишь при малых значениях , когда вблизи нуля. При больших значениях ОУ переходит в состояние насыщения, т.е. его выходной сигнал принимает напряжение близкое к напряжению питания +E_п или –E_п.

Динамический диапазон. Под динамическим диапазоном понимается выраженное в децибелах отношение максимального и минимального входных сигналов. Минимальный сигнал ограничен собственными шумами, а максимальный – нелинейными искажениями. Амплитуда выходного сигнала не может превысить напряжение питания, поэтому U_вх.д.max<E_п/К₀. Поскольку К₀ очень велико (К₀=10⁴-10⁸), а E_п=10-15 В, U_вх.д.max может составлять 10^-3-10^-7 В.

Для сбалансированного ОУ АХ проходит через ноль. Реально ОУ р азбалансирован, т.е. его АХ смещена относительно нуля. Разбаланс ОУ характеризуется параметрами:

Напряжение сдвига – это

Напряжение смещения – U_см. Это такое входное напряжение, которое надо подать на вход, чтобы устранить разбаланс ОУ.

Температурная чувствительность напряжения смещения: ε_см=ΔU_с/ΔТ.

2. Входные параметры ОУ.

1 ). Средний входной ток: . Входные токи зависят от транзисторов входного каскада и составляют

Средний входной ток создает на резисторах напряжения (рис.9 ) и если не одинаковы, то на входе возникает дифференциальная составляющая входного напряжения, которая будет усилена ОУ, что приведет к его разбалансу. Для устранения разбаланса ОУ за счет входных токов резисторы должны выбираться одинаково.

2). Разность входных токов

3). – максимальное значение входного синфазного напряжения.

4). Величина входного сопротивления: различают входное дифференциальное и входное синфазное сопротивление R_вх.диф, R_вх.сф.

3. Выходные параметры.

1). Выходное сопротивление ОУ R_вых. Обычно R_вых=(10² – 10³)Ом. Однако благодаря обратным связям R_вых оказывается значительно меньше.

2). – максимальное выходное напряжение. .

3). Максимальный выходной ток ( - для ОУ широкого применения).

4). Наличие защиты от КЗ.

4. Частотные параметры ОУ.

И х оценивают по графику зависимости коэффициента усиления от частоты. Эту зависимость обычно строят в логарифмическом масштабе и основные частотные параметры следующие:

1). – граничная частота – это частота, на которой коэффициент усиления уменьшается в корень из двух раз, если график построен в линейном масштабе, или на 3дБ, если график построен в логарифмическом масштабе К(f_гр)=К₀-3дБ.

2). – частота единичного усиления, это частота где или К(f₁)[дБ]=0 дБ

Частотные параметры ОУ связаны соотношением .

5. Динамические параметры ОУ.

О ни характеризуют быстродействие переключения ОУ и количественно оцениваются следующими параметрами.

1). Скорость нарастания выходного напряжения ,

где t_0.1 и t_0.9 время достижения уровня U_ВЫХ.0,1 и U_ВЫХ.0,9 от стационарного значения принятого за единицу. Этот параметр измеряется при ступенчатом входном сигнале с максимально допустимой амплитудой.

2). – время установления выходного напряжения своего стационарного значения с заданной точностью.