Для уяснения принципов действия схем на ОУ и приближенного их анализа
оказывается полезным ввести понятие идеального операционного усилителя. Будем
называть идеальным операционный усилитель, который имеет следующие свойства:
a) бесконечно большой дифференциальный коэффициент усиления по напряжению K
U=Uвых /(U1 - U2) (у реальных ОУ от 1
тыс. до 100 млн.);
b) нулевое напряжение смещения нуля Uсм, т.е. при равенстве
входных напряжений выходное напряжение равно нулю (у реальных ОУ Uсм
, приведенное ко входу, находится в пределах от 5 мкВ до 50 мВ);
c) нулевые входные токи (у реальных ОУ от сотых долей пА до единиц мкА);
d) нулевое выходное сопротивление (у реальных маломощных ОУ от десятков Ом
до единиц кОм);
e) коэффициент усиления синфазного сигнала равен нулю;
f) мгновенный отклик на изменение входных сигналов (у реальных ОУ время
установления выходного напряжения от единиц наносекунд до сотен микросекунд).
Как будет показано ниже, операционный усилитель, предназначенный для
|
|
универсального применения, из соображений устойчивости должен иметь такую же
частотную характеристику, что и фильтр нижних частот первого порядка
(инерционное звено), причем это требование должно удовлетворяться по крайней
мере вплоть до частоты единичного усиления fт, т.е. такой
частоты, при которой |KU| =1. На рис. 3 представлена типичная логарифмическая
амплитудно-частотная характеристика (ЛАЧХ) скомпенсированного
Рис. 3. Типичная ЛАЧХ операционного усилителя
операционного усилителя. В комплексной форме дифференциальный коэффициент
усиления такого усилителя выражается формулой:
Здесь KU - дифференциальный коэффициент усиления ОУ на постоянном
токе. Выше частоты fп, соответствующей границе полосы пропускания на
уровне 3 дБ, модуль коэффициента усиления KU обратно пропорционален
частоте. Таким образом, в этом диапазоне частот выполняется соотношение
|KU| f = |KU| fп = fт
На частоте fт модуль дифференциального коэффициента усиления |KU
| = 1. Как следует из последнего выражения, частота fт равна
произведению коэффициента усиления на ширину полосы пропускания.