Характеристики и параметры ОУ

Без обратных связей ОУ не применяется из-за его большого коэффициента усиления, вследствие чего даже незначительная асимметрия плеч входного дифференциального усилителя или весьма малое входное напряжение могут привести к насыщению ОУ (формированию на выходе ОУ напряжения, близкого по уровню к напряжению питания) и его неспособности обрабатывать входные сигналы.

Подключив звено отрицательной обратной связи (ООС), состоящее из двух резисторов (делителя), например, R_oc» 200 кОм и R ₁ » 5 кОм между выходом и инвертирующим входом и соединив вход Н с общей точкой, получим инвертирующий усилитель (рис. 11.6, а) с фиксированным коэффициентом усиления, амплитудная характеристика которого изображена на рис. 11.6, б, на которой напряжение смещения U_см = U_{вых. 0}/ K_u.oc (при u_вых = 0) есть приведенный к входу ОУ дрейф нуля U_{вых. 0} при U_вх = 0 от всех дестабилизирующих факторов.

Рис. 11.6. Инвертирующий ОУ:

а – электронная схема; б – амплитудная характеристика.

Рис. 11.7. Неинвертирующий ОУ:

а – электронная схема; б – амплитудная характеристика.

Схема неинвертирующего усилителя и его амплитудная характеристика представлены на рис. 11.7, а, бг.

Основными параметрами ОУ с ООС являются:

· коэффициент усиления напряжения K_{u . ос} = Du_вых / Du_вх, где Du_вх – разность потенциалов между входными выводами, и не зависит от коэффициента усиления самого ОУ (K_u = 10⁵…10⁶). Для инвертирующего ОУ c ООС K_{u . ос} приближенно определяется отношением сопротивлений резисторов R_oc и R ₁ звена ООС по напряжению, т. е. K_{u . ос} » - R_oc / R ₁.

Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя (см. рис. 11.7, а)

.

Максимальное значение напряжения, при котором нелинейные искажения пренебрежительно малы, т. е. меньше напряжения питания U_n на 0,5 …3 В в зависимости от уровня U_п;

· входное сопротивление для разностного сигнала между входами ОУ на низкой частоте R_вх» 10³ …10⁷ Ом;

· выходное сопротивление R_вых < 100 Ом;

· входное напряжение смещения нуля U_см (единицы милливольт) - дифференциальное напряжение, которое нужно приложить между входами ОУ, чтобы его выходное напряжение в отсутствие входных сигналов стало равно нулю;

· частота среза f_в, соответствующая спаду АЧХ ОУ на 3 дБ;

· частота единичного усиления f ₁ (достигает сотен мегагерц), т. е. частота, при которой K_u = 1;

· скорость нарастания выходного напряжения(v» 1…100 В/мкс) при подаче ступенчатого напряжения на вход и коротком замыкании выхода на инвертирующий вход;

· время установления выходного напряжения (t_уст = 0,05…2 мкс) от 0,1 до 0,9 своего установившегося значения.

Одним из важных достоинств ОУ является подавление (ослабление) синфазного сигнала u_вх. _сф = (u_{вх 1} + u_{вх 2})/2, соответствующего равным по значению и одинаковым по знаку напряжениям, приложенным к обоим входам. Коэффициентом ослабления синфазного сигнала

К_ос.сф = 20lg(К_u.oc / K_сф) = 60…120 дБ,

где К_u.oc - коэффициент усиления напряжения u_вх. _сф, приложенного между входными выводами ОУ, т. е. разностного напряжения Du = u_{вх 1} - u_{вх 2}; K_сф = u_вых. _сф / u_вх. _сф - коэффициент усиления напряжения u_вх. _сф, приложенного между общей шиной и каждым входом ОУ. Чем больше К_ос.сф, тем меньшую разность входных сигналов сможет различить ОУ на фоне большого синфазного напряжения.

Формирование напряжения на выходе ОУ в отсутствие входных сигналов (дрейф нуля) обусловлено неполной идентичностью напряжений эмиттерных переходов транзисторов входного дифференциального усилителя, изменением температуры окружающей среды, параметров источников питания, старением активных элементов схемы и т. п. Введением внешних цепей коррекции (балансировки), подключаемых к специально предусмотренным для этой цели выводам ОУ, можно компенсировать погрешности, обусловленные действием всех перечисленных выше дестабилизирующих факторов, приводящих к дрейфу нуля.