Коэффициент ослабления синфазного сигнала

(8.158)

показывает, во сколько раз коэффициент передачи дифференциального сигнала больше коэффициента передачи синфазных сигналов; лежит в пределах от 60 до 120 дБ.

Дифференциальное входное сопротивление R_вх.д.– это сопротивление со стороны любого входа при подключении другого к общей точке схемы; изменяется в пределах от нескольких килоом до нескольких мегаом.

Синфазное входное сопротивление R_вхсф– это сопротивление между общей точкой схемы и замкнутыми друг с другом входами; имеет величину порядка десятков мегаом.

Время установления t_уст – это время, за которое выходное напряжение нарастает от 0,1 до 0,9 от установившегося значения.

Скорость нарастания выходного напряжения определяется выражением

и измеряется в вольтах в микросекунду (В/мкс).

Время восстановления t_вос– это время, необходимое для возвращения усилителя из режима насыщения по выходу в линейный режим.

Для балансировки ОУ имеется специальный резистор, с помощью которого необходимо добиться нулевого (или наименее возможного: десятые…сотые доли вольта) показания на выходе при отсутствии сигнала на входе, например, при закороченных входах. Схема балансировки приведена на рис. 8.45.

Рис. 8.45

В связи с тем, что ОУ имеет очень большой коэффициент усиления, он практически всегда используется с цепью отрицательной обратной связи для устранения самовозбуждения. Схема усилителя приведена на рис. 8.46. Если пренебречь входными токами ОУ, то можно записать или

Рис. 8.46

(8.159)

Учитывая, что при большом коэффициенте усиления U^–очень мало, получим (8.160)

т.е. коэффициент усиления инвертирующего усилителя определяется отношением сопротивления в цепи обратной связи к сопротивлению в цепи источника сигнала.

Рис. 8.47

Еще одной схемой усилительного каскада на ОУ является неинвертирующий усилитель (рис. 8.47). В этой схеме входной сигнал подается на неинвертирующий вход ОУ, а сигнал обратной связи – на инвертирующий вход.

Так как входным каскадом ОУ является дифференциальный усилитель, то можно записать: U⁺ » U^– = U_вх или

Рис. 8.48

,

откуда . (8.161)

Амплитудная характеристика ОУ приведена на рис. 8.48, где К⁺ – характеристика неинвертирующего усилителя, К^– – характеристика инвертирующего усилителя. На начальном участке амплитудная характеристика носит линейный характер, а при больших входных сигналах имеет место ограничение выходного сигнала.

Поскольку в операционном усилителе используются непосредственные связи, то амплитудно-частотная характеристика в области низких частот не имеет спада вплоть до нулевой частоты. В области высоких частот имеет место спад АЧХ (рис. 8.49, а), обусловленный наличием верхней границы усиливаемых частот активных элементов, паразитными емкостными связями между близко расположенными проводниками, а также между проводниками и подложкой.

Рис. 8.49, а

Все паразитные емкости можно объединить в общую емкость, шунтирующую нагрузку, поэтому

, (8.162)

где f_с – частота среза,

а модуль коэффициента усиления

. (8.163)

Рис. 8.49, б

Выходной сигнал ОУ отстает по фазе от входного, поэтому фазовый сдвиг будет отрицательным (рис. 8.49, б):

.

При введении в усилитель обратной связи произведение K·Df сохраняется.

С помощью ОУ можно выполнять не только усиление, но и различные математические операции: сложение, вычитание, дифференцирование, интегрирование, логарифмирование и другие функции.

Схема дифференциатора приведена на рис. 8.50. Так как I_c = I_ос, то можно записать:

Рис. 8.50

. (8.164)

Учитывая, что U^– очень мало, получим

. (8.165)

Операция интегрирования выполняется схемой, показанной на рис. 8.51. При равенстве токов I_R=I_c

запишем уравнение .

Так как для усилителя выполняется условие U^– << U_вх и U^– << U_вых, выше-приведенное равенство будет иметь вид

Рис. 8.51

,

откуда находим

. (8.166)

Операции дифференцирования и интегрирования выполняются более точно, если коэффициент усиления ОУ велик.

Рис. 8.52

Для выполнения операции логарифмирования можно использовать схему, представленную на рис. 8.52. В этой схеме в цепь обратной связи включен нелинейный элемент – транзистор в диодном включении, для прямой ветви ВАХ которого справедливо выражение

.

Логарифмируя последнее выражение, получим

. (8.167)

Тогда сигнал на выходе ОУ

,

где – тепловой потенциал.

Рис. 8.53

Обратную операцию – антилогарифмирования – можно выполнить, используя схему, изображенную на рис. 8.53, для которой справедливо выражение

(8.168)

Точность операций логарифмирования и антилогарифмирования определяется степенью приближения реальной характеристики нелинейного элемента к теоретической.

ОУ можно использовать для суммирования или вычитания сигналов, подавая их на один вход в одной фазе в случае суммирования или в противофазе – для их вычитания (рис. 8.54).

Рис. 8.54

Тогда напряжение на выходе сумматора

(8.169)

Для этих же целей можно использовать и оба входа ОУ, однако необходимо помнить, что при подаче сигналов одновременно на оба входа синфазные – вычитаются, противофазные – суммируются.