Дрейфовые характеристики

На (рис. 1.4) показан вид передаточной характеристики реального ОУ.

Рис. 1.4

Напряжение U_смо, при котором U_вых = 0, называется входным напряжением смещения нуля. Оно определяется значением напряжения, которое необходимо подавать на вход ОУ для создания баланса. Напряжения U_смо и U_вых связаны соотношением U_смо = U_вых / К_uоу. Основной причиной разбаланса ОУ является существенный разброс параметров элементов дифференциального усилительного каскада. Зависимость от температуры параметров ОУ вызывает температурный дрейф входного напряжения смещения и температурный дрейф выходного напряжения.

Передаточная характеристика ОУ для синфазного сигнала показана на (рис. 1.5), из которого видно, что при достаточно больших значениях U_сф (соизмеримых с напряжением источника питания) коэффициент усиления синфазного сигнала К_сф резко возрастает.

Рис. 1.5

Используемый диапазон входного напряжения называется областью ослабления синфазного сигнала. ОУ характеризуется коэффициентом ослабления синфазного сигнала.

Операционный усилитель хорошо характеризует его передаточная характеристика – зависимость вида U_вых = f(U_диф), где f – некоторая функция.

Характеристика обычно не проходит через начало координат. У различных экземпляров операционных усилителей одного и того же типа эта характеристика может проходить как слева, так и справа от начала координат. Заранее предсказать точное положение этой характеристики невозможно. Значение напряжения U_диф, при котором выполняется условие U_вых= 0, называют напряжением смещения (напряжением смещения нуля) и обозначают через U_см. Например, у ОУ типа К140УД1 U_см = ±10 мВ

Для того, чтобы при нулевом усиливаемом сигнале напряжение на выходе было равно нулю, т.е. для того передаточная характеристика через начало координат, предусматривают меры по компенсации напряжения смещения (балансировка, коррекция нуля, настройка нуля). Для этого могут быть предусмотрены выводы "NC", на которые нужно подавать напряжение, компенсирующие U_см, что показано на рисунке:

Напряжение U_см зависит от различных факторов и может изменяться следующим образом:

· На единицы-десятки микровольт при изменении температуры на 1°С;

· На единицы-десятки микровольт при изменении напряжения питания на 1В;

· На доли-единицы микровольт при увеличении срока службы схемы на 1 месяц.

Диапазон выходного напряжения, соответствующий почти вертикальному участку передаточной характеристики, называется областью усиления. Соответствующий этому диапазону режим работы называют режим усиления (линейным, активным режимом).

В линейном режиме U_вых = k·U_диф, где k – коэффициент усиления по напряжению (коэффициент усиления напряжения, коэффициент усиления дифференциального сигнала), k = 10⁴…10⁵.

В режиме насыщения U_вых.max = +U_пит– 3В, U_вых.min = -U_пит+ 3В.

В приближенных расчетах принимают: U_вых.max = +U_пит, U_вых.min = -U_пит.

Диапазон значений напряжений U_диф настолько мал, что в режиме линейного усиления при практических расчетах принимают U_диф = 0.

Найдем усилительные параметры ОУ с ООС. При анализе полагаем: и>/?Вых, /?вх>/?ь Явых-СЯг; эти условия в реальных схемах легко выполняются. Поскольку у ИМС

/?ЕХ—>-оо, ТО 1вх = —ioo = t.

Рис. 2.20. Инвертирующий ОУ с ООС (а) и его передаточная характеристика (б)

Передаточные параметры:

· коэффициент усиления по напряжению К_оу определяемый отношением изменения выходного напряжения к вызвавшему это изменение дифференциальному входному сигналу К_оу= U_вых/U_вх.диф ;

· коэффициент ослабления синфазного сигнала К_осс определяемый отношением коэффициента усиления дифференциального сигнала в схеме на ОУ к коэффициенту усиления синфазного сигнала К_осс= К_оу/ К_оу.сс . Он характеризует способность ослаблять (не усиливать) сигналы, приложенные к обоим входам одновременно;

· граничная частота f_гр – частота на которой коэффициент усиления уменьшается в (1/2)^1/2 раз по отношению к максимальному значению коэффициенту усиления. Эта частота соответствует уменьшению коэффициента усиления на –3дБ, при задании коэффициента усиления в логарифмическом масштабе. Для ОУ АЧХ коэффициента усиления которого приведена на рис.1.9граничная частота f_гр=10Гц;

· частота единичного усилия f₁ т. е. частота, при которой К_оу=1. Для ОУ АЧХ коэффициента усиления которого приведена на рис.1.9 частота единичного усиления f₁=10⁶Гц. Граничная частота f_гр , частота единичного усиления f₁ и коэффициент усиления по напряжению К_оу для ОУ с внутренней коррекцией связаны соотношением f₁= f_грК_оу .

· запас устойчивости по фазе на частоте единичного усиления φ_зап , характеризует устойчивость ОУ. φ_зап =180⁰ – |φ₁|, где φ₁ – фазовый сдвиг на частоте f_1. Положительный запас устойчивости по фазе является показателем устойчивости ОУ. Для получения максимально быстрого отклика на импульсный входной сигнал и одновременно исключения звона или неустойчивости желательно иметь запас устойчивости по фазе порядка 45⁰. Для ОУ фазово-частотная характеристика, которого приведена на рис.1.9 φ₁=90⁰, а φ_зап=90⁰.