Свойства и характеристики ОУ

Благодаря практически идеальным свойствам операционных усилителей реализация различных схем на их основе оказывается значительно проще, чем на отдельных транзисторах. Поэтому ОУ постепенно вытесняют транзисторы во многих областях схемотехники. Для конкретного применения ОУ необходимо знание их основных свойств и характеристик.

18.3.1. Входные и выходные параметры ОУ

К входным параметрам ОУ относятся:

- дифференциальное входное напряжение, определяемое разностью напряжений на инвертирующем и нейнвертирующем входах

U_вхд= U_вх⁺ -U_вх ^– (18.1)

Если напряжение на одном из входов равно нулю, то

U_вхд= U_вх⁺ при U_вх ^– =0

U_вхд= -U_вх^- при U_вх ⁺ =0 (18.2)

- максимальное входное напряжение U_вx._макс - наибольшее значение входного напряжения, при котором выходное напряжение соответствует заданному напряжению U_вx._макс

- входной ток I_вх - среднее арифметическое значение входных токов при U_вых=0

I_вх = ½(I_вх⁺ +I_вх ^- ), (18.3)

- разность выходных токов DI_вх - разность значений токов, протекающих через входы ОУ, при U_вых=0

DI_вх = I_вх⁺ - I_вх ^- , (18.4)

Операционные усилители имеют собственное входное сопротивление R^¢_вх. Различают входное сопротивление для дифференциального сигнала R^¢_вхд и для синфазного сигнала R^¢_вхсф, который примерно на два порядка превышает R^¢_вхд.

К выходным параметрам относятся максимальное и допустимое значения выходного напряжения, выходное сопротивление R^¢_вых= DU_вых/DI_вых, напряжение источника питания Е и потребляемый ток I₀, который примерно равен 10 мкА.

18.3.2. Усилительные параметры и характеристики

Собственный коэффициент усиления по напряжению разомкнутого ОУ К' определяется отношением приращения выходного напряжения к вызвавшему это приращение значению входного напряжения

(18.5.)

У реальных ОУ собственный коэффициент усиления К^’ =10⁴ -10⁶.

Рассмотрим амплитудную характеристику ОУ, рис.18.3.

Рис. 18.3. Амплитудная характеристика операционного усилителя

В рабочем диапазоне амплитудная характеристика линейна и определяет область усиления. Наклон характеристики в этой области определяется собственным коэффициентом усиления К'= DU_вых /DU_вx.

В области насыщения с увеличением U_вх соответствующего увеличения выходного напряжения не происходит. U_{вых.макс} близко к источнику питания. Разность параметров Е-U_{вых.макс} зависит от R_н и составляет доли вольта. Однако в области ограничения нелинейность характеристики становится значительной. Поэтому обычно задают U_{вых.доп} при допустимом коэффициенте нелинейных искажений Кr.

Передаточная характеристика идеального ОУ должна проходить через нулевую точку (сплошная линия рис.18.3). Реальная амплитудная характеристика сдвинута, т. е. при U_вx=0 и U_вых¹0 условия баланса не выполняются. Для балансировки ОУ на вход усилителя необходимо подать некоторое напряжение, которое называется напряжением смещения нуля U_см0. Оно составляет единицы милливольт и зависит от температурного дрейфа, временного дрейфа и дрейфа, обусловленного изменением суммарного напряжения питания.

Если на входы "+" и "-" подать синфазное напряжение, то U_вх=0. Поэтому выходное напряжение тоже должно быть равно нулю. Однако для реальных ОУ это не соответствует действительности, т.е. имеет место некоторая передача синфазного сигнала, которая определяется коэффициентом передачи

К_сф=DU_вых/DU_вхсф (18.6.)

Передаточная характеристика синфазного сигнала приведена на рис.18.4.

Рис. 18.4. Передаточная характеритика синфазного сигнала

Наклон передаточной характеристики синфазного сигнала определяется К_сф. При некоторых значениях U_вх.с порядка 10 В выходное напряжение резко возрастает. Поэтому обычно задают допустимое синфазное напряжение на входе, которое выбирают:

U_{вх.сф.доп} < E; U_{вх.сф.доп} = Е- 3 В. (18.7)

Важной характеристикой ОУ является коэффициент ослабления синфазного сигнала

К_осл = К^¢ / К_сф, значение которого равно 10³-10⁵ (60 -100) дБ.

Лекция №19