Основные параметры и характеристики ОУ

К основным параметрам ОУ можно отнести:

- коэффициент усиления напряжения K _U0;

- входное напряжение смещения U _СМ;

- входной ток I _ВХ;

- разность входных токов D I _ВХ;

- входное сопротивление R _ВХ;

- выходное сопротивление R _ВЫХ;

- коэффициент подавления синфазного сигнала K _{П СФ};

- скорость нарастания выходного напряжения V _{U ВЫХ};

- частота единичного усиления F _МАКС.

Приведенные параметры должны учитываться при построении схем аналоговых электронных устройств на основе ОУ.

Рассмотрим перечисленные параметры более подробно.

Коэффициент усиления напряжения K _U0 характеризует способность ОУ усиливать подаваемый на его входы дифференциальный сигнал:

K _U0 = U _вых / U _вх,

где U _вх = U _вх1 – U _вх2 входное дифференциальное напряжение.

Типовое значение коэффициента усиления ОУ составляв 10⁴... 10⁶.

Входное напряжение смещения U _СМ – это напряжение, которое обусловлено, в основном, неидентичностью напряжений эмиттерных переходов транзисторов входного дифференциального усилителя. Наличие этого напряжения приводит к тому, что даже при отсутствии входного напряжения, напряжение на выходе ОУ не равно нулю (то есть U _вых ¹ 0 при U _вх = 0).

Численно входное напряжение смещения определяется как напряжение, которое необходимо приложить ко входу усилителя для того, чтобы его выходное напряжение было равно нулю. Типовое значение напряжения смещения единицы — десятки милливольт.

Входной ток I _BX (входной ток смещения) — ток, протекающий во входных выводах ОУ и необходимый для обеспечения требуемого режима работы его транзисторов по постоянному току. Типовое значение этого тока сотни наноампер — единицы микроампер.

Разность входных токов D I _BX (ток сдвига). Природа этого тока кроется, в основном, в неодинаковости коэффициентов передачи тока h _21Э транзисторов входного каскада ОУ. Численно он равен модулю разности входных токов усилителя:

D I _BX=½ I _BX1 - I _BX2½

Типовое значение данного параметра — от единиц и десятых долей наноампера до единиц микроампер.

Входное сопротивление R _BX. Различают дифференциалное входное сопротивление R _{BХ ДИФ} и синфазное входное сопротивление R _{BХ СИН}.

R_{BХ ДИФ} определяется как сопротивление между входами усилителя, а R_BХСИН - как сопротивление между объединенными входными выводами и нулевой шиной.

Повышение входного сопротивления ОУ достигается либо снижением базовых токов покоя биполярных транзисторов дифференциального усилителя входного каскада до ничтожно малых значений (единицы наноампер), либо использованием в дифференциальном усилителе полевых транзисторов.

Типовое значение входного сопротивления — сотни килоом.

Выходное сопротивление R _BЫX - это сопротивление усилителя, рассматриваемого как эквивалентный генератор. Типовое значение выходного сопротивления — сотни Ом.

Коэффициент подавления синфазного сигнала К_{П СФ} определяет степень подавления (ослабления) синфазной составляющей входного сигнала. Его типовое значение — 50... 70 дБ.

Скорость нарастания выходного напряжения V _{U ВЫХ} характеризует частотные свойства усилителя при его работе в импульсных схемах. Измеряется при подаче на вход ОУ напряжения ступенчатой формы. Численное значение V _{U ВЫХ} может быть найдено как отношение изменения выходно­го напряжения ОУ ко времени его нарастания при подаче на вход скачка напряжения. Время нарастания определяется интервалом времени t _уст, в течение которого выходное напряжение ОУ изменяется от 10% до 90% от своих установившихся значений:

Типовое значение скорости изменения выходного напряжения — единицы вольт/микросекунд.

Частота единичного усиления F _МАКС - это частота, на которой модуль коэффициента усиления ОУ равен единице. Обычно эта частота не превышает нескольких мегагерц.

Большинство перечисленных параметров сильно зависит от условий эксплуатации. Эти зависимости обычно задаются графически.

Одной из важных характеристик ОУ является передаточная характеристика для неинвертирующего и инвертирующего входов. Применение двух источников питания в ОУ при подключении нагрузки к их общей точке позволяет формировать на выходе двухполярное напряжение. Следовательно, передаточная характеристика усилителя расположена в двух квадрантах. На рисунке 5, а и б приведены передаточные характеристики ОУ соот­ветственно для неинвертирующего и инвертирующего входов. Из этих характеристик следует, что максимальное выходное напряжение ОУ (U _{вых мах}) всегда меньше напряжения источников питания.

Рисунок 5

Частотные свойства ОУ в зависимости от условий его применения характеризуются двумя группами параметров. К первой группе относятся параметры, используемые при построении аналоговых схем. Это, в первую очередь, линейная амплитудно-частотная характеристика (ЛАЧХ) и фазочастотная характеристика (ФЧХ).

Ко второй группе параметров относится скорость нарастания выходного напряжения (скорость отклика усилителя), характеризующаяся временем установления выходного напряжения и временем восстановления ОУ после перегрузки. Эта характеристика применяется для анализа работы ОУ в импульсных схемах.

При рассмотрении частотных свойств ОУ необходимо принимать во внимание следующее:

- ОУ может как содержать, так и не содержать собственные (внутренние) цепи коррекции;

- ОУ является многокаскадным усилителем, поэтому его амплитудная и фазочастотная характеристики могут быть получены простым суммированием соответствующих характеристик входящих в него каскадов.

Следует отметить, что на частотные свойства ОУ, кроме применяемых полупроводниковых приборов и внутренних цепей коррекции сильное влияние оказывают паразитные емкости самой ИС.

Результирующие ЛАЧХ и ФЧХ ОУ, состоящего из нескольких каскадов, можно построить суммированием ЛАЧХ и ФЧХ отдельных каскадов. На рисунке 6 приведена построенная таким образом ЛАЧХ трехкаскадного ОУ. Вполне очевидно, что в различных каскадах из-за неодинаковых свойств активных приборов и разной глубины местной ООС постоянные времени T_i будут различны, поэтому различными будут и соответствующие им частоты среза w_{ср i} = 2p / T_i.

Рисунок 6 – ЛАЧХ трехкаскадного ОУ

Таким образом, типовая логарифмическая амплитудно-частотная характеристика ОУ во всем диапазоне частот имеет постоянный наклон - 20 дБ/дек и его передаточная функция описывается выражением:

W_OУ = K _U0 / (Т_ОУр + 1),

где K _U0 - собственный коэффициент усиления ОУ;

Т_ОУ - постоянная времени ОУ.

Формирование у всех ОУ однотипной ЛАЧХ продиктовано удобством его практического применения. Поэтому сделанное выше допущение о пренебрежении паразитными емкостями конструкции ОУ вполне оправдано.

Дата добавления: 2014-01-07