Параметры операционных усилителей

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 7Следующая ⇒

Возможности применения ОУ зависят от его электрических характеристик. Для полной характеристики ОУ необходимо учитывать более 30 параметров. Знание параметров ОУ, понимание степени их влияния на работу устройства в целом позволяет не только выбрать наиболее подходящий тип для конкретной цели, но зачастую обходиться без дополнительных испытаний.

Коэффициент усиления ОУ (К_0) равен отношению приращения выходного напряжения (тока) к вызвавшему это приращение входному сигналу (току) при отсутствии ОС. К_{0 } является функцией частоты и с ее увеличением падает. Частотная и фазовая характеристики ОУ складываются из характеристик отдельных внутренних каскадов, каждый из которых имеет свою собственную постоянную времени и может быть представлен в виде RC-цепочки. Суммарная частотная характеристика ОУ аппроксимируется диаграммой Боде (рис. 3, а). Каждый каскад вносит фазовый сдвиг до 90⁰ на граничной частоте, поэтому общий фазовый сдвиг зависит от количества каскадов и имеет вид, показанный на рис. 3а) внизу. Поскольку на выходе ОУ уже имеется сдвиг фазы 180⁰ относительно инвертирующего входа, на который подается ООС, то на некоторой частоте суммарный сдвиг фазы достигает 360⁰. Если на этой частоте величина К⁰b³ 1, где b – коэффициент ОС, то отрицательная ОС превращается в положительную, что приводит к самовозбуждению схемы.

Рис. 3. а) Аппроксимированная логарифмическая амплитудно-частотная (ЛАЧХ) и

фазо-частотная характеристики (ФЧХ); б) статическая передаточная характеристика

Частотная коррекция предотвращает самовозбуждение схемы. Для этого вводят специальные частотно-зависимые корректирующие цепи, которые снижают коэффициент усиления на высоких частотах, приближая характеристику ОУ к звену первого порядка, как на рис. 4. Частотная коррекция может быть как внутренняя (140УД7, 544УД1), так и внешняя (553УД2, 140УД5).

Входное сопротивление (R_вх) определяется как отношение DU _вх /DI _вх при заданной частоте сигнала. Фактически это сопротивление между входами ОУ. Необходимо помнить, что входное сопротивление ОУ и входное сопротивление схемы – это два разных понятия, величина их может отличаться на несколько порядков. Типовые значения R _вх на низких частотах для биполярных входов – 10⁴¸ 10⁸ Ом, для полевых – 10⁷¸ 10¹² Ом.

Выходное сопротивление R_вых – это внутреннее выходное сопротивление ОУ, которое можно определить как отношение U _хх /I _кз (напряжение холостого хода / ток короткого замыкания), и составляет для разных ОУ величину порядка десятков-сотен Ом. Глубокая отрицательная обратная связь делает выходное сопротивление пренебрежимо малым (или очень большим в случае обратной связи по току). Типовое значение R _вых для ОУ широкого применения 100¸ 1000 Ом.

Входной ток смещения (I_вх)   ток, протекающий во входную цепь ОУ, необходимый для нормальной работы входных биполярных транзисторов (для полевых – ток утечки затвора). Под I _вх подразумевают среднее арифметическое двух токов I _вх+ и I _вх-. Для разных типов ОУ входной ток смещения изменяется в широких пределах: для биполярных входных транзисторов – 10^-5¸ 10^-8 А, для полевых – 10^-9¸ 10^-12 А. В справочных данных обычно приводятся сильно завышенные значения I _вх.

Разность входных токов (ток сдвига) DI_вх = |I_вх+- I_вх-| определяется при заданном значении входного напряжения. Разность DI_вх вызывает на выходе ОУ некоторое смещение (приведенное ко входу оно составляет величину 1¸ 5мВ и зависит от величины резисторов, подключаемых ко входам).

Напряжение смещения (U_см) определяется как разность напряжений на входах, при котором U _вых = 0 при оговоренных сопротивлениях резисторов, подключаемых ко входам. Если значения этих резисторов стремятся к нулю, то напряжение смещения называют э.д.с. смещения (E_см). Для ОУ с биполярными транзисторами на входе U _см зависит в основном от разброса напряжений DU _{э, б} эмиттерно-базовых переходов и составляет 1¸ 10мВ. Для ОУ с полевыми транзисторами на входе U _см обычно в несколько раз больше (до 30 мВ), что объясняется их меньшей крутизной. Если на оба входа ОУ, не охваченного отрицательной обратной связью, подать точно равные напряжения, например, оба входа заземлить, на выходе скорее всего будет наблюдаться уровень, близкий к одному из питающих напряжений, то есть ОУ войдет в режим ограничения U _вых = U _см × K ₀ ~10 ^-2 × 10 ⁵ = 1000В > > E _пит. Для того чтобы при подаче равного напряжения на оба входа усилителя выходное напряжение было близко к нулю, ОУ необходимо сбалансировать. Балансировка ОУ обычно достигается подачей дополнительного тока в цепь коллекторов входного ДУ с помощью переменного резистора, подключаемого к специальным выводам (R _бал. на рис. 1). Некоторые типы ОУ таких выводов не имеют и балансируются по входу (140УД5, рис. 2, е).

Средний температурный дрейф напряжения смещения (DU_см/DT) – максимальное изменение U _см при изменении температуры на 1°C в оговоренном диапазоне температур. Измеряется в мкВ/°C. Типовые значения для биполярных входов 5¸ 20мкВ/°C, для входов с полевыми транзисторами 20¸ 100мкВ/°C. Если U _см можно скомпенсировать до нуля, то с температурным дрейфом бороться сложнее. Входной ток I _вх и разность входных токов DI _вх тоже изменяются с температурой.

Частота единичного усиления (f₁)   это частота, на которой |K ₀ (f ₁ )| = 1. Характерная зависимость коэффициента усиления от частоты приведена на рис. 3, а и 4, где ЛАХ пересекает уровень 0 дБ в точках f ₁.

Граничная частота (f_гр) определяется как частота, на которой коэффициент усиления уменьшается на 3 децибела: |K(f _гр )| = 0.707·|K(0)|. Область частот 0¸ f _гр называют полосой пропускания. Введение ООС расширяет полосу пропускания (график 2 на рис. 4).

Скорость нарастания выходного напряжения определяется как dU _вых /dt при воздействии импульса большой амплитуды. Измеряется в В/мкс. Для разных ОУ меняется в пределах от 0.1 В/мкс (прецизионные ОУ) до 100 В/мкс (быстродействующие ОУ). Этот параметр становится важным, если ОУ используется в качестве компаратора (устройства сравнения) уровней сигналов в быстродействующих схемах.

Диапазон выходного напряжения (DU_вых) – это диапазон значений выходного напряжения, при котором параметры ОУ лежат в гарантированных пределах. Зависит от напряжения питания. При несимметричном выходе верхняя и нижняя границы диапазона различны. Например, для 544УД2 D U _вых =10В при Е _п = ±15В (симметричный выход); для 140УД5 D U _вых = +6В/ – 4В при Е _п = ±12В (несимметричный выход).

Диапазон синфазных входных напряжений (DU_вх.сф) – это такой диапазон синфазных входных напряжений, в котором параметры ОУ лежат в гарантированных пределах. Зависит от напряжения питания. Примерно на 3¸ 5 В меньше Е _п.

Коэффициент ослабления синфазного сигнала равен отношению синфазного входного напряжения к дифференциальному, вызывающих одно и то же U _вых. Измеряется в децибелах. Для разных ОУ изменяется в пределах от 50 дБ (140УД5А) до 120 дБ (140УД24).

Максимальный выходной ток (I_вых.max). Для ОУ, имеющих внутреннюю защиту от короткого замыкания по выходу, это выходной ток короткого замыкания в режиме ограничения; для ОУ без защиты от КЗ – предельный выходной ток, который нельзя превышать и для разных ОУ он изменяется в диапазоне 1¸ 400 мА. Существуют также другие параметры, характеризующие ток потребления, шумовые, температурные, частотные, фазовые, временные и другие свойства ОУ. В конкретных применениях любой из этих параметров может стать самым важным и определяющим выбор типа ОУ.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 Следующая ⇒