OA характеристика и параметри

Операционните усилватели се характеризират с параметри за усилване, вход, изход, мощност, дрейф, честота и скорост.

3.1.1 OA характеристики

Основните характеристики на OA са същите като тези на DCT: трансфер (амплитуда); амплитудно-честотна, фазова-честотна, динамична.

Най-важните характеристики на операционния усилвател са неговите амплитудни (трансферни) характеристики (фиг. 3.2). Те са представени като две криви, съответстващи съответно на инвертиращия и неинвертиращия входове. Характеристиките се вземат, когато към единия вход се подаде сигнал с нулев сигнал на другия. Всяка от кривите се състои от хоризонтални и наклонени участъци.

Хоризонталните участъци на кривите съответстват на напълно отворения (наситен) или затворен транзистор на изходния каскад (излъчвател). Когато напрежението на входния сигнал се промени в тези секции, изходното напрежение на усилвателя остава непроменено и се определя от напреженията U + out max и U - out max.

Посочените максимални изходни напрежения са близки до Ek напрежението на захранващите устройства.

Фигура 3.2 - Характеристики на трансфер на OA (а),

трансферни характеристики на операционния усилвател при наличие на дисбаланс (b)

Наклоненият (линеен) участък на кривите съответства на пропорционалната зависимост на изходното напрежение от входното напрежение. Наклонът на участъка се определя от усилването на операционния усилвател. Стойността на KU на операционния усилвател зависи от вида на операционния усилвател и може да варира от няколкостотин до стотици хиляди или повече. Големите стойности на KU на операционния усилвател позволяват, когато такива усилватели са покрити с дълбока отрицателна обратна връзка, да получат вериги със свойства, които зависят само от параметрите на веригата за отрицателна обратна връзка.

Кривите, показани на фиг. 3.2, но преминават през нула. Състоянието, когато Uout = 0 при Uin = 0, се нарича баланс на OA. За реалните операционни усилватели обаче условието за баланс обикновено не е изпълнено (наблюдава се дисбаланс). Когато Uin = 0, изходното напрежение на операционния усилвател може да бъде по-голямо или по-малко от нула. На фиг. 3.2, b пунктирани линии показват възможен изглед на трансферната характеристика на реалния усилвател с входен сигнал, приложен към неинвертиращ вход. Напрежението Ucm0, при което Uout = 0, се нарича входно нулево напрежение на отклонение. Той определя стойността на напрежението, която трябва да се приложи към входа на операционния усилвател, за да се създаде баланс. Напреженията Ucm0 и ΔUout са свързани със съотношението. Основната причина за дисбаланса на операционния усилвател е съществуващото разсейване в параметрите на елементите на диференциалния усилващ етап (по-специално транзисторите). Температурната зависимост на параметрите на усилвателя причинява отклонение на температурата на входното напрежение на отклонение и отклонение на температурата на изходното напрежение.

Усилването на хармоничните сигнали се характеризира с честотните параметри на операционния усилвател, а усилването на импулсните сигнали се характеризира със скоростта или динамичните му параметри.

Честотните параметри се определят от амплитудно-честотните характеристики на операционния усилвател (фиг. 3.3, а), който има намаляващ характер във високочестотната област, започвайки от граничната честота fav. Причината за това е честотната зависимост на параметрите на транзисторите и паразитните капацитети на оп-усилвателната верига. Честотата f1, при която усилването на операционния усилвател е равно на единица, се нарича честота на усилване на единството. Според граничната честота fv.p, която съответства на намаляване на коефициента на усилване на операционния усилвател в пъти, се изчислява честотната лента на честотите на усилвателя, което е стотици мегагерци за съвременния операционен усилвател.

Фигура 3.3 - Амплитудно-честотни (а) и фазово-честотни (б) характеристики на операционния усилвател;

реакция на операционния усилвател на ефекта на пренапрежение на входа (c) и (d)

Когато усилва сигнали, операционният усилвател обикновено се покрива от отрицателна обратна връзка на инвертиращия вход. С оглед на фазовото изместване на изходния сигнал, създаден от усилвателя във високочестотната област спрямо входа, фазово-честотната характеристика на операционния усилвател на инвертиращия вход получава допълнително (над 180 °) фазово изместване ( Фигура 3.3, б). За някои високи честоти общото изместване на фазата става 360 °, което съответства на положителната обратна връзка на инвертиращия вход при тази честота. Това води до самовъзбуждаща се верига. За да се елиминира самовъзбуждането, в оп-усилвателя се въвеждат външни коригиращи RC-вериги, което позволява леко да се промени хода на амплитудно-честотните и фазово-честотните характеристики.

Динамичната характеристика е практически характеристика на преходния процес в операционния усилвател, Фигура 3.3, d.

Динамичните параметри на операционния усилвател са скоростта на нарастване на изходното напрежение (степента на реакция) и времето за утаяване на изходното напрежение. Те се определят от реакцията на операционния усилвател към ефекта на скок на напрежението на входа (Фигура 3.3, c, d,). Скоростта на нарастване на изходното напрежение VUout се намира от съотношението на нарастването на изходното напрежение към времето в секцията на промяната на изходното напрежение от 0.1Uout до 0.9Uout. Времето за утаяване на изходното напрежение tset се изчислява от времевия интервал, през който изходното напрежение се променя от нивото от 0,1 до нивото от 0,9 от стойността в стационарно състояние. Като правило, за VUout = 0,1 ÷ 100 V/μs и tset = 0,05 ÷ 2 μs.

Случайни новини

1.2 Работа на диоден токоизправител при повишена честота

Удобно е да се разгледат характеристиките на работата на диоди при повишени честоти, като се използва примерът на еднофазен токоизправител с изхода на нулевата точка на трансформатора, показан на фиг. 1.1. (А). Да предположим, че към първичната намотка на трансформатора се прилага правоъгълно напрежение u1, чиято продължителност на ръбовете може да бъде пренебрегната. Освен това приемете, че токът на товара е изгладен и че съпротивлението на късо съединение на трансформатора е реактивно. В този случай в стационарен режим, когато диодът VD1 е включен, електромагнитните процеси в комутационната верига могат да бъдат изчислени, като се използва еквивалентната схема, показана на фиг. 1.1. (Б). В този случай амплитудата на превключващата emf Ek е равна на амплитудата на линейната emf на вторичната намотка на трансформатора, а индуктивността на превключващата верига е равна на двойната индуктивност на късо съединение на трансформатора, намалена до вторичната намотка на трансформатора. Обхвата на времето на процесите в диаграмата са показани на фиг. 1.2. Когато диодът VD1 е включен, възниква късо съединение между клемите "а" и "х" на вторичната намотка на трансформатора и започва процесът на токов преход от предишния работещ диод VD2 към включения диод VD1. Скоростта на промяна на анодните токове на диодите се определя от величината на превключващата едс и индуктивността на превключващата верига:

В момента на анодния ток на диода VD1, който влиза в действие, достига нивото на тока на натоварване, а анодният ток на диода VD2, напускащ операцията, пада до нула. Тъй като обаче възстановяването на обратното съпротивление на диода не настъпва моментално, остава късо съединение в комутационната верига и процесът на увеличаване на превключващия ток продължава. В този случай в диода VD2 се формира импулс на обратен ток, а в диода VD1 амплитудата на анодния ток е равна на сумата от тока на натоварване и обратния ток на диода, напускащ операцията.

Процесът на възстановяване на обратната диелектрична якост на диод, който не работи, отнема време. Площта под кривата на обратния ток на диод се нарича възстановяване. Количеството

такса за възстановяване и обратно време за възстановяване са паспортните параметри на диодите и са дадени в справочниците, например в [9]. Познавайки тези параметри на диода, можете да изчислите амплитудата на обратния ток на диода, като използвате формулата:

къде е таксата за възстановяване.

Много чуждестранни компании в информационни материали за диоди, вместо стойността на таксата за възстановяване, цитират зависимостта на амплитудата на обратния ток от скоростта на затихване на диодния аноден ток.

Процесът на възстановяване на напрежението на диода, който не работи, се случва на етапа на намаляване на обратния ток с течение на времето. Този процес може да се осъществи със скорост, която зависи от свойствата на pn прехода. Високият темп на намаляване на обратния ток ("прекъсване" на обратния ток) причинява значителни пренапрежения на диода, които се определят от самоиндукционната ЕРС върху индуктивността на комутационната верига. Потискането на пренапреженията, възникнали от счупването на обратния ток на диодите, се извършва с помощта на амортизиращи RC вериги, свързани паралелно с диодите. За намаляване на тези пренапрежения се произвеждат специални диоди с така нареченото „меко възстановяване“.

Както може да се види в размах, показан на фиг. 1.2. (С), при превключване на диоди в кривата на изходното напрежение се получава потапяне, чиято продължителност е равна на сумата от времето за превключване на тока на натоварване и времето за обратно възстановяване на диода. По този начин, с увеличаване на честотата, средната стойност на изходното напрежение на токоизправителя намалява и, следователно, мощността, подавана към товара, и съответно, ефективността на процеса на преобразуване на енергия, също намалява.