Основни характеристики и параметри на операционния усилвател

Когато към неинвертиращ вход се подава сигнал, нарастванията на входните и изходните сигнали са във фаза. Когато към инвертиращия вход се подаде сигнал, нарастването на изходния сигнал е противоположно по фаза на увеличението на входния сигнал. Изводите, към които са свързани източниците на захранващо напрежение ±Е.P, както и спомагателните вериги на схематичните диаграми не показват.

параметри

Най-важната характеристика на операционния усилвател - трансферната характеристика (фиг. 8.5) - е зависимостта на изходното напрежение от входа. Крива 1 съответства на прилагане на входното напрежение към неинвертиращия вход, крива 2 - към инвертиращия. И двете характеристики се получават чрез прилагане на входен сигнал към един от входовете и нулев сигнал към другия. Хоризонталните секции на характеристиките съответстват или на режим на насищане, или на режим на отрязване на транзисторите на изходните каскади, докато ½UВЪНм½ = (0.9¸0.95)Е.P. Наклонени участъци съответстват на пропорционалната зависимост на изходното напрежение от входа.

Съвременните операционни усилватели имат следните основни параметри:

OA параметри,които характеризират неговото качество са многобройни. Основните включват следното.

един. Печалба K - съотношението на изменението на изходното напрежение към изменението на диференциалното входно напрежение, което го е причинило, когато усилвателят работи на линейния участък на характеристиката:

kU = UВЪН/ UBX,

къдеUОТ, DUBX - нараствания на изходното и входното напрежение на операционния усилвател. Количеството kU може да се определи от трансферната характеристика на операционния усилвател. Коефициентът на усилване зависи от захранващото напрежение Е.P, околната температура и варира в зависимост от случая. Поради тази причина операционните усилватели (с изключение на компараторите) не се използват без схеми за обратна връзка (OS), стабилизиращи стойността kU. Количествата kU лежат в диапазона 10 3 - 10 6 .

2. Напрежение на отклонението UCM - диференциално входно напрежение (U+-U-), при което изходното напрежение на усилвателя е нула UOUT = 0 (фиг. 8.5). Напрежението на пристрастието се дължи на разпространението на параметрите на елементите, съставляващи оп-усилвателя. Максимална модулна стойност UCM за усилватели, входните стъпала на които са направени на биполярни транзистори, най-често е 3 - 10 mV. За тези усилватели, чийто входен етап се основава на полеви транзистори, напрежението на отклонението обикновено е с порядък по-високо (30 - 100 mV).

3. Среден входящ ток IIN е средната аритметична стойност на токовете H - и I - на входовете на усилвателя, измерени при това входно напрежение UBX, при което изходното напрежение UOUT е нула. Входният ток е токът на покой на основите (портите) на транзисторите на входните каскади на оп-усилвателя. Средният входен ток на интегрираните усилватели с биполярни транзисторни входни каскади обикновено е в диапазона от 0,01 - 1 μA. Такива малки стойности АзVX се осигуряват поради работата на входните транзистори с оп-усилвател в режим на много ниски колекторни токове. По-нататъшно намаляване на входните токове (до 1 nA и по-малко) се постига при използване на полеви транзистори във входните етапи на операционния усилвател.

Ако съпротивленията на външни вериги, свързани към входовете на усилвателя, не са еднакви, тогава разликата в спада на напрежението от входните токове в тях води до допълнително напрежение, което се добавя към напрежението на отклонението.

За да се елиминира ефектът от напрежението на отклонението и входните токове върху работата на операционния усилвател, усилвателите се допълват с елементи за първоначалното им балансиране. Стойност на резистора R, въведени в схемата на един от входовете трябва да са равни на общото съпротивление на резисторите, свързани към другия вход, т.е.

R R1 êêR2,

Където Rедин, R2 - съпротивление на втория вход на операционния усилвател.

Когато това условие е изпълнено, входовете на операционния усилвател ще бъдат еквипотенциални при всяка стойност АзBX.

Напрежението на отклонението се компенсира чрез прилагане към един от входовете напрежение, взето от плъзгача на потенциометъра R3.

4. Входна токова разлика IIN - абсолютната стойност на разликата между токовете на двата входа на усилвателя |Аз+-Аз- |, измерено, когато напрежението на изхода на усилвателя е нула. Този диференциален ток до голяма степен показва колко голям е дисбалансът на входния етап на операционния усилвател. Ако стойността АзIN е близо до нула, тогава влиянието на входните токове Аз+ и Аз- на входното напрежение на операционния усилвател може да бъде значително намалено чрез задаване на същата еквивалентна проводимост на външните вериги, свързани към N- и I- входовете на операционния усилвател. Обикновено АзVX е 20-50% АзBX.

пет. Входен импеданс RBX - съпротивление от един от входовете на операционния усилвател, когато другият е заземен. В някои случаи този импеданс се означава като входен импеданс за диференциален сигнал, за да се разграничи от входния импеданс за сигнал в общ режим. Входният импеданс на операционния усилвател варира от няколко килоома за биполярни транзистори до единици или повече мегома за полеви транзистори.

6. Входен импеданс за общ режим R сигналCF се дефинира като съотношението на нарастването в общия режим на напрежение към нарастването на средния ток на усилвателя. Количеството rSF обикновено е 1-2 порядъка и повече надвишава RBX.

7. Изходен импеданс OU ROUT се дефинира по същия начин, както за всеки друг усилвател и обикновено е ROUT = (20.200) Ом. Това съпротивление, измерено от страната на товара, е съпротивлението на изходните каскади на операционния усилвател въз основа на последователите на излъчвателя.

8. Съотношение на отхвърляне в общ режим kOssf - коефициент на печалба kU към съотношението на предаване на общ режим:

Съотношението на предаване на сигнала в общ режим се дефинира като съотношението на промяната в изходното напрежение към промяната във входа на общ режим, което го е причинило. Коефициентът на отхвърляне на общия режим може да бъде определен по друг начин: като съотношението на сигнала на общия режим към промяната в напрежението на отклонението на усилвателя, причинено от този сигнал.

Този параметър зависи от стойността на усилването на общия режим. кSF, измерено при прилагане на едни и същи сигнали към двата входа на операционния усилвател uIN1 =uBX2. Параметърът характеризира асиметрията на входовете на операционния усилвател. Обикновено за интегрирани операционни усилватели с общо предназначение кOssf = (- 70¸ - 120) dB.

девет.Фактор на влияние на нестабилността на електрозахранването KP - съотношението на изменението на напрежението на отклонението към изменението на едно от захранващите напрежения, които са го причинили UP (понякога влиянието на нестабилността на източниците на положителни и отрицателни напрежения на захранването се характеризира с отделни коефициенти на влияние). Този коефициент най-често е равен на 2´10 -5 –2´10 -4 ,което съответства на 20 - 200 μV/V.

десет. Параметри на силовата верига EP, АзP. Позволява ви да изберете биполярно захранване за напрежение и мощност. Тези параметри са в рамките

единадесет. DT динамични свойства обикновено се определят от два параметъра: честотната лента (Фигура 8.6, а) и скоростта на промяна на изходния сигнал според неговата преходна характеристика (отговор на стъпково действие, Фигура 8.6, б):

- честотна лента Операционният усилвател се определя от честотата на усилване на единството е1, т.е.честотата, с която усилването на операционния усилвател се намалява до единица. Стойностите е1 за повечето интегрирани операционни усилватели са в диапазона от десети от мегагерца до няколко десетки мегагерца. Честотните параметри на операционния усилвател се определят от неговата амплитудно-честотна характеристика (фиг. 8.6, а):

1) честота на усилване на единството еедин. Честотата, при която модулът на усилване става равен на единица;

2) ограничаваща честота еVP. Честотата, съответстваща на намаляването на усилването на операционния усилвател с коефициент на сравнение със стойността на ниската честота. В съвременните операционни усилватели еVP достига десетки MHz.

Намаляване на усилването във високочестотната област възниква поради влошаване на честотните свойства на транзисторите и влиянието на паразитните капацитети на веригата на усилвателя;

- максимална скорост на изходно напрежениеOU (V) се определя, когато към входа му се подаде правоъгълен импулс на напрежение:

За типичните съвременни интегрирани операционни усилватели максималната скорост на убиване е VUизход = (0,1–100) V/μs. Тъй като най-високата скорост на промяна на синусоидалния сигнал е пропорционална на амплитудата и честотата на този сигнал, ограничаването на скоростта на промяна на изходния сигнал на операционния усилвател води до ограничаване на амплитудата на ненарушения хармоничен сигнал при високи честоти.

12. Време за уреждане tUST определя промяната в изходното напрежение на операционния усилвател от нивото 0,1 до нивото 0,9 от изходното напрежение в стационарно състояние. Типични стойности тUST = (0,05¸2) μs.

13. Корекция на честотатаОперационният усилвател се осъществява чрез свързване на кондензатори и резистори към съответните клеми на операционния усилвател. Целта на честотната корекция е да предотврати автоколебания на изходния сигнал, когато усилвателят е покрит от верига за отрицателна обратна връзка (NFB). Причината за автоколебанията са нежелани фазови измествания в усилвателя и веригата за обратна връзка, в резултат на което отрицателната обратна връзка при определена честота придобива свойствата на положителна обратна връзка. Колкото по-сложен е усилвателят и колкото по-голям е неговият коефициент на усилване, толкова по-склонен е към самовъзбуждане (поради паразитни капацитети между входа и изхода).

Корекционните вериги намаляват усилването на операционния усилвател при честотата, при която фазовото изместване в затворения контур е 360 ° (корекция на фазовото забавяне), или намаляват фазовото изместване при тези честоти, при които коефициентът на усилване в затворения контур е по-голям от един (предварителна корекция във фаза). Корекционните вериги, препоръчани за различни специфични операционни усилватели, обикновено се дават в ръководствата за приложение на операционния усилвател.

Операционните усилватели K140UD6, K140UD7, K140UD8, K544UD1 имат вградени вериги за корекция на честотата, реализирани, като правило, на базата на MOS кондензатори, образувани в кристала едновременно с други елементи на усилвателя. Наличието на вътрешна корекция на честотата е значително предимство по време на работа на усилвателя, въпреки че не позволява пълно използване на динамичните свойства на усилвателя при ниски стойности на коефициента на обратна връзка.

Стабилността на усилвателя с отрицателна обратна връзка може да бъде значително влошена, ако е натоварен в капацитивен импеданс. В такива случаи се препоръчва да се свърже резистор 50-100 Ohm към изходния терминал на усилвателя (вътре в контура за обратна връзка), за да се предотврати самовъзбуждане.

Произведените ОА се класифицират в групи:

- операционни усилватели с общо предназначение, представляващи най-голямата група универсални операционни усилватели;

- прецизни операционни усилватели, които ви позволяват да поддържате висок kU, с висок входен импеданс и нисък UCM £ 0,5mV (например 153UD5);

- високоскоростни операционни усилватели, характеризиращи се с високи стойности VU навън и малък тUST; те имат значение е1 = (15¸20) MHz (например 140UD10, KR544UD2);

Кога Uв * ®0. При това предположение, както и при условията Z.VHU >> Z.BX, Z.Н >> Z.ВЪН, Z.ОС >> Z.OUT въз основа на свойствата на операционния усилвател, можете да напишете следните уравнения: