8. Характеристики операционных усилителей

Операционный усилитель, выполненный по полупроводниковой или гибридной технологии в виде ИС, имеет характеристики, отличающиеся от характеристик идеального усилителя. Поэтому при построении устройств на основе ОУ возникают погрешности, которые тем больше, чем больше параметры реального усилителя отличаются от параметров идеального. Операционный усилитель обладает также «паразитными» параметрами, такими как ошибки смещения нуля, дрейф, входные токи, шумы и. т.п.

Знание основных параметров ОУ позволяет разработчикам разрабатывать устройства без макетирования, избегать недопустимых режимов работы микросхемы и уменьшать вероятность отказа.

а) Коэффициент усиления напряжения К_u. Большое значение коэффициента можно получить только в многокаскадных усилителях, так как один интегральный каскад даёт коэффициент, не превышающий 2000.

Коэффициент усиления современных усилителей превышает 3 миллиона и равен произведению коэффициентов усиления всех каскадов. Коэффициент усиления падает с увеличением частоты входного сигнала.

б) Скорость нарастания выходного напряжения определяется как отношение изменения выходного напряжения от 10 до 90% своего номинального значения ко времени, за которое произошло это изменение, если на вход ОУ был подан идеальный скачок напряжения.

в) Время установления определяется, как интервал времени, в течение которого выходное напряжение входит в зону заданной ошибки, относительно окончательного напряжения шкалы.

г) Входное сопротивление рассматривают в виде двух составляющих: дифференциальное входное сопротивление и входное сопротивление по синфазному сигналу (сопротивление утечки между каждым входом и “землёй”).

9. Примеры применения операционных усилителей

9.1. Низкочастотные генераторы сигналов

С помощью операционных усилителей можно построить простые удобные в настройке генераторы различных типов с удовлетворительными параметрами. При построении генераторов используется минимальное количество внешних компонентов.

а) Использование фазосдвигающих цепочек в цепи обратной связи [2].

На рис. 9.1 приводится схема с трёхзвенным фильтром (RC-цепочкой). Частота колебаний в таких RC- генераторах [14]

,

а

.

Р ис. 9.1. Генератор с трёхзвенным RC фильтром в цепи обратной связи.

Кроме трёх или четырёхзвенных цепей в генераторах синусоидальных колебаний могут применяться мост Вина, двойной Т-образный мост и другие цепи. Схема с двойным Т-мостом приведена на рис. 9.2.

Р ис. 9.2. Генератор, в котором используется двойной Т-мост.

Этот генератор работает на частоте

.

Условия самовозбуждения выполняются при следующих соотношениях между элементами моста: R₁=R₂=2(R₃+R₄), C₁=C₂=0,5C₃. При таких соотношениях между величинами элементов цепочки расчётное затухание на рабочей частоте равно бесконечности и для этой частоты цепь выполняет роль «фильтра-пробки» не пропуская сигнал. Иначе говоря, для этой частоты нет отрицательной обратной связи, а для остальных частот ООС есть.

Генератор с мостом Вина, не дающим сдвига фазы, имеет цепи положительной и отрицательной обратной связи. Схема такого генератора приведена на рис. 9.3. В цепи положительной обратной связи включён RC мост, в котором ёмкости конденсаторов одинаковы. Сопротивления резисторов моста также равны друг другу. Частота генерируемых колебаний определяется обратной величиной произведения RC

.

Рис. 9.3. Генератор с RC цепочкой типа Мост Вина.

Для обеспечения стабильной работы схемы используется отрицательная обратная связь на резисторах, обеспечивающая по инверсному входу коэффициент  2 (Ro = 2Rго).