1.5. Частотные свойства оу

Коэффициент усиления ОУ, как и любого усилителя, зависит от частоты входного сигнала. В области низких частот его величина практически постоянна, но в области высоких частот величина коэффициента усиления падает. Это объясняется усилением влияния на высоких частотах паразитных емкостей полупроводниковой структуры ОУ.

При рассмотрении частотных свойств ОУ необходимо учитывать, что ОУ может как содержать, так и не содержать собственные (внутренние) цепи частотной коррекции.

ОУ, предназначенный для универсального применения, из соображений устойчивости должен иметь такую же частотную характеристику, как и фильтр нижних частот первого порядка. В комплексной форме дифференциальный коэффициент усиления такого скорректированного усилителя выражается формулой:

, (8)

где А₀ – коэффициент усиления ОУ по постоянному току (на нулевой частоте);

– частота среза.

Обычно в выражении (8) выделяют модуль и аргумент:

, (9)

. (10)

Здесь – частота среза, равная частоте, на которой коэффициент усиления уменьшается по сравнению с А₀ в раз (или на 3 дБ).

Модуль дает зависимость коэффициента усиления ОУ от частоты и определяет амплитудно-частотную характеристику (АЧХ).

Аргумент показывает запаздывание по фазе выходного сигнала относительно входного и определяет фазо-частотную характеристику (ФЧХ).

При построении графиков АЧХ часто для компактности и наглядности частоту откладывают в логарифмическом масштабе, а коэффициент усиления – в децибелах или в линейном масштабе. Здесь справедливы соотношения:

А [дБ] = 20lgА, (11)

А_fср [дБ] = . (12)

На рисунке 3 приведены АЧХ и ФЧХ в логарифмическом масштабе (частота представлена в декадном масштабе).

Рисунок 3 – АЧХ и ФЧХ скорректированного ОУ (со спадом 20 дБ/дек)

Частота f₍₁₎ – частота единичного усиления, на которой коэффициент усиления равен единице (или 0 дБ).

Спад АЧХ в диапазоне от f_ср до f₍₁₎ равен 20дБ/дек. Это соответствует уменьшению коэффициента усиления на 20 дБ при увеличении частоты в 10 раз.

Из выражения (9) при условии, что (f / f_ср) >>1, получаем:

А f = А₀ f_ср = f₍₁₎, (13)

т.е. произведение коэффициента усиления на ширину полосы пропускания равно частоте единичного усиления.

1.6. Отрицательная обратная связь (оос) в усилителях

В схемах усиления аналоговых сигналов ОУ практически всегда применяются с ООС, которая, уменьшая коэффициент усиления усилителя до заданной величины, уменьшает нелинейность и искажения, расширяет полосу усиливаемых частот. Принцип ООС показан на рисунке 4.

Рисунок 4 – Структурная схема усилителя с ООС

Для усилителя с ООС справедливо соотношение:

U_вых = (U_вх – U_вых )А,

где  – коэффициент обратной связи.

Отсюда следует:

К_ООС = А/(1+А). (14)

Произведение А называется петлевым усилением. Как правило, А>>1, поэтому

К_ООС  1/. (15)

Таким образом, величина и стабильность коэффициента усиления усилителя с ООС определяется параметрами цепи обратной связи  и практически не зависит от коэффициента усиления ОУ А.

Тип ООС определяет функциональное назначение усилителя. При использовании в качестве цепи ООС резистивной цепи (делителя) получаем линейный усилитель.

Различают три основные схемы линейного усилителя на ОУ:

1. инвертирующий усилитель;

2. неинвертирующий усилитель;

3. дифференциальный усилитель.

Если в качестве цепи ООС используется RC-цепь, то реализуется активный фильтр. При включении в цепь обратной связи нелинейных элементов (диода, транзистора), получается нелинейный преобразователь входного сигнала.