20. Динамические параметры оу

Параметры, характеризующие быстродействие ОУ, можно разделить на параметры для малого и большого сигналов. К первой группе динамических параметров относятся полоса пропускания f_п, частота единичного усиления f_т и время установления t_у. Эти параметры называются малосигнальными, т.к. они измеряются в линейном режиме работы каскадов ОУ (DU_вых <1В). Ко второй группе относятся скорость нарастания выходного напряжения r и мощностная полоса пропускания f_р. Эти параметры измеряются при большом дифференциальном входном сигнале ОУ (более 50 мВ). Некоторые из этих парамеров рассмотрены выше. Время установления отсчитывается от момента подачи на вход ОУ ступеньки входного напряжения до момента, когда в последний раз станет справедливым равенство |U_{вых.уст} - U_вых(t)| = d, где U_{вых.уст} - установившееся значение выходного напряжения, d - допустимая ошибка.

Мощностная полоса пропускания ОУ определяется по виду амплитудно-частотной характеристики, снятой при максимально возможной амплитуде неискаженного выходного сигнала. Вначале на низких частотах устанавливают такую амплитуду сигнала от генератора гармонических колебаний, чтобы амплитуда выходного сигнала U_{вых.макс} немного не доходила до границ насыщения усилителя. Затем увеличивают частоту входного сигнала. Мощностная полоса пропускания f_р соответствует значению U_{вых.макс} равному 0,707 от первоначального значения. Величина мощностной полосы пропускания снижается при увеличении емкости корректирующего конденсатора.

Эксплуатационные параметры ОУ определяют допустимые режимы работы его входных и выходных цепей и требования к источникам питания, а также температурный диапазон работы усилителя. Ограничения эксплуатационных параметров обусловлены конечными значениями пробивных напряжений и допустимыми токами через транзисторы ОУ. К основным эксплуатационным параметрам относятся: номинальное значение питающего напряжения U_п; допустимый диапазон питающих напряжений; ток, потребляемый от источника I_пот; максимальный выходной ток I_{вых.макс}; максимальные значения выходного напряжения при номинальном питании; максимально-допустимые значения синфазных и дифференциальных входных напряжений.

21. Входной каскад выполнен по схеме дифференциального усилителя на p-n-p транзисторах Т₁ и Т₂. В качестве нагрузки использовано токовое зеркало на n-p-n транзисторах Т₃ и Т₄. Для выходного тока входного каскада, следовательно, можно записать следующее соотношение:

I_д= I_к2 -I_к1

Рис. 10. Упрощенная схема двухкаскадного ОУ μА741

23. Неинвертирующее включение оу

1. Входное сопротивление схемы

Благодаря наличию обратной связи к сопротивлению r_д приложено очень малое напряжение

U_д = U_вых/K_U = U₁/(1+K_U β),

где β = R₁/(R₁+R₂) - коэффициент передачи делителя в цепи обратной связи. Таким образом, через это сопротивление протекает только ток, равный U₁/r_д(1+K_U β). Поэтому дифференциальное входное сопротивление, благодаря действию обратной связи, умножается на коэффициент 1+K_U β. Согласно рис. 12, для результирующего входного сопротивления схемы имеем:

R_вх= r_д(1+K_U β)||r_вх

Эта величина даже для операционных усилителей с биполярными транзисторами на входах превышает 10⁹ Ом. Следует однако помнить, что речь идет исключительно о дифференциальной величине; это значит, что изменения входного тока малы, тогда как среднее значение входного тока может принимать несравненно бoльшие значения.

Рис. 12. Схема неинвертирующего усилителя с учетом собственных сопротивлений ОУ

24. Обобщенная структурная схема операционного усилителя (ОУ) содержит два каскада усиления и эмиттерный повторитель на выходе (рис. 1). Коэффициент усиления по напряжению каждого из двух каскадов усиления обычно лежит в пределах от 300 до 1000, а коэффициент усиления эмиттерного каскада обычно равен 1, поэтому общий коэффициент усиления на низких частотах ОУ без обратной связи в пределах 10⁵10⁶.

Рисунок 1 – Обобщенная структурная схема операционного усилителя

Выходной каскад эмиттерного повторителя имеет выходное сопротивление, позволяющее усилителю работать на достаточно низкоомную нагрузку. Этот каскад имеет двухтактную конфигурацию, так что ОУ может работать либо как источник, либо как потребитель выходного тока.

Все каскады ОУ непосредственно связаны друг с другом, т.е. в схеме отсутствуют межкаскадные или другие «обходные» емкости.

Для устойчивой работы в режиме с обратной связью необходимо свести к минимуму общий фазовый сдвиг ОУ без обратной связи. Поскольку каждый каскад усиления вносит дополнительный фазовый сдвиг, необходимо минимизировать число каскадов усиления при сохранении большого коэффициента усиления по напряжению всего усилителя (без обратной связи). Первые интегральные ОУ имели три каскада усиления, в настоящее время почти все ОУ имеют только два каскада, поэтому для получения общего большого коэффициента усиления без обратной связи (10⁵10⁶) каждый каскад должен иметь очень большой коэффициент усиления.

ОУ на полевых транзисторах являются исключением из общего правила двухкаскадных усилителей. Полевые транзисторы используются либо только во входных каскадах, либо во всей схеме ОУ. Преимуществами таких ОУ являются очень высокое входное сопротивление и очень низкие входные токи. Однако из-за очень малой передаточной проводимости полевых транзисторов и, следовательно, коэффициента усиления по сравнению с биполярными транзисторами некоторые ОУ на полевых транзисторах имеют три каскада усиления.