2.3.4 Найважливіші показники операційних підсилювачів

Для оцінювання розмірів, об'єму і маси інтегральних операційних підсилювачів використовують такий показник, як щільність пакування елементів у заданому об'ємі і на заданій площі. Основні параметри, які характеризують якість операційних підсилювачів, поділяються на відносні і такі, що мають розмірність напруги, струму, потужності та частоти.

Важливі і відносні параметри такі:

• коефіцієнт підсилення напруги К_пU (відношення вихідної напруги операційного підсилювача до вхідної напруги);

• коефіцієнт підсилення потужності КпР (відношення вихідної потужності операційного підсилювача до вхідної потужності);

• коефіцієнт ослаблення синфазних вхідних напруг Кос.сф. (відношення коефіцієнта підсилення напруги операційного підсилювача до коефіцієнта підсилення синфазних вхідних напруг).

Параметри, що мають розмірність напруги, струму або потужності, такі:

• максимальна вхідна напруга U_вх.max (найбільша вхідна напруга, за якої вихідна напруга відповідає заданій);

• мінімальна вхідна напруга U_вх.min (найменша вхідна напруга, при якій вихідна напруга відповідає заданій);

• максимальна вихідна напруга U_вих.max (найбільша вихідна напруга, при якій зміни параметрів операційного підсилювача відповідають заданим);

• напруга джерела живлення операційного підсилювача Е_С;

• струм споживання I_сп (струм, щ споживає операційний підсилювач від джерел живлення у заданому режимі);

• потужність споживання Р_сп (потужність, що її споживає операційний підсилювач від джерел живлення в заданому режимі).

Параметри, що характеризують частотні властивості операційних підсилювачів, такі:

• нижня гранична частота f_н (верхня гранична частота) смуги пропускання;

• найменша (найбільша) частота, на якій коефіцієнт підсилення зменшується на 3 дБ від значення на заданій частоті;

• смуга пропускання f (діапазон частот між верхньою і нижньою граничними частотами операційного підсилювача).

Для узгодження операційного підсилювача з джерелом підсилюваного сигналу і навантаженням велике значення мають такі параметри підсилювача, як вхідний опір R_вх (вихідний опір R_вих) — опір з боку входу (виходу) операційного підсилювача відносно загального виводу.

2.3.5 Інвертувальне, неінвертувальне та диференціальнене ввімкнення операційних підсилювачів

В залежності від підсилюваного сигналу, що подається на вхід операційного підсилювача, а також від зовнішніх компонентів, що під'єднуються до нього, ввімкнення підсилювача може бути інвертувальне, неінвертувальне та диференціальне.

С хема інвертувального ввімкнення операційного підсилювача показана на рис. 2.39. Через те, що підсилення операційного підсилювача дуже велике, то з невеликою помилкою можна вважати таку модель ідеальною, що відповідає виконанню умов К_пU   та К_пI  , де К_пU та К_пI — коефіцієнти підсилення за напругою і струмом без зворотного зв'язку. Якщо при цьому охопити підсилення паралельним зворотним зв'язком за напругою через резистор R2, то будь-який незначний сигнал на вході підсилюється і передається по колу зворотного зв'язку у вхідне коло операційного підсилювача, компенсуючи вхідний сигнал таким чином, що в стані рівноваги (в стаціонарному режимі) U_ВХ =0. Оскільки вхідний опір підсилювача також великий, то можна вважати, що струм джерела сигналу I_Д протікає лише через резистор R2, спад напруги на якому за рахунок цього струму

(2.51)

Оскільки потенціал у точці А, де додаються струми, практично дорівнює нулю, то

(2.52)

звідки виходить коефіцієнт підсилення операційного підсилювача з урахуванням того, що коефіцієнт передачі напруги зворотного зв'язку _U = R₁/R₂,

(2.53)

Знак мінус у рівнянні (2.53) вказує на інвертування фази (полярності) вхідного сигналу.

Вхідний та вихідний опори такої моделі у першому наближенні визначаються рівняннями

(2.54)

Співвідношення (2.51) – (2.54) для реального операційного підсилювача виконуються з деякими наближеннями.

М одель неінвертувального ввімкнення операційного підсилювача показана на рис. 2.40.Напруга зворотного зв'язку, що знімається з подільника напруги R1, R2, пропорційна вихідній напрузі підсилювача

(2.55)

Беручи до уваги, що коефіцієнт підсилення ідеального операційного підсилювача визначається рівнянням (2.53), для неінвертувального підсилювача виходить

(2.56)

Якщо R₁ = 0, то К_пU = 1, R_вх = R₂ і операційний підсилювач стає неінвертувальним повторювачем напруги. Однак такий повторювач передає постійну напругу, не вносячи додаткового зсуву фази.

Вхідний опір реального інвертувального підсилювача з урахуванням зворотного зв'язку великий:

(2.57)

де R_вх.м — власний вхідний опір мікросхеми; К_пU — коефіцієнт підсилення мікросхеми без зворотного зв'язку.

Вихідний опір реального неінвертувального підсилювача

(2.58)

де R_вих.м — власний вихідний опір мікросхеми.

Диференціальне вмикання операційного підсилювача (рис. 2.41) поєднує інвертувальну та неінвертувальну схеми. Вмикання операційного підсилювача, як у диференціальному підсилювачі, призначене для підсилення різниці напруги Е_Д2 – Е_Д1. Для того, щоб отримати рівняння коефіцієнта передачі схеми, потрібно врахувати, що струми джерел сигналів не розгалужуються на входи підсилювача, а різниця напруг між входами операційного підсилювача , тобто . При цьому для схеми справедлива система рівнянь

розв'язок якої

(2.59)

Отже, коефіцієнт передачі операційного підсилювача з диференціальним входом визначається відношенням

і дорівнює сталому коефіцієнту N, що враховує співвідношення між значеннями зовнішніх опорів.