2.2.2 Классификация операционных усилителей (оу). Устройство оу. Требования к оу.

1. ОУ общего применения

Применяют в РЭО, имеющим суммарную погрешность на уровне 1%. У них полностью отсутствуют или имеется малое число дополнительных внешних компонентов, частота единичного усиления невелика ( =1 МГЦ).

2. Прецизионные ОУ

3. Микромощные ОУ – малое потребление мощности от .

4.Быстродействующие ОУ - =10 МГЦ и увеличивается скорость нарастания.

По принципу действия ОУ:

• усилители напряжения;

• усилители мощности;

Современные опреационные усилители (ОУ) выполняются двух каскадными, трехкаскадными. Входным каскадом служит дифференциальный каскад с большим коэффициентом усиления (дифференциального сигнала) , большим , КОСС, малочувствительным к дестабилизационным факторам.

Промежуточный каскад осуществляет усиление напряжения и тока ОУ, согласует входной и выходной каскады. Для увеличения коэффициента усиления по напряжению , часто используются динамические нагрузки.

Он может строится по симметричной и по несимметричной схеме.

Оконечный каскад ОУ должен обладать сравнительно большими входным сопротивлением, чтобы не перегружать промежуточный каскад, и малым выходным сопротивлением. Такие требования можно выполнить с помощью эмиттерных или истоковых повторителей. Однотактные эмиттерные или истоковые повторители имеют низкий КПД. В связи с этим выходные каскады выполняются двухтактными, работающими в режиме АВ.

Требования, предъявляемые к параметрам ОУ, зависят от выполненных им функций. Одновременно улучшение всех параметров выдвигает противоречивые требования к схеме и её изготовлению. Всё это объясняет разнообразие ОУ, у которых оптимизированы лишь конкретные параметры за счёт ухудшения других.

Так в измерительной аппаратуре, используются прецизионные ОУ, обладающие большим коэффициентом усиления, входным сопротивлением, малыми шумами и напряжением смещения . А быстродействующие ОУ должны обладать большой амплитудой нарастающего выходного напряжения, большой полосой пропускания и малым (время установления выходного напряжения). Такие ОУ нашли применение в импульсных широкополосных усилительных устройствах, АЦП (аналого-цифровые преобразователи).

Для создания компараторов, которые служат для сравнения мгновенных значений двух напряжений, используются скоростные ОУ, работающие в режиме переключения.

2.2.3 Амплитудно-частотные, фазочастотные, амплитудные характеристики оу.

Так как все каскады ОУ имеют непосредственные (гальванические) связи, то АЧХ ОУ не имеют спада в области НЧ, а только в области ВЧ. Этот спад обусловлен ёмкостью монтажа усилителя и ёмкости переходов транзистора. С ростом частоты ёмкостное сопротивление ОУ падает, возникает ёмкостная составляющая сопротивления сигнала, что приводит к уменьшению переменного сигнала в нагрузке и коэффициента усиления:

где – коэффициент усиления по напряжению операционного усилителя ОУ без обратной связи (ОС), f – рабочая частота, – граничная частота (коэффициент усиления падает в раз или на 3 дБ).

Если , то:

Для удобства, наглядности и компактности при построении АЧХ коэффициент усиления по напряжению измеряют в дБ, ачастоту откладывают в масштабах lg. Такая характеристика называется ЛАЧХ:

Спад принято выражать в дБ/октаву, дБ/декаду.

Октава - изменение (увеличение или уменьшение) частоты в 2 раза.

Декада - изменение (увеличение или уменьшение) частоты в 10 раза.

Рассмотрим спад ЛАЧХ в диапазоне: . Изменение коэффициента усиления будет равно:

Если f₂ =2f₁ ,то =20 lg(1/2)= -6 дБ (в 3раза)

Если f₂ =10f₁ ,то =20 lg(1/10)= -20 дБ (в 10раз)

20 дБ/декаду = 6 дБ/октаву

Рисунок 2.13 ФЧХ ОУ

ФЧХ описывается выражением:

Реальная ФЧХ отличается от идеальной незначительно (<6^°). На частоте среза (граничной частоте) фазовый сдвиг составляет 45^°, а на частоте 10 сдвиг не превышает 90^°.

Рисунок 2.14 Амплитудные (передаточные) характеристики ОУ

Амплитудные (передаточные) характеристики ОУ (рис.5.3), представляют собой 2 кривые (инвертирующий и неинвертирующий входы). Режимам открытого или закрытого выходного каскада ОУ соответствуют горизонтальные участки характеристики и , близкие к . Наклонный участок кривых соответствует зависимости , угол наклона соответствует коэффициенту усиления по напряжению.