6.1.2.3. Режим большого сигнала

Основными параметрами ОУ, определяющими передаточные свойства модулей на ОУ в режиме большого сигнала (амплитуда выходного напряжения соизмерима с напряжения питания ОУ), являются:

• максимальное низкочастотное значения амплитуды неискаженного выходного гармонического сигнала (рисунок 6.2);

• максимальная скорость нарастания выходного напряжения ОУ . определяет максимальное значение производной выходного напряжения по времени при подаче скачка напряжения на вход ОУ.

измеряется при включении ОУ по схеме со 100% последовательной ООС по напряжению (по схеме неинвертирующего повторителя) [10].

достижимая амплитуда выходного напряжения гармонического сигнала в области нижних частот определяется напряжением питания ОУ и остаточным напряжением на выходном электроде транзистора оконечного каскада ОУ (повторителя). Обычно , где напряжение двуполярного питания ( ).

При гармоническом выходном сигнале максимальная скорость его изменения . На верхней частоте достижимая амплитуда выходного напряжения гармонического сигнала ОУ определяется равенством = . Другими словами: достижимая амплитуда выходного напряжения гармонического сигнала ограничивается максимальной скоростью нарастания выходного напряжения используемого ОУ: . (6.4)

м аксимально-достижимая амплитуда выходного напряжения гармонического сигнала в каскадах на ОУ снижается с повышением частоты (Рисунки 6.2, 6.3) [21].

снижение максимально-достижимой амплитуды выходного напряжения операционного усилителя происходит от низкочастотного справочного значения , определяемого используемым напряжением источника питания, до высокочастотного , определяемого максимальной скоростью нарастания выходного напряжения ОУ .

Здесь и далее символами со звездочкой (^*) обозначаются справочные данные ОУ.

Зависимость комплексной амплитуды максимального выходного напряжения ОУ от частоты определяется равенством:

, (6.5)

модуля максимально-достижимой амплитуды выходного напряжения 

. (6.6)

Здесь  (6.7)

 граничная частота в режиме большого сигнала, на которой амплитуда выходного напряжения снижается на 3 дБ по сравнению с максимально возможным низкочастотным значением амплитуды выходного гармонического сигнала ОУ ,

 постоянная времени для верхних частот в режиме большого сигнала.

для импортных ОУ иногда вместо амплитуды выходного напряжения в справочных данных приводится «размах» выходного напряжения, численно равный удвоенной амплитуде: .

6.2. Базовые каскады с равномерными АЧХ

на ОУ с внутренней коррекцией. Основные свойства

6.2.1 Неинвертирующий каскад

6.2.1.1. Режим малого гармонического сигнала

Схема неинвертирующего каскада на ОУ приведена на рисунке 6.4. Это каскад с последовательной частотно-независимой отрицательной обратной связью по напряжению.

Коэффициент обратной связи для этого каскада не зависит от частоты

.

Для ОУ с внутренней коррекцией АЧХ выражение коэффициента передачи неинвертирующего каскада с частотно-независимой обратной связью в соответствии с (6.1, 6.2) можно представить в виде

, (6.8)

где - (6.9)

- коэффициент усиления неинвертирующего каскада на средних и нижних частотах,

- (6.10)

- частота полюса диаграммы Боде ОУ,

– (6.11)

- частота полюса диаграммы Боде неинвертирующего каскада.

Выражение (6.8) определяет нормированный коэффициент передачи каскада

(6.12)

и основные частотные характеристики каскада в режиме малого сигнала:

уравнение АЧХ  ; (6.13)

уравнение нормированной АЧХ  ; (6.14)

уравнение частотной зависимости коэффициента частотных искажений 

; (6.15)

уравнение ФЧХ  . (6.16)

Площадь усиления каскада [21], равная произведению коэффициента усиления на верхнюю граничную частоту (по уровню 0,707 нормированной АЧХ)

. (6.17)

Другими словами: частота единичного усиления ОУ определяет площадь усиления неинвертирующего каскада на ОУ с внутренней коррекцией АЧХ.

Обычно в каскаде используется глубокая ООС, когда глубина ОС . При этом коэффициент усиления каскада оказывается практически независимым от коэффициента усиления ОУ :

. (6.18)

В этом случае верхняя граничная частота каскада по уровню (6.14)

(6.19)

или для заданного отклонения АЧХ от идеальной на верхней рабочей частоте . (6.20)

То есть верхняя граничная частота неинвертирующего каскада связана с верхней частотой заданного диапазона частот при частотных искажениях не превышающих допустимое значение соотношением

. (6.21)