3564

Входное сопротивление для синфазного сигнала определяет изменение среднего входного тока при приложении к входам синфазного напряжения. Оно на несколько порядков выше сопротивления для дифференциального сигнала.

Коэффициент ослабления синфазного сигнала определяется как отношение напряжения синфазного сигнала, поданного на оба входа, к дифференциальному входному напряжению, которое обеспечивает на выходе тот же сигнал, что и в случае синфазного напряжения

Кгруппе выходных параметров относятся выходное сопротивление, напряжение и ток выхода.

Кгруппе характеристик передачи относятся коэффициент усиления по напряжению, частота единичного усиления, скорость нарастания выходного напряжения, время восстановления, ампли- тудно-частотная характеристика.

Частота единичного усиления — это частота, на которой модуль коэффициента усиления ОУ равен единице (0 дБ).

Скорость нарастания выходного напряжения — это максимальная скорость изменения выходного сигнала при максимальном значении его амплитуды.

Время установления выходного напряжения tуст — это время, за которое практически заканчивается переходной процесс.

2.9.2. Работа операционных усилителей с обратной связью

Воздействие выходной цепи на входную называют обратной связью. На рис. 2.104 показан усилитель с собственным коэффициентом усиления Ки, охваченный отрицательной обратной связью с коэффициентом передачи . Если действие сигнала ОС увеличива-

ет входной сигнал, ОС называют положительной, если уменьшает

— отрицательной.

233

3.Коэффициент усиления по напряжению (коэффициент усиления дифференциального сигнала) равен бесконечности, а дифференциальный сигнал в режиме усиления равен нулю (при этом не допускается закорачивание выводов операционного усилителя).

4.В режиме насыщения напряжение на выходе равно по модулю напряжению питания, а знак определяется полярностью входного напряжения.

5.Синфазный сигнал не действует на ОУ.

6.Напряжение смещения нуля равно нулю.

2.9.3.Типовые преобразователи аналоговых сигналов на опе-

рационных усилителях.

Инвертирующий усилитель на основе ОУ. В инвертирующем усилителе сигнал подается на инвертирующий вход (рис.2.105).

Рис. 2.105

Т.к. i 0 , то в соответствии с первым законом Кирхгофа

235

Включение резистора R3 в цепь неинвертирующего входа (рис. 2.106) можно уменьшить влияние входных токов на выходное

Рис. 2.106

Учитывая, что Uдиф 0 ,на низких частотах входное сопро-

тивление усилителя равно R1, т.е. существенно меньше входного сопротивления ОУ, т.к. параллельная отрицательная обратная связь

пряжению.

Неинвертирующий усилитель на основе ОУ. В неинвер-

тирующем усилителе (рис. 2.107) входной сигнал подается на неинвертирующий вход.

236

Rэ R1 R2 ... Rп Rос .

2.10 Идеальный операционный усилитель

Для уяснения принципов действия схем на ОУ и приближенного их анализа оказывается полезным ввести понятие идеального операционного усилителя. Будем называть идеальным операционный усилитель, который имеет следующие свойства:

1. бесконечно большой дифференциальный коэффициент усиления по напряжению КU U вых / U1 U 2 (у реальных ОУ от 1 тыс. до 100 млн.);

2.нулевое напряжение смещения нуля Uсм, т.е. при равенстве входных напряжений выходное напряжение равно нулю (у реаль-

ных ОУ Uсм, приведенное ко входу, находится в пределах от 5 мкВ до 50 мВ);

3.нулевые входные токи (у реальных ОУ от сотых долей нА до единиц мкА);

4.нулевое выходное сопротивление (у реальных маломощных ОУ от десятков Ом до единиц кОм);

5.коэффициент усиления синфазного сигнала равен нулю;

6.мгновенный отклик на изменение входных сигналов (у реальных ОУ время установления выходного напряжения от единиц наносекунд до сотен микросекунд).

Как будет показано ниже, операционный усилитель, предназначенный для универсального применения, из соображений устойчивости должен иметь такую же частотную характеристику, что и фильтр нижних частот первого порядка (инерционное звено), причем это требование должно удовлетворяться, по крайней мере

вплоть до частоты единичного усиления fт, т.е. такой частоты, при которой - |KИ|=1. На рис. 2.110 представлена типичная логарифмическая амплитудно-частотная характеристика (ЛАЧХ) скомпенсированного операционного усилителя.

239

Выходной каскад представляет собой двухтактный комплиментарный эмиттерный повторитель на транзисторах VТ7, VТ8 Напряжение на участке цепи из двух последовательных диодов, включенных в прямом направлении, обеспечивает малый начальный ток покоя этих транзисторов (режим класса АВ), что позволяет устранить переходные искажения сигнала. Такая схема обеспечивает симметрию выходного сопротивления ОУ при различной полярности выходного напряжения. Как правило, выходной каскад включает цепи защиты от короткого замыкания выхода.

2.12.Схема замещения операционного усилителя

При построении высокоточных схем на ОУ необходимо учитывать влияние неидеальности усилителя на характеристики схемы. Для этого удобно представить усилитель схемой замещения, содержащей существенные элементы неидеальности. Полная схема замещения ОУ для малых медленных изменений сигналов представлена на рис.2.112.

У операционных усилителей с биполярными транзисторами на входе входное сопротивление для дифференциального сигнала гд составляет несколько МОм, а входное сопротивление для синфазного сигнала гвх несколько ГОм. Входные токи, определяемые этими сопротивлениями, имеют величину порядка нескольких нА. Существенно большие значения имеют постоянные токи, протекающие через входы операционного усилителя и определяемые смещением транзисторов дифференциального каскада. Для универсальных ОУ входные токи находятся в пределах от 10 нА до 2 мкА, а для усилителей со входными каскадами, выполненными на полевых транзисторах, они составляют доли нА.

242