5. Выбор операционного усилителя

Выбор ОУ производится путем сравнения требований на усилитель (величин , , , , , и т.д.) с паспортными параметрами ОУ (,,, , и т.д.).

Необходимым условием правильного выбора ОУ является выполнение следующих соотношений:

а) по коэффициенту усиления

, (12а)

б) по частотным свойствам в режиме малого сигнала

(12б)

(это довольно жесткое условие, предполагающее применение в ОУ коррекции с отставанием по фазе, сильно сужающей полосу пропускания; реально можно получить площадь усиления больше, чем частота единичного усиления ОУ ),

в) по динамическому диапазону

, (12в)

г) по быстродействию в режиме большого сигнала

. (12г)

Если этим условиям удовлетворяют несколько ОУ, то выбирают наиболее соответствующий остальным требованиям.

6. Выбор и расчет элементов схемы

Рассмотрим расчет величин внешних элементов усилителя на ОУ: цепей обратной связи, коррекции, балансировки, защиты от перегрузки и т.д., а именно определим величину резисторов , , (см. рис. 1). Эти элементы обеспечивают нормальный режим работы ОУ (балансировка) и требуемые усилительно-частотные параметры усилителя.

При инвертирующем включении (рис. 1) величина определяется из соотношения (если задано значение входного сопротивления усилителя) или в соответствии с (1а). Более точно значение определим из (2) и (3).

Наибольшая величина ограничивается допустимым падением напряжения при протекании входного тока ОУ(обычно 10% от ), т.е.

. (13)

Сопротивление при этом равно

.

Величина подключаемой нагрузки определяется нагрузочной способностью ОУ, а именно:

. (14)

Максимальные значения и ограничены допустимым ухудшением частотных характеристик усилителя за счет наличия паразитных емкостей схемыС_п(например, на рис. 2 емкостиС_п). При этом имеем следующее соотношение:

. (15)

На практике обычно величину берут не более единиц мегаом ввиду трудностей, возникающих из-за паразитных токов утечки, обусловленных технологией изготовления усилителя.

Величина находится из следующих условий:

– если собственно ОУ сбалансирован (= 0, = 0), то

.

Соотношение верно при условии, что >>(внутреннего сопротивления источника сигнала) или включает , >> , что обычно выполняется,

– если существует начальный разбаланс ОУ, то его можно уменьшить, используя падение напряжения на за счет протекания входного тока

.

В большинстве случаев и при малых входных токах ОУ, как правило, резистор не используется.

Покажем расчет усилителя на следующем примере. Требуется рассчитать усилитель со следующими параметрами:

= 100, = 6В, = 10 кОм, = 0, = 10 кГц.

Выбираем тип ОУ, который с точки зрения частотных свойств должен иметь  = 1 МГц.

= 1,5 В/мкс.

Этим требованиям удовлетворяет ОУ 140УД8Б. Выбираем и рассчитываем навесные элементы в соответствии с (3.13):

= 10 кОм.

В соответствии с (3.15) и приняв величину паразитной емкости = 20 пФ, имеем

1,0 МОм.

При = 1 МОм имеем

= 10 кОм.

При I_вх = 1 нA= 10^-9Aпадение напряжения наR₃, будет равноU_R3 = =0,01 мВ, что значительно меньшеU_см. Следовательно, при малыхI_смсопротивлениеR₃ можно не использовать.