2.4.2. Статические параметры оу

Коэффициент усиления является основным параметром ОУ на низкой частоте. Он определяется отношением выходного напряжения

U вых без ОС в режиме холостого хода к дифференциальному (разностному) напряжению U _D=U₍₊₎ – U_(─) на входе ОУ.

ОУ имеет очень высокий коэффициент усиления, типичное значение которого составляет 200000, т.е. 106 дБ. Это внутренний собственный коэффициент усиления ОУ, называемый коэффициентом усиления при разомкнутой цепи ОС.

Учитывая, что входное сопротивление ОУ очень велико (будем считать его бесконечным), а выходное очень мало (или равно нулю), можно представлять ОУ без ОС в виде активного четырехполюсника типа ИНУН (источник напряжения, управляемый напряжением). В теории собственный коэффициент усиления ИНУН обозначают буквой µ. Выходная цепь ОУ представлена эквивалентным генератором (рис 2.5), развивающим напряжение, пропорциональное внутреннему коэффициенту усиления и разности напряжений на инвертирующем и неинвертирующем входах. Полярность выходного напряжения зависит от полярности разности входных напряжений.

Рис 2.5 Представление ОУ в виде активного четырехполюсника ИНУН

Коэффициент усиления ОУ µ, определяется из соотношения

U_вых = µ(U₍₊₎ – U_(─)), (2.1)

где U₍₊₎ – напряжение на прямом входе “+”, а U_(─) – напряжение на входе “─” .

В справочных данных собственный коэффициент усиления ОУ имеет разные обозначения: А, К, А_D, K_D, К_U и др.

Значения K = U_вых/U_D большинства ОУ заключены в пределах 10⁴... 10⁵, т. е. от 80 до 100 дБ., они также приводятся под символом В/мВ

Идею бесконечного коэффициента усиления представить трудно.

Важным для понимания является то, что U_D должно быть бесконечно

мало по сравнению с любым значением U_ВЫХ, встречающимся на

практике. Идеализируя ОУ, при­нято считать U_D =0, а U₍₊₎=U_(─).

ПРИМЕР 2.1

Определить максимальную разность напряжений U_D между входами ОУ.

Дано: Выходное напряжение ОУ ограничивается Um=12В,

Коэффициент усиления при разомкнутой цепи ОС µ=150000.

Решение: Из (2.1) имеем U₍₊₎ – U_(─)= U_D=U _вых/µ=

=12 В/15000=80мкВ.

Это напряжение так мало, что цифровые вольтметры, считывающие до трех десятичных разрядов, не смогут его обнаружить [ 4] .

Полученный результат дает основание считать напряжение на входе идеального ОУ U_D =0.

2.5 Основные схемы включения оу

Напоминаем, что ОУ предназначен для выполнения различных операций над аналоговыми величинами при работе в схеме с глубокой отрицательной обратной связью.

Неинвертирующий усилитель с ос

На рис 2.6. показана схема с последовательной ОС по входу и параллельной по выходу. Резисторы R1 и R2 образуют цепь ОС. Напряжение ОС, выделяемое на резисторе R1, пропорционально выходному напряжению U_вых. Оно подключено (как положено при отрицательной ОС) к инвертирующему входу ОУ. Основное уравнение ОУ (2.1) U_вых =µ(U₍₊₎ – U_(─)), как показано на рис (2.6), имеет

U₍₊₎=U1 (2.2)

Рис 2.6 Принципиальная схема неинвертирующего усилителя

Полагая, что входное сопротивление ОУ очень велико, т.е. R_D>>R1 , применим закон Кирхгофа к цепи ОС и получим

(2.3)

Подставив U₍₊₎ и U_(-) из уравнений (2.2) и (2.3) в уравнение (2.1), получим

После преобразований

получаем коэффициент усиления с ОС

(2.4)

При большом коэффициенте усиления ОУ (µ>10⁴) единицей в знаменателе можно пренебречь и тогда коэффициент усиления при неинвертирующем включении ОУ примет хорошо знакомый вид:

(2.5)

Следует отметить, что уравнение (2.4) можно записать в стандартной форме, применяемой для усилителей с обратной связью [10]

(2.6)

где В-коэффициент передачи цепи ОС по определению (2.3) равен B=U_F/U_вых , 1+µВ=F – глубина ОС.

ПРИМЕР 2.2

Определить коэффициент усиления К_F в схеме рис.2.6.

Дано: Сопротивление резистора R1=1кОм, резистора R2=9кОм.

Решение: Из (2.1) имеем К_F=1+R2/R1=1+9*10^3/10^3=10