6.2.2 Основные характеристики операционного усилителя

К основным характеристикам операционного усилителя относится амплитудная (или передаточная) характеристика (рисунок 6.6). Она отражает усилительные свойства ОУ – это зависимость выходного напряжения от входного, причем входное напряжение - это дифференциальное напряжение, т.е. напряжение между входами ОУ.

Рисунок 6.6 - Амплитудная характеристика ОУ: 1- неинвертирующее включение, 2- инвертирующее включение, 3 - смещенная характеристика

Амплитудная характеристика имеет линейный участок , на котором приращение выходного напряжениялинейно зависит от приращения входного напряжения, а тангенс угла наклона характеристики определяет дифференциальный коэффициент усиления

. (6.7)

За пределами участка ab усилитель находится в насыщении =0, напряжение на выходе принимает значениеили, близкие к напряжениям питания ОУисоответственно. В режиме насыщения, как видно из рисунка 6.4, к выходу усилителя подключается источник питаниячерез верхний транзистор или- через нижний транзистор.

Реальная характеристика ОУ смещена относительно нуля на величину напряжения смещения нуля .

Частотные свойства отображаются амплитудно-частотной и фазовой характеристиками ОУ, которые описываются уравнениями

, (6.8)

и

, (6.9)

где - коэффициент усиления ОУ на нулевой частоте;

- верхняя частота среза, по определению это такая частота, на которой коэффициент усиления уменьшается в раз от своего максимального значения.

Вид этих характеристик показан на рисунке 6.7.

Рисунок 6.7 - Логарифмическая амплитудно-частотная (а)

и фазовая (b) характеристики ОУ

Амплитудно-частотная характеристика обычно строится в логарифмическом масштабе; коэффициент усиления представляется в децибелах (ЛАЧХ). Идеализированная ЛАЧХ состоит из асимптот: одна параллельна оси частот, вторая - имеет наклон 20db на декаду. Ордината точки пересечения является частотой верхнего среза, в децибелах это соответствует -3 db; на такое значение идеализированная характеристика отличается от истиной характеристики.

Реакция усилителя на импульсное воздействие описывается переходной характеристикой – зависимостью мгновенного значения выходного напряжения от времени (рисунок 6.8).

Рисунок 6.8 - Переходная характеристика ОУ

По переходной характеристике можно определить параметр, характеризующий динамические свойства ОУ - это скорость нарастания выходного напряжения

. (6.10)

6.2.3 Влияние напряжения смещения нуля и входных токов смещения

Влияние напряжения смещения нуля и входных токов смещения сказывается в появлении на выходе некоторого напряжения сдвига при нулевом входном сигнале. Для анализа такого влияния используем эквивалентную схему ОУ (рисунок 6.9).

Рисунок 6.9 - Эквивалентная схема ОУ

Напряжение сдвига в общем случае можно найти как

.(6.11)

Для уменьшения напряжения сдвига ко входу подводят напряжение смещения , равное напряжению смещения нуля, но противоположное ему по знаку. Представим,, где-это среднее значение входных токов смещения, а- это разность входных токов смещения. Тогда получим

. (6.12)

Если учесть, что разность входных токов смещения на порядок меньше, чем их среднее значение, то можно сделать вывод - для уменьшения влияния входных токов смещения сопротивление постоянному току в цепях инвертирующего и неинвертирующего входов должны быть одинаковы.