Література [1, 19-21]
11 ОпераційнІ підсилювачі
11.1 Основні показники операційних підсилювачів та вимоги до них
Операційний підсилювач (ОП) – це підсилювач, що виконується на базі диференціального підсилювача постійного струму і повинен відповідати таким вимогам:
– мати
великий вхідний опір (ідеальний –
);
– мати малий вихідний опір (ідеальний – 0);
– мати
великий коефіцієнт підсилення (
в смузі підсилення – нуль – одиниці
МГц);
– забезпечувати підсилення як з інверсією сигналу, так і без інверсії;
– мати малий дрейф нуля.
Перша вимога дозволяє підключати ОП до будь-якого кола, не порушуючи його роботи. Друга вимога гарантує виконання ОП його функцій без відносно до величини і характеру навантаження, куди передається сигнал. Четверта забезпечує охоплення ОП зворотним зв'язком будь-якого виду (додатний чи від'ємний).
При виконанні усіх вказаних умов передатна характеристика усієї системи з великою точністю відповідає передатній характеристиці кола зворотного зв'язку і практично не залежить від параметрів ОП
.
Сучасна промисловість випускає багато типів інтегральних ОП, які мають малі габарити і масу, відносно дешеві і доступні.
Статичні і динамічні властивості ОП характеризуються сукупністю електричних параметрів, серед яких можна виділити:
– коефіцієнт підсилення (диференціальний)
;
– напруга
зміщення (
)
– напруга, яку необхідно прикласти між
входами ОП для отримання нуля на виході;
– середній
вхідний струм (
)
– середнє арифметичне значення вхідних
струмів, що вимірюється при такий вхідній
напрузі, коли вихідна напруга дорівнює
нулю
;
– різниця вхідних струмів, що вимірюється, коли напруга на виході ОП дорівнює нулю
;
– температурний
дрейф вхідного струму – коефіцієнт, що
дорівнює відношенню максимальної зміни
вхідного струму ОП до зміни температури,
що викликає зміну струму
;
– вхідний
опір – опір одного з входів ОП, у той
час як другий закорочений (вхідний опір
диференціальному сигналу,
);
– вхідний
опір синфазному сигналу – величина, що
дорівнює відношенню прирощення синфазної
вхідної напруги до прирощення середнього
вхідного струму (
);
– коефіцієнт послаблення синфазного сигналу
,
де
– коефіцієнт підсилення синфазної
складової сигналу;
– коефіцієнт
впливу нестабільності джерела живлення
(
)
–відношення зміни напруги зміщення до
зміни однієї з напруг живлення, що
викликає це зміщення;
– вихідний
опір (
)
;
– частота
одиничного підсилення (
)
– частота, на якій модуль коефіцієнта
підсилення ОП дорівнює 1;
– гранична
частота (
)
– максимальна частота синусоїдального
сигналу, при якому зберігається
гарантований ефективний діапазон
синусоїдальної вхідної напруги ОП;
– максимальна
швидкість наростання вихідної напруги
(
)
– найбільша швидкість зміни вихідної
напруги при прикладанні до входу ОП
імпульсу прямокутної форми і максимальної
амплітуди;
– напруга
шуму ОП – містить три некорельовані
складові:
– складова, що зумовлена тепловим шумом
(білий шум),
– складова, що зумовлена дифузією
неосновних носіїв;
– складова, що викликана поверхневими
явищами у напівпровідниках.
.
Типові
амплітудні характеристики ОП (
)
та амплітудно–частотні характеристики
ОП подані на рис. 11.1 – 11.2.
Рисунок 11.1 – Амплітудні характеристики операційного підсилювача
Рисунок 11.2 – Амплітудно–частотна характеристика операційного підсилювача
ОП, не дивлячись на складну внутрішню структуру, може розглядатися як цільний елемент з гарантованими вхідними і вихідними параметрами. В багатьох випадках ОП можна замінити ідеалізованою моделлю, що має нескінченно великий коефіцієнт підсилення по напрузі у необмеженій смузі частот і нескінченно малі вхідні струми і напруги зміщення. На рис. 11.3 наведена еквівалентна схема реального ОП для НЧ.
Рисунок 11.3 – Еквівалентна схема операційного підсилювача (макромодель)
Колами, що поділені на сектори, на схемі позначені ідеальні підсумовувачі (чорний сектор означає інверсію вхідного сигналу).