175

4.5. Применение оу в усилительных схемах

4.5.1. Параметры оу

Качество ОУ определяется его параметрами, важнейшими из которых являются: K_д – коэффициент усиления дифференциального сигнала на низкой частоте, определяемый отношением выходного сигнала ОУ к входному сигналу 1ДУ; f₁ – частота единичного усиления (частота, на которой K_д уменьшается до 1); R_вх.д – входное дифференциальное сопротивление, равное входному сопротивлению дифференциального усилителя (1ДУ); U_см0 – напряжение смещения нуля, которое определяется целиком входным каскадом 1ДУ согласно (4.23); I_вх – входной ток (ток баз транзисторов 1ДУ); ∆I_вх – разность входных токов баз транзисторов 1ДУ; R_вых – выходное сопротивление, определяемое выходным каскадом; ООСС – отношение ослабления синфазного сигнала в децибелах согласно (4.21); – номинальные напряжения питания (на рисунках обозначеныЕ_п Е_э); I_пот – ток, потребляемый от ис­точников питания; U_вых – амплитуда выходного сигнала; U_вх.д – допустимое входное дифференциальное напряжение; U_{вх.синф} – допустимое входное синфазное напряжение согласно (4.19).

Полный набор параметров 0У содержит не менее 20 наименований [7], однако не все они даются в справочниках. Например, в табл. 4.1 приведены параметры рассмотренных ранее ОУ, взятые из технических паспортов, в ней для сравнения указаны параметры идеального 0У.

Идеальный ОУ. Для оценки качества ОУ широко используют понятие "идеальный 0У". Свойства идеального 0У определяются идеальными параметрами, приведенными в табл. 4.1. Конечно, эти свойства полностью не могут быть достигнуты, поэтому в каждом случае судят лишь о степени приближения параметров данного 0У к идеальным параметрам. Идеальные параметры широко используются и в теории, что намного упрощает расчетные формулы. На рис. 4.21 приведена выходная (передаточная) характеристика идеализированного 0У с конечным K_д0 (K_д0 < ) и идеальными остальными параметрами (кривая 1). У нее имеется область воспроизведения АВ с постоянным K_д. Кривой 2 представлена выходная характеристика реального 0У. Она смещена на величину U_см0. При приближении выходного сигнала к ±U_{вых.мах} K_д уменьшается.

Отрицательная обратная связь и параметры ОУ. Практически во всех схемах операционные усилители используются с отрицательной обратной связью (ОС), осуществляемой при помощи навесных элементов. ОС играет определяющую роль в использовании 0У: с ее помощью формируются параметры и характеристики схем с ОУ, устраняются или ослабляются отрицательные свойства отдельных звеньев. На рис. 4.22,а приведена общая схема включения ОУ с ОС, в которой цепь обратной связи об-

Рис.4.21

разована резисторами R1 и R_ОС. При больших значениях K_д усилитель идеализируют и принимают I_вх = 0, U_вх = 0, I₁ = -I_ос, K_д0 = .

Например, при K_д0 = 10⁴ и U_вых = 10 В U_вх составляет всего 1 мВ, т.е. максимальный сигнал на входе не должен превышать 1 мВ. Приняв потенциал точки 2 равным нулю (так как U_вх = 0), можно найти, что I₁ = U₁/R₁, I_ОС = U_вых/R_ОС. Подставив эти значения в равенство I₁ = I_ОС, легко найти

, (4.34)

т.е. коэффициент усиления не зависит от свойств ОУ, а целиком определяется цепью обратной связи. Остальные параметры ОУ также изменяются под влиянием ОС. При введении ОС операционные усилители становятся универсальными, благодаря чему и находят широкое применение в качестве: усилителей напряжения и тока с постоянной составляющей; решающих усилителей, буферных усилителей, масштабирующих усилителей; усилителей переменного тока, усилителей рассогласования в САР, генераторов гармонических колебаний, прямоугольных импульсов и пилообразного напряжения; элементов преобразователей код-аналог и аналог-код; стабилизаторов напряжения и др.

Режим работы ОУ может быть непрерывным и импульсным. В непрерывном режиме ОУ с ОС может быть включен в одном из трех режимов: инвертирующем, неинвертирующем, дифференциальном.

В соответствии с ГОСТ 2.743-91 ОУ как элемент схемы обозначается так, как показано на рис. 4.22,б. Почти так же обозначается и любой

б

а

в

Р

ис. 4.22

другой усилитель (в том числе и транзисторный). Разница только в величине коэффициента усиления после треугольника (у ОУ – , у любого другого усилителя – конкретное число). Например, на рис. 4.22,в показана схема всего усилителя (рис. 4.22,б включая ОУ и цепь обратной связи) с K_ос = 10. Для устранения затруднений в “узнавании” ОУ как элемента схемы в пособии принято “старое” обозначение ОУ, как на рис. 4.22,а.