2. Передаточная характеристика оу

Рис. 84	л11р2

Операционный усилитель можно охарактеризовать при помощи зависимости, связывающей выходное напряжение с входным дифференциальным. Под входным дифференциальным напряжение будем понимать разность напряжений, присутствующих на неинвертирующем и инвертирующем входах операционного усилителя: . Данная зависимость называется передаточной характеристики ОУ. Возможный вид передаточной характеристики представлен на рис. 84. Показанная на этом рисунке зависимость не проходит через начало координат, что является характерным для реальных ОУ. Иными словами, при нулевом входном дифференциальном напряжении на выходе ОУ может присутствовать постоянное напряжение. Величина этого напряжения и его полярность зависит от конкретного экземпляра микросхемы. Данное напряжение на выходе ОУ называется напряжением смещения (нуля) и обозначается через . Устранение напряжения смещения осуществляется, как отмечено выше, при помощи балансировки ОУ, если он имеет соответствующие выводы. В современных ОУ напряжение смещения обычно не превышает десятков милливольт.

Напряжение смещение на выходе ОУ может быть уменьшено до нуля подачей на его вход некоторого дифференциального напряжения.

Диапазон входных напряжений, соответствующих наклонному (вертикальному) участку передаточной характеристики, называется областью усиления. Режим работы ОУ, соответствующий данному диапазону входных напряжений, является основным для ОУ и называется режимом усиления (линейным, активным режимом). Для этого режима справедливо соотношение

.

где — коэффициент усиления ОУ по напряжению. Обычно величина коэффициента усиления по напряжению лежит в пределах 10⁴...10⁵. Очевидно, что при большом полном коэффициенте усиления ОУ участок входных напряжений, соответствующих режиму усиления, весьма мал. Действительно, при и величина входного дифференциального напряжения (по модулю) не может превышать 150 мкВ. Поэтому при практических расчетах обычно принимают , т. е. напряжения на неинвертирующем и инвертирующем входах считают равными.

В реальных усилителях, построенных с использованием ОУ, используются отрицательные обратные связи и коэффициент усиления существенно меньше собственного коэффициента усиления ОУ, что позволяет расширить диапазон входных напряжений.

Области передаточной характеристики вне области усиления называются областями насыщения. Режим, соответствующий этим областям, носит соответствующее название. Обычно считается, что при насыщении выполняются следующие условия:

однако эти соотношения для реальных ОУ могут быть другими; при приближенных расчетах можно принять, что в режиме насыщения выходное напряжение равно соответствующему напряжению питания.

3. Скорость нарастания оу

Скорость нарастания является одной из характеристик реального ОУ и определяется как максимальная скорость изменения выходного напряжения по времени:

.

Скорость нарастания обычно задают в вольтах на микросекунду. Она характеризует инерционность реального ОУ, обусловленную наличием в нем внутренних емкостей. Скорость заряда этих емкостей ограничена, что ограничивает скорость изменения выходного напряжения.

Скорость нарастания является мерой способности усилителя обрабатывать без искажений сигналы с большими амплитудами. Имеется простая связь между амплитудой гармонического напряжения на выходе ОУ, его частотой и скоростью нарастания: , которая позволяет определять величину неискаженного сигнала на выходе ОУ.

Рассчитаем, например, максимальную амплитуду синусоидального выходного напряжения частотой 1 МГц, которое может без искажений присутствовать на выходе ОУ, имеющего скорость нарастания . Преобразовав представленную выше формулу, получим, что .