Вопрос 47 идеальный оу
Чтобы определить, какой тип ОУ подходит для конкретного случая его применения, необходимо знать его основные характеристики, а для некоторых случаев необходимо и знание внутренней структуры. Для полного описания прибора необходимо знать более 30 электрических параметров. Однако для упрощения расчета и анализа схем пользуются понятием «идеального» ОУ.
Идеальный ОУ имеет следующие свойства:
• дифференциальный коэффициент усиления по напряжению KU стремится к бесконечности (у реальных ОУ от 1 тыс. до 100 млн.);
• входные токи IВХ стремятся к нулю (у реальных ОУ от сотых долей пА до единиц мкА);
• выходное сопротивление RВЫХ стремится к нулю (у реальных маломощных ОУ от десятков Ом до единиц кОм);
• напряжение смещения нуля UСМ отсутствует, т.е. при равенстве входных напряжений выходное напряжение равно нулю (у реальных ОУ UСМ, приведенное ко входу, находится в пределах от 5 мкВ до 50 мВ);
• коэффициент усиления синфазного сигнала равен нулю, т.е. коэффициент ослабления синфазного сигнала КООС стремится к бесконечности (у реальных ОУ КОСС составляет 60–100 дБ);
• отклик на изменение входных сигналов мгновенный, т.е. выходное напряжение может меняться с бесконечно большой скоростью (у реальных ОУ время установления выходного напряжения от единиц наносекунд до сотен микросекунд).
Из свойств идеального операционного усилителя следует, что напряжение на его выходе может быть бесконечным и ток, отдаваемый в нагрузку, также может быть бесконечным. Реальные ОУ такими свойствами не обладают. У реальных ОУ максимальное выходное напряжение ограничено напряжением питания (меньше его на величину падения напряжения на выходном каскаде).Так, при напряжении питания +/-15В выходное напряжение не может быть больше +/-13.6В.
Максимальный выходной ток реального ОУ, как правило, не превышает 20-30 мА (в ОУ есть защита по току, аналогичная защите выходных каскадов усилителей мощности).
Допущения, принимаемые при анализе схем на оу
Отметим важные правила, которые определяют поведение ОУ, охваченного петлей обратной связи и работающего в линейном режиме:
• ОУ стремится установить на выходе такое напряжение, чтобы разность напряжений между его входами была бы равна нулю, т.е. UВХ+- UВХ-=0
• Входы ОУ не потребляют ток в цепи источника сигнала, т.е. IВХ+=0 и IВХ-=0
Это правило не означает, что ОУ действительно изменяет напряжение на своих входах. Это невозможно. ОУ «оценивает» состояние входов и с помощью внешней схемы обратной связи (резистора R3) передает напряжение с выхода на вход, так что в результате разность напряжений между входами стремилась бы к нулю.
Второе правило, которое широко используется при анализе схем на ОУ, связано с малым потреблением входного тока (например, ОУ К140УД7 имеет входной ток 0,08 мкА, а ОУ с полевыми транзисторами на входе имеют входные токи утечки единицы пикоампер).
При проектировании усилительных устройств на ОУ необходимо помнить, что обратная связь должна быть всегда отрицательной (т. е. нельзя путать инвертирующий и не инвертирующий входы), причем в схеме ОУ обязательно должна быть предусмотрена цепь обратной связи по постоянному напряжению. В противном случае ОУ обязательно попадает в режим насыщения из-за наличия напряжения смещения нуля.