Основные параметры и характеристики ОУ

Основным параметром ОУ коэффициент усиления по напряжению без обратной связи K_{u ОУ}, называемый также полным коэффициентом усиления по напряжению. В области НЧ и СЧ он иногда обозначается K_{u ОУ 0} и может достигать нескольких десятков и сотен тысяч.

Важными параметрами ОУ являются его точностные параметры, определяемые входным дифференциальным каскадом. Поскольку точностные параметры ДУ были рассмотрены в подразделе 5.5, то здесь ограничимся их перечислением:

напряжение смещения нуля U_см;

температурная чувствительность напряжения смещения нуля dU_см / dT;

ток смещения Δ I_вх;

средний входной ток I_{вх ср}.

Входные и выходные цепи ОУ представляются входным R_вхОУ и выходным R_выхОУ сопротивлениями, приводимыми для ОУ без цепей ООС. Для выходной цепи даются также такие параметры, как максимальный выходной ток I_выхОУ и минимальное сопротивление нагрузки R_{н min}, а иногда и максимальная емкость нагрузки. Входная цепь ОУ может включать емкость между входами и общей шиной. Упрощенные эквивалентные схемы входной и выходной цепи ОУ представлены на рисунке 5.

Рисунок 5. Простая линейная макромодель ОУ

Среди параметров ОУ следует отметить КОСС и коэффициент ослабления влияния нестабильности источника питания КОВНП=20lg·(Δ E /Δ U_вх). Оба этих параметра в современных ОУ имеют свои значения в пределах (60…120)дБ.

К энергетическим параметрам ОУ относятся напряжение источников питания ±E, ток потребления (покоя) I_П и потребляемая мощность. Как правило, I_П составляет десятые доли — десятки миллиампер, а потребляемая мощность, однозначно определяемая I_П, единицы — десятки милливатт.

К максимально допустимым параметрам ОУ относятся:

максимально возможное (неискаженное) выходное напряжение сигнала U_{вых max} (обычно чуть меньше Е);

максимально допустимая мощность рассеивания;

рабочий диапазон температур;

максимальное напряжение питания;

максимальное входное дифференциальное напряжение и др.

К частотным параметрам относится абсолютная граничная частота или частота единичного усиления f_T (F ₁), т.е. частота, на которой K_{u ОУ} =1. Иногда используется понятие скорости нарастания и времени установления выходного напряжения, определяемые по реакции ОУ на воздействие скачка напряжения на его входе. Для некоторых ОУ приводятся также дополнительные параметры, отражающие специфическую область их применения.

Амплитудные (передаточные) характеристики ОУ представлены на рисунке 6 в виде двух зависимостей U_вых = f (U_вх) для инвертирующего и неинвертирующего входов.

Когда на обоих входах ОУ U_вх =0, то на выходе будет присутствовать напряжение ошибки U_ош, определяемое точностными параметрами ОУ (на рисунке 6 U_ош не показано ввиду его малости).

Рисунок 6. АХ ОУ

Частотные свойства ОУ представляются его АЧХ, выполненной в логарифмическом масштабе, K_{u ОУ} =φ(lg f). Такая АЧХ называется логарифмической (ЛАЧХ), ее типовой вид приведен на рисунке 7 (для ОУ К140УД10).

Рисунок 7. ЛАЧХ и ЛФЧХ ОУ К140УД10

Частотную зависимость K_{u ОУ} можно представить в виде:

Здесь τ _в постоянная времени ОУ, которая при M_в =3 дБ определяет частоту сопряжения (среза) ОУ (см. рисунок 7);

ω _в = 1/τ _в = 2π f_в.

Заменив в выражении для K_{u ОУ} τ _в на 1/ω _в, получим запись ЛАЧХ:

На НЧ и СЧ K_{u ОУ} =20lg K_{u ОУ 0}, т.е. ЛАЧХ представляет собой прямую, параллельную оси частот. С некоторым приближением можем считать, что в области ВЧ спад K_{u ОУ} происходит со скоростью 20дБ на декаду(6дБ на октаву). Тогда при ω>>ω _в можно упростить выражение для ЛАЧХ:

K_{u ОУ} = 20lg K_{u ОУ 0} – 20lg(ω/ω _в).

Таким образом, ЛАЧХ в области ВЧ представляется прямой линией с наклоном к оси частот 20дБ/дек. Точка пересечения рассмотренных прямых, представляющих ЛАЧХ, соответствует частоте сопряжения ω _в (f_в). Разница между реальной ЛАЧХ и идеальной на частоте f_в составляет порядка 3дБ (см. рисунок 7), однако для удобства анализа с этим мирятся, и такие графики принято называть диаграммами Боде.

Следует заметить, что скорость спада ЛАЧХ 20дБ/дек характерна для скорректированных ОУ с внешней или внутренней коррекцией, основные принципы которой будут рассмотрены ниже.

Для скорректированного ОУ можно рассчитать K_{u ОУ} на любой частоте f как K_{u ОУ} = f_T / f, а K_{u ОУ 0}= f_T / f_в.

На рисунке 7 представлена также логарифмическая ФЧХ (ЛФЧХ), представляющая собой зависимость фазового сдвига j выходного сигнала относительно входного от частоты. Реальная ЛФЧХ отличается от представленной не более чем на 6°. Отметим, что и для реального ОУ j=45° на частоте f_в, а на частоте f_T — 90°. Таким образом, собственный фазовый сдвиг рабочего сигнала в скорректированном ОУ в области ВЧ может достигнуть 90°.

Рассмотренные выше параметры и характеристики ОУ описывают его при отсутствии цепей ООС. Однако, как отмечалось, ОУ практически всегда используется с цепями ООС, которые существенно влияют на все его показатели.

Date: 2016-07-18; view: 294; Нарушение авторских прав