Частотные характеристики

Усиление гармонических сигналов характеризуется частотными параметрами ОУ, а усиление импульсных сигналов – его скоростными или динамическими параметрами.

Частотная зависимость коэффициента усиления ОУ без обратной связи называется амплитудно-частотной характеристикой(АЧХ).

На низких частотах коэффициент усиления операционного усилителя без ОС очень велик и остается постоянным до частоты, называемой частотой среза (f_ср,), а затем появляется спад АЧХ, коэффициент усиления начинает уменьшаться. Причиной этого является частотная зависимость параметров транзисторов и паразитных емкостей схемы ОУ. По граничной частоте (f_гр), которой соответствует снижение коэффициента усиления ОУ в , оцениваютполосу пропускания частот усилителя, составляющую для современных ОУ десятки мегагерц.

Частота (f₁), при которой коэффициент усиления ОУ равен единице, называетсячастотой единичного усиления.

Вследствие создаваемого усилителем в области высоких частот фазового сдвига выходного сигнала относительно входного фазо-частотная характеристика ОУ по инвертирующему входу приобретает дополнительный (сверх 180°) фазовый сдвиг (рис. 8.8).

Для обеспечения устойчивой работы ОУ необходимо уменьшать запаздывание по фазе, т.е. корректировать амплитудно-частотную характеристику ОУ.

Скоростные характеристики

Динамическими параметрами ОУ являются скорость нарастания выходного напряжения(скорость отклика) ивремя установления выходного напряжения. Они определяются по реакции ОУ на воздействие скачка напряжения на входе (рис. 8.9).

Скорость нарастания выходного напряжения– это отношение приращения (U_вых) к интервалу времени (t), за который происходит это приращение при подаче на вход прямоугольного импульса. То есть

V_{U вых}=U_вых/t

Чем выше частота среза, тем больше скорость нарастания выходного напряжения. Типовые значения V_{U вых} – единицы вольт на микросекунды.

Время установления выходного напряжения(t_уст) – время, в течение которогоU_выхоперационного усилителя изменяется от уровня 0,1 до уровня 0,9 установившегося значенияU_выхпри воздействии на вход ОУ прямоугольных импульсов. Время установления обратно пропорционально частоте среза.

8.3. Классификация оу

В соответствии с ГОСТ 4.465 – 86 все ОУ делятся на следующие группы по совокупности их параметров:

• универсальные (общего применения), у которых К_u = 10³...10⁵; f₁ = 1,5...10 МГц;

• прецизионные (инструментальные), у которых К_u>и гарантированные малые уровни U_см(меньше 0,5 мВ) и его дрейфа;

• быстродействующие со скоростью нарастания выходного напряжения V_{u вых} > 20 В/мкс и частотой единичного усиления f₁ > 15 МГц;

• регулируемые (микромощные) с током потребления I_пот< 1 мА;

• мощные и высоковольтные ОУ;

• многоканальные.

8.4. Применение операционных усилителей

Операционный усилитель является базовым элементом устройств аналоговой обработки сигналов и применяется в самых разнообразных схемах. На основе операционных усилителей (ОУ) создаются схемы, предназначенные для выполнения математических операций над входными сигналами (сложения, вычитания, интегрирования,выделения модуляфункции и т.п.). Такие схемы находят широкое применение в устройствах автоматического управления. Наиболее распространенными являются суммирующие и интегрирующие схемы на ОУ, а также ряд схем, в которых ОУ используются в нелинейном режиме (мультивибратор, одновибратор, генератор линейно изменяющегося напряжения и т.д.).

Главным недостатком ОУ является нестабильность коэффициента усиления, который в полупроводниковых усилителях очень сильно зависит от режима работы, в первую очередь от температуры, и меняется от экземпляра к экземпляру в очень широких пределах. Кроме того, линейный участок АЧХ ограничен весьма малыми значениями входных напряжений. Поэтому ОУ используются с цепями обратной связи.

О

Рис. 8.10. Схема неинвертирующего

усилителя

сновными схемами на ОУ являютсяинвертирующий инеинвертирующий усилители, режим работы которых осуществляется в пределах линейного участка передаточной характеристики. Любое схемотехническое решение с применением ОУ содержит одно из таких включений. Также весьма важнысхемы компенсации напряжения сдвига

При анализе схем на ОУ обычно принимают следующие упрощающие предположения

• коэффициент усиления стремится к бесконечности;

• входы ОУ не потребляют тока;

• входное сопротивление стремиться к бесконечности;

• напряжение между входами равно нулю.