Скорость нарастания выходного напряжения
Скорость нарастания выходного напряжения характеризует инерционные свойства ОУ и зависит в первую очередь от: коэффициента усиления по напряжению схемы с ОУ; характера зависимости коэффициента усиления разомкнутого ОУ от частоты сигнала; направления изменения выходного напряжения. Наименьшая скорость нарастания при единичном усилении. Поэтому в справочниках скорость нарастания указывают для ОУ включенного как повторитель напряжения (коэффициент передачи напряжения равен 1).
При недостаточной скорости нарастания выходной сигнал ОУ искажается по форме. Например, при подаче на вход усилителя гармонического сигнала, выходной сигнал может представлять собой треугольные импульсы, рис.2.99.
Для заданной амплитуды выходного напряжения существует некоторая предельная частота для конкретного ОУ, при которой выходной сигнал не искажается. Дальнейшее увеличение частоты сигнала приведет к его искажению.
fmax
=
, (2.4)
где fmax - максимальная частота неискаженного сигнала;
вых – скорость нарастания выходного напряжения;
Uвыхm – амплитудное значение переменного выходного напряжения.
Рис.2.99. Искажение выходного сигнала ОУ при недостаточной скорости изменения напряжения на его выходе.
Частотная характеристика
Как и скорость нарастания выходного напряжения, этот параметр характеризует ОУ как усилитель переменного тока. Типовая амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) ОУ представлена на рис.2.100.
Рис.2.100. Типовая АЧХ операционного усилителя
Так как с ростом частоты усиливаемого сигнала увеличивается фазовый сдвиг между входным и выходным напряжениями ОУ, на некоторой частоте сдвиг фаз в петле обратной связи, охватывающей усилитель, может достичь 360 градусов. Как уже отмечалось ранее, это превращает отрицательную обратную связь в положительную, превращая усилитель в автогенератор электрических колебаний. Для предотвращения такого эффекта АЧХ ОУ имеет падающий характер (коэффициент усиления по напряжению уменьшается при увеличении частоты сигнала). Поэтому при достижении «резонансной частоты» (возможной частоты автоколебаний) усиление ОУ становится недостаточным для поддержания устойчивых автоколебаний.
Снижение усиления при росте частоты сигнала достигается включением в схему ОУ частотозависимой отрицательной обратной связи, глубина которой увеличивается при росте частоты сигнала. Обычно в качестве частотозависимого элемента используется корректирующий конденсатор. Конденсатор, осуществляющий частотную коррекцию, может быть встроен в ОУ (внутренняя частотная коррекция) или подключаться к нему извне (внешняя частотная коррекция).
Точка f1 на АЧХ задает полосу единичного усиления (на частоте f1 усиление разомкнутого ОУ становится равным 1).
Очевидно, что падающий характер АЧХ ОУ обусловливает ограничение по частоте сигнала для усилителя. В самом деле, если требуется обеспечить коэффициент усиления по напряжению схемы с ОУ равным Кос, рис.2.100, то это может быть выполнено для частот сигналов не превышающих fmax.
В зависимости от емкости корректирующего конденсатора АЧХ ОУ может иметь разный вид. При увеличении емкости конденсатора коррекции спад характеристики начинается раньше, частота единичного усиления уменьшается, скорость нарастания выходного напряжения также уменьшается. Поэтому при диагностике схем с ОУ на переменном токе при отклонении АЧХ от номинальной следует обратить внимание на внешний корректирующий конденсатор.