Параметры операционных усилителей

Операционными усилителями (ОУ) называются многокаскадные усилители постоянного тока с дифференциальным входным каскадом, большим усилением и несимметричным выходом, предназначенные для выполнения различных операций над аналоговыми величинами при работе с глубокой отрицательной обратной связью.

Т.к. ОУ является универсальным устройством, то для описания его свойств используется большое число параметров.

1) Коэффициент усиления К, равный отношению выходного напряжения к вызвавшему это приращение дифференциальному входному сигналу при отсутствии обратной связи и определяемый при холостом ходе на выходе.

2) Напряжение смещения нуля U_см показывает, какое напряжение необходимо подать на вход ОУ для того, чтобы на выходе получить U_вых = 0 (0,05…0,15 мВ).

3) Входной ток I_вх определяется нормальным режимом работы входного дифференциального каскада на биполярных транзисторах. Это ток базы входного транзистора ДУ. Если в дифференциальном каскаде используются полевые транзисторы, то это токи утечек.

4) Разность входных токов ΔI_вх равна разности значений токов, протекающих через входы ОУ при заданном значении выходного напряжения (0,1…200 нА).

5) Входное сопротивление R_вх (сопротивление между входными выводами) равно отношению приращения входного напряжения к приращению входного тока на заданной частоте сигнала. Оно определяется для области низких частот. В зависимости от характера подаваемого сигнала входное сопротивление бывает дифференциальное (для дифференциального сигнала) и синфазное (для синфазного сигнала). Дифференциальное входное сопротивление – полное входное сопротивление со стороны любого входа, когда другой вход соединен с общим выводом (десятки кОм – сотни Мом). Синфазное входное сопротивление – сопротивление между замкнутыми выводами входов и землей. Оно характеризуется изменением среднего входного сигнала при приложении к входам синфазного сигнала и на несколько порядков выше R_{вх диф}.

6) Коэффициент ослабления синфазного сигнала K_{осл сф} определяется как отношение напряжения синфазного сигнала, подаваемого на оба входа, в дифференциальному входного напряжению, вызывающему такое же значение выходного напряжения. Коэффициент ослабления показывает, во сколько раз коэффициент усиления дифференциального сигнала больше коэффициента усиления синфазного входного сигнала (60…120 дБ).

7) Выходное сопротивление R_вых определяется отношением приращения выходного напряжения к приращению активной составляющей выходного тока при заданном значении частоты сигнала (единицы – сотни Ом).

8) Температурный дрейф напряжения смещения равен отношению максимального изменения напряжения смещения к вызвавшему его изменению температуры и оценивается в мкВ/град.

9) Коэффициент влияния нестабильности источника питания на выходное напряжение показывает изменение выходного напряжения при изменении напряжения питания на 1 В и оценивается в мкВ/В.

10) Максимальное выходное напряжение U_{вых макс} определяется предельным значением выходного напряжения ОУ при заданном сопротивлении нагрузки и напряжении входного сигнала, обеспечивающем стабильную работу ОУ и искажения, не превышающие заданного значения. U_{вых макс} на 1…5 В ниже напряжения питания.

11) Максимальный выходной ток I_{вых макс} ограничивается допустимым коллекторным током выходного каскада ОУ.

12) Потребляемая мощность – мощность, рассеиваемая ОУ при отключенной нагрузке.

13) Частота единичного усиления f₁ – частота входного сигнала, при которой коэффициент усиления ОУ равен 1. У интегральных ОУ частота единичного усиления имеет предельное значение 1000 МГц. Выходное напряжение на этой частоте ниже, чем для постоянного тока, примерно в 30 раз.

14) Частота среза f_с – частота, на которой коэффициент усиления снижается в раз. Она оценивает полосу пропускания ОУ и составляет десятки МГц.

15) Максимальная скорость нарастания выходного напряжения v_макс определяется наибольшей скоростью изменения выходного напряжения ОУ при действии на входе импульса прямоугольной формы с амплитудой, равной максимальному значению входного напряжения (0,1…100 В/мкс).

16) Время установления выходного напряжения t_ус (время затухания переходного процесса) – время, необходимое для возвращения усилителя из состояния насыщения по выходу в линейный режим.

17) Напряжение шумов, приведенное к входу, определяется действующим значением напряжения на выходе усилителя при нулевом входном сигнале и нулевом сопротивлении источника сигнала, деленным на коэффициент усиления ОУ.