Электротехника и электроника (стр. 15 )

Входное сопротивление - это сопротивление со стороны одного из входов ОУ в то время, когда другой заземлен. Входное сопротивление составляет порядка Ом.

В паспортных данных обычно приводятся значения динамического сопротивления и шунтирующей емкости, измеренные на одном из входов при заземленном втором входном зажиме. Эти параметры определяют  полное дифференциальное входное сопротивление схемы усилителя. Для усилителей на биполярных транзисторах динамическое сопротивление составляет от 300 кОм до 10 МОм, а шунтирующая емкость – около 3 пФ. Если же входной каскад усилителя выполнен на полевых транзисторах, то его входное сопротивление более 1011 Ом. Входное сопротивление для синфазного сигнала представляет собой динамическое сопротивление, измеряемое соединенными вместе двумя входными зажимами и землей, и имеет еще более высокое значение. 

Коэффициент передачи синфазного сигнала - отношение приращения выходного напряжения ОУ к вызвавшему его приращению входного синфазного сигнала. Величина составляет .

;

Коэффициент ослабления синфазного сигнала - это отношение коэффициента усиления по напряжению к коэффициенту передачи синфазного сигнала:

.

С помощью этого параметра можно оценить способность усилителя подавлять синфазный сигнал. Коэффициент подавления синфазных сигналов можно определить иначе – как отношение определенного изменения синфазного входного напряжения, при котором выходное напряжение остается без изменения.

К динамическим параметрам относятся:

Полоса пропускания - это диапазон частот, в котором коэффициент усиления не снижается более чем в раз, где К – коэффициент усиления на низкой частоте (см. рис.4).

       

Рис.4. Амплитудно-частотная характеристика ОУ

ОУ обеспечивает усиление очень низких частот, вплоть до нулевой, поэтому в паспортных данных приводится значение только верхней граничной частоты. Полоса пропускания заканчивается частотой, на которой коэффициент передачи по напряжению снижается до значения, составляющего 0,707 или (1/) от своего значения на частоте, равной нулю.

Частота единичного усиления – это частота, на которой коэффициента усиления дифференциального сигнала равен единице, т. е. ; Максимальная скорость изменения выходного напряжения . Она измеряется при ступенчатом изменении дифференциального сигнала (см. рис.5) и составляет .

Рис.5. Графики функций ,

Скорость нарастания выходного напряжения не обязательно одинакова в обоих направлениях, т. е. при увеличении и уменьшении напряжения. Этот параметр показывает, каким образом усилитель реагирует на перепад входного напряжения.

3.10 Основные допущения, применяемые при анализе схем с ОУ.

Для анализа схем, выполненных с использованием ОУ, вводят ряд допущений, идеализирующих свойства ОУ. Операционный усилитель, в котором выполняются эти допущения, называют идеальным операционным усилителем.

Вводятся следующие допущения:

бесконечно большой дифференциальный коэффициент усиления по напряжению . Это допущение справедливо т. к. у реальных ОУ от 10 тыс. до 100 млн.; нулевая ЭДС смещения нуля . Это допущение справедливо т. к. у реальных ОУ , находится в пределах от 5 мкВ до 20 мВ; нулевые входные токи . Это допущение справедливо т. к. у реальных ОУ входные токи находятся в диапазоне от сотых долей нА до единиц мкА); нулевое выходное сопротивление . У реальных маломощных ОУ от десятков Ом до сотен Ом; бесконечно большой коэффициент ослабления синфазного сигнала . У реальных ОУ от 100 тыс. до 100 млн. мгновенный отклик на изменение входных сигналов (у реальных ОУ время установления выходного напряжения от единиц наносекунд до сотен микросекунд. Нулевое входное дифференциальное напряжение .

При нахождении рабочей точки на границе линейного участка передаточной характеристики (рис.3), максимальное значение дифференциального напряжения определяется . С учетом ранее принятого допущения ЭДС смещения . Максимальное приращение дифференциального сигнала .  Поскольку (принятое допущение), а конечно (как правило, менее 15 В), то .

3.4 Инвертирующий и неинвертирующий усилители.

Сумматор на основе ОУ. Повторитель напряжения.

Инвертирующий усилитель.

При инвертирующем включении неинвертирующий вход ОУ соединяется с общей шиной (рис.6).

Рис.6. Инвертирующий усилитель на основе ОУ

Учитывая, что при принятых допущениях дифференциальное входное напряжение , то токи и . Исходя из первого закона Кирхгофа, запишем: . Так как согласно свойству идеального ОУ , то . Следовательно .

Таким образом, определим коэффициент усиления по напряжению инвертирующего усилителя, выполненного на основе ОУ:

.

Если выбрать резисторы и равными, то получим . Такой усилитель называется инвертирующим повторителем напряжения.

Выходное напряжение инвертирующего усилителя находится в противофазе по отношению к входному (об этом говорит знак минус в формуле). Коэффициент усиления входного сигнала по напряжению этой схемы в зависимости от соотношения сопротивлений резисторов может быть как больше, так и меньше единицы.

Найдем входное сопротивление схемы. Поскольку напряжение на неинвертирующем входе относительно общей шины равно нулю, согласно свойству идеального ОУ входной ток схемы . Следовательно, входное сопротивление схемы = . Поскольку напряжение на неинвертирующем входе усилителя равно нулю, а согласно свойству идеального ОУ разность потенциалов между его входами равна нулю, то инвертирующий вход в этой схеме иногда называют виртуальным (т. е. воображаемым) нулем.

Неинвертирующий усилитель.

Рассмотрим неинвертирующий усилитель (рис.7).  Входной сигнал подается на неинвертирующий вход ОУ, а на инвертирующий вход через делитель, выполненный на резисторах и , поступает сигнал с выхода усилителя, т. е. сигнал обратной связи.