Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Вопрос №8 Характеристики и параметры ОУ

 

Основные характеристики ОУ такие же, что и УПТ: передаточные (амплитудные); амплитудно-частотные, фазочастотные, динамические.Важнейшими характеристиками ОУ являются его амплитудные (передаточные) характеристики (рис. 3.2). Их представляют в виде двух кривых, относящихся соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам. Характеристики снимают при подаче сигнала на один из входов при нулевом сигнале на другом. Каждая из кривых состоит из горизонтальных и наклонного участков.

Горизонтальные участки кривых соответствуют режиму полностью открытого (насыщенного) либо закрытого транзистора выходного каскада (эмиттерного повторителя). При изменении напряжения входного сигнала на этих участках выходное напряжение усилителя остается без изменения и определяется напряжениями U+вых max и U–вых max.

Указанные значения максимальных выходных напряжений близки к напряжению Ек источников питания.

Рисунок 3.2 – Передаточные характеристики ОУ (а), передаточные характеристики ОУ при наличии разбаланса (б)

 

Наклонному (линейному) участку кривых соответствует пропорциональная зависимость выходного напряжения от входного. Угол наклона участка определяется коэффициентом усиления операционного усилителя. Значение КU ОУ зависит от типа ОУ и может составлять от нескольких сотен до сотен тысяч и более. Большие значения КU ОУ позволяют при охвате таких усилителей глубокой отрицательной обратной связью получать схемы со свойствами, которые зависят только от параметров цепи отрицательной обратной связи.

Кривые, приведенные на рис. 3.2, а проходят через нуль. Состояние, когда Uвых=0 при Uвх=0, называется балансом ОУ. Однако для реальных ОУ условие баланса обычно не выполняется (наблюдается разбаланс). При Uвх=0 выходное напряжение ОУ может быть больше или меньше нуля. На рис. 3.2, б пунктирными линиями показан возможный вид передаточной характеристики реальных ОУ при входном сигнале, подаваемом на не инвертирующий вход. Напряжение Uсм0, при котором Uвых=0 , называется входным напряжением смещения нуля. Оно определяет значение напряжения, которое необходимо подать на вход ОУ для создания баланса. Напряжения Uсм0 и ΔUвых связаны соотношением . Основной причиной разбаланса ОУ является существующий разброс параметров элементов дифференциального усилительного каскада (в частности, транзисторов). Зависимость от температуры параметров ОУ вызывает температурный дрейф входного напряжения смещения и температурный дрейф выходного напряжения.

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

Частотные параметры определяют по амплитудно-частотной характеристики ОУ (рис. 3.3, а), которая имеет спадающий характер в области высокой частоты, начиная от частоты среза fср. Причиной этого является частотная зависимость параметров транзисторов и паразитных емкостей схемы ОУ. Частота f1 при которой коэффициент усиления ОУ равен единице, называется частотой единичного усиления. По граничной частоте fв.п, которой соответствует снижение коэффициента усиления ОУ в раз, оценивают полосу пропускания частот усилителя, составляющую для современных ОУ сотни мегагерц.

 

Рисунок 3.3 – Амплитудно-частотная (а) и фазочастотная (б) характеристики ОУ;

реакция ОУ на воздействие скачка напряжения на входе (в) и (г)

При усилении сигналов ОУ обычно охватывается отрицательной обратной связью по инвертирующему входу. Ввиду создаваемого усилителем в области высоких частот фазового сдвига выходного сигнала относительно входного фазочастотная характеристика ОУ по инвертирующему входу приобретает дополнительный (сверх 180°) фазовый сдвиг (рис.3.3, б). Для некоторой высокой частоты полный фазовый сдвиг становится равным 360°, что соответствует положительной обратной связи по инвертирующему входу на этой частоте. Это приводит самовозбуждению схемы. Для устранения самовозбуждения в ОУ вводят внешние корректирующие RC–цепи, позволяющие несколько изменить ход амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик.

Динамическая характеристика это практически характеристика переходного процесса в ОУ, рис.3.3, г.

Динамическими параметрами ОУ являются скорость нарастания выходного напряжения (скорость отклика) и время установления выходного напряжения. Они определяются по реакции ОУ на воздействие скачка напряжения на входе (рис.3.3, в, г,). Скорость нарастания выходного напряжения VUвых находят по отношению приращения выходного напряжения к времени на участке изменения выходного напряжения от 0,1Uвых до 0,9Uвых. Время установления выходного напряжения tуст оценивают интервалом времени, в течении которого выходное напряжение изменяется от уровня 0,1 до уровня 0,9 установившегося значения. Как правило для VUвых = 0,1÷100 В/мкс, а tуст=0,05÷2 мкс.

Параметры ОУ

Основными параметрами ОУ являются:

1. Усилительные (КU, КI);

2. Входные (Uсм.0, ΔUвых/KU, Rвх см., Uвх. диф.);

3. Выходные (Uвых, КОСС – коэффициент ослабления синфазного сигнала, Rвых, Uвых. max, Iвых max);

4. Энергетические (Imax. потр, PΣпотр.);

5 Дрейфовые (Uдр, ΔI = Iвх1 – Iвх2);

6. Напряжение шумов, приведенное к входу (±ΔU/Uсм – показывает, как влияет дестабилизирующий фактор напряжения источника на напряжение смещения);

7. Частотные (fср, fв, 2Δf, f1);

8. Скоростные или динамические (VU вых, tуст.).

Следует отметить, что практически все параметры определяются по характеристикам ОУ, поэтому проанализируем их.

Входное сопротивление, входные токи смещения, разность и дрейф входных токов смещения, а также максимальное входное дифференциальное напряжение характеризуют основные параметры входных цепей операционных усилителей, которые, в свою очередь, зависят от схемы используемого дифференциального входного каскада. Причем, следует отметить, что различают дифференциальное (определяется как сопротивление между входами усилителя) и синфазное (сопротивление между объединенными входными выводами и нулевой шиной) входные сопротивления. Наличие входных токов смещения обусловливается конечным значением входного сопротивления дифференциального каскада, а их разность – существующим разбросом параметров транзисторов (различием начальных входных токов смещения). Начальные входные токи смещения ОУ с дифференциальным каскадом на биполярных транзисторах определяются токами баз транзисторов при заземленных входах (базовыми токами транзисторов в режиме покоя), а при наличии каскадов на полевых транзисторах – токами утечек затворов.

Необходимость учета входных токов возникает при построении схем на ОУ, когда в цепь одного или обоих его входов включается резисторы (рис. 3.4.).

 

 

Рисунок 3.4 – Введение дополнительных резисторов во входные цепи ОУдля исключения разбаланса, создаваемого входными токами

При неодинаковых величинах сопротивлений резисторов или входных токов падения напряжения на резисторах R1 и R2 , будут неодинаковыми, что создает между входами дифференциальное напряжение и соответственно вызывает появление на выходе некоторого напряжения (разбаланса). Ввиду наличия входного напряжения смещения и входных токов смещения схемы на ОУ приходится дополнять элементами, предназначенными для начальной их балансировки. Балансировка осуществляется путем подачи на один из входов ОУ некоторого дополнительного напряжения и введения резисторов в его входные цепи.

Наличие синфазного напряжения на входах ОУ вызывает появление выходной синфазной ошибки усиления. Так же как и для дифференциального каскада, влияние синфазного входного напряжения оценивают коэффициентом ослабления синфазного сигнала (КОСС).

Выходными параметрами ОУ являются выходное сопротивление, а также максимальное выходное напряжение и ток. ОУ должен обладать малым выходным сопротивлением для обеспечения высоких значений напряжения на выходе при малых сопротивлениях нагрузки. Малое выходное сопротивление (десятки и сотни Ом) достигается применением на выходе ОУ эмиттерного повторителя. Максимальное выходное напряжение (положительное и отрицательное), как указывалось, близко к напряжению питания Ек = Ек1 = Е2, которое может составлять 3–15 В. Максимальный выходной ток ограничивается допустимым коллекторным током выходного каскада ОУ. Энергетические параметры ОУ оценивают максимальными потребляемыми токами от обоих источников питания и соответственно суммарной потребляемой мощностью.

Максимальным дифференциальным входным напряжением лимитируется напряжение, подаваемое между входами ОУ в схеме, для исключения повреждения транзисторов дифференциального каскада. Для защиты между входами ОУ включают встречно-параллельно два диода или стабилитрона. Защита у большинства ОУ внутренняя (уже предусмотрена) и внешняя (надо реализовать схемой защиты).

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.