Амплитудная характеристика

Дифференциальный (U_дс) и синфазный (U_сс) сигналы на входе ОУ определяются:

U_дс = (U^{+ _} U^– )

U_сс = 0.5(U⁺ +U^–)

Амплитудная характеристика - это зависимость:

U_вых = f(U⁺, U^–)

U_вых = Ко (U⁺ - U^–)

U_вх = U_дс = U⁺ - U^–

Эту функцию двух переменных обычно упрощают и рассматривают как амплитудную характеристику неинвертирующего усилителя U_вых = f(U⁺), при U^– = 0, (рис.2), и как амплитудную характеристику инвертирующего усилителя U_вых = f(U^–), при U⁺ = 0, (рис.3). При работе ОУ в линейном режиме напряжение на его выходе возрастает с увеличением напряжения U⁺ (на неинвертирующем входе) или с уменьшением напряжения U^– (на инвертирующем входе). Линейная зависимость между выходным U_вых и входным U_вх сигналами наблюдается лишь при малых значениях U_вх. При больших значениях U_вх ОУ переходит в состояние насыщения и выходной сигнал принимает напряжение, близкое к напряжению питания.

Обычно U_{вых max} (+E_п - 1В), а U_{вых min} (-Е_п +1В). При этом коэффициент усиления определяется:

Для сбалансированного ОУ амплитудная характеристика проходит через ось координат. Реальный ОУ разбалансирован и его амплитудная характеристика смещена относительно нуля (рис.2).

Рис.2

 

 

Рис.3

Динамический диапазон

Диапазон от U_выхmin до U_выхmax, где выходное напряжение линейно зависит от входного напряжения, называется динамическим диапазоном ОУ. Обычно U_{вых max} (+E_п - 1В), а U_{вых min} (-Е_п +1В).

Область, где U_вых U_выхmax и U_вых U_выхmin называется областью насыщения. Динамический диапазон входных напряжений (U_{вх min} U_вх U _{вх max}) собственно ОУ очень мал из-за большого коэффициента усиления К_о. Например, при К_о=10⁶_, U_{вых max} =10В, максимальное значение дифференциального входного напряжения равно:

 

при U_вх U_вхmax наступает насыщение.

Поэтому для того, чтобы обеспечить необходимый коэффициент усиления, повысить динамический диапазон по входу и выходу, а также расширить диапазон рабочих частот ОУ охватывают отрицательной обратной связью (ООС), для этого часть выходного напряжения подают на инвертирующий вход.

Напряжение смещения.

Амплитудная характеристика реального ОУ не проходит через ось координат (штриховая линия, Рис.2). Это обусловлено неидентичностью плеч дифференциального усилителя, обратными токами транзисторов в ОУ. Напряжение, которое необходимо подать на вход, для того чтобы U_вых= 0, называется напряжением смещения U_cм.

(У ОУ с биполярными транзисторами на входе U_cм 1мВ, а у ОУ с полевыми транзисторами на входе U_см 10мВ). На некоторых ОУ имеются специальные выводы для подсоединения потенциометров для компенсации напряжения смещения.

Входные токи смещения

К входным выводам ОУ подключены базы или затворы внутренних транзисторов, на которые необходимо подать некоторое опорное напряжение – смещение. Поэтому для нормальной работы любого ОУ должны быть пути для протекания постоянного тока (в том или ином направлении) через его входы на землю (Рис.4). Эти токи называются входными токами смещения I_в2, I_в1, и могут отличаться друг от друга. Значением тока смещения принято считать среднеарифметическое двух входных токов: I_в=(I_в2+ I_в1)/2.

Рис.4

Разность двух входных токов смещения называется током сдвига I_сд , при этом знак I_сд может быть любым:

I_сд= I_в1- I_в2

Обычно I_в1» I_в2. Напряжения, создаваемые ими на R₁ и R₂ равны соответственно I_в1 R₁ и I_в2R₂. Чтобы уменьшить появление дополнительного напряжения сдвига на выходе ОУ из-за разности I_в1 R₁ и I_в2R₂ необходимо сделать, чтобы R₂ » R₁. При этом падения напряжения от токов смещения на них примерно одинаковы и напряжение смещения минимально. Токи смещения зависят от температуры, что вызывает дрейф выходного напряжения от температуры.