OA характеристика и параметри
Операционните усилватели се характеризират с параметри за усилване, вход, изход, мощност, дрейф, честота и скорост.
3.1.1 OA характеристики
Основните характеристики на OA са същите като тези на DCT: трансфер (амплитуда); амплитудно-честотна, фазова-честотна, динамична.
Най-важните характеристики на операционния усилвател са неговите амплитудни (трансферни) характеристики (фиг. 3.2). Те са представени като две криви, съответстващи съответно на инвертиращия и неинвертиращия входове. Характеристиките се вземат, когато към единия вход се подаде сигнал с нулев сигнал на другия. Всяка от кривите се състои от хоризонтални и наклонени участъци.
Хоризонталните участъци на кривите съответстват на напълно отворения (наситен) или затворен транзистор на изходния каскад (излъчвател). Когато напрежението на входния сигнал се промени в тези секции, изходното напрежение на усилвателя остава непроменено и се определя от напреженията U + out max и U - out max.
Посочените максимални изходни напрежения са близки до Ek напрежението на захранващите устройства.
Фигура 3.2 - Характеристики на трансфер на OA (а),
трансферни характеристики на операционния усилвател при наличие на дисбаланс (b)
Наклоненият (линеен) участък на кривите съответства на пропорционалната зависимост на изходното напрежение от входното напрежение. Наклонът на участъка се определя от усилването на операционния усилвател. Стойността на KU на операционния усилвател зависи от вида на операционния усилвател и може да варира от няколкостотин до стотици хиляди или повече. Големите стойности на KU на операционния усилвател позволяват, когато такива усилватели са покрити с дълбока отрицателна обратна връзка, да получат вериги със свойства, които зависят само от параметрите на веригата за отрицателна обратна връзка.
Кривите, показани на фиг. 3.2, но преминават през нула. Състоянието, когато Uout = 0 при Uin = 0, се нарича баланс на OA. За реалните операционни усилватели обаче условието за баланс обикновено не е изпълнено (наблюдава се дисбаланс). Когато Uin = 0, изходното напрежение на операционния усилвател може да бъде по-голямо или по-малко от нула. На фиг. 3.2, b пунктирани линии показват възможен изглед на трансферната характеристика на реалния усилвател с входен сигнал, приложен към неинвертиращ вход. Напрежението Ucm0, при което Uout = 0, се нарича входно нулево напрежение на отклонение. Той определя стойността на напрежението, която трябва да се приложи към входа на операционния усилвател, за да се създаде баланс. Напреженията Ucm0 и ΔUout са свързани със съотношението. Основната причина за дисбаланса на операционния усилвател е съществуващото разсейване в параметрите на елементите на диференциалния усилващ етап (по-специално транзисторите). Температурната зависимост на параметрите на усилвателя причинява отклонение на температурата на входното напрежение на отклонение и отклонение на температурата на изходното напрежение.
Усилването на хармоничните сигнали се характеризира с честотните параметри на операционния усилвател, а усилването на импулсните сигнали се характеризира със скоростта или динамичните му параметри.
Честотните параметри се определят от амплитудно-честотните характеристики на операционния усилвател (фиг. 3.3, а), който има намаляващ характер във високочестотната област, започвайки от граничната честота fav. Причината за това е честотната зависимост на параметрите на транзисторите и паразитните капацитети на оп-усилвателната верига. Честотата f1, при която усилването на операционния усилвател е равно на единица, се нарича честота на усилване на единството. Според граничната честота fv.p, която съответства на намаляване на коефициента на усилване на операционния усилвател в пъти, се изчислява честотната лента на честотите на усилвателя, което е стотици мегагерци за съвременния операционен усилвател.
Фигура 3.3 - Амплитудно-честотни (а) и фазово-честотни (б) характеристики на операционния усилвател;
реакция на операционния усилвател на ефекта на пренапрежение на входа (c) и (d)