Общий Rв замкнутой ОС в ОУ А1 и А2, при действии противофазных сигналов U1 и U2 сигналы ОС (тоже в противофазе) взаимно вычитаются в точке, делящей R«пополам» =>эта точка – виртуальная земля, а для каждой ОС при расчете берем делитель напряжения с R/2 вместо R.
РАСЧЕТ ИУ (2)
31
32
Лекция 3 ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕАЛЬНОГО ОУ
Идеальный ОУ
•Rd = ∞, I1 = 0, I2 = 0
•R0 = 0 (разомкнутая ОС)
•Ku = ∞
•Kсинф = 0
•U0 = 0 при U1=U2
•U0 изменяется мгновенно (бесконечная скорость нарастания)
РЕАЛЬНЫЙ ОУ
•Имеет входные токи покоя Iвх+, Iвх-в режиме покоя
•Обладает Ксинф
•ИмеетRвх д, Rвх с и Rвх ≠0
•Существуют температурные, временные и режимные изменения выходного напряжения (дрейф нуля)
•Частотные свойства определяются:
-граничной частотой fв гр (по спаду усиления на 3 дБ)
-частотой единичного усиления f1 (лежит в пределах от 1 до 10 мГц;
Ku (f=f1) = 1)
33
При проектировании БМУ
необходимо учитывать:
1)Электрические характеристики реальных ОУ (уметь пользоваться справочными данными)
2)Влияние реальных параметров ОУ на свойства и характеристики проектируемой электронной схемы
3)Способы компенсации некоторых нежелательных характеристик реальных ОУ
СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ ОУ
1.Общее описание ОУ
2.Электрическая принципиальная схема
3.Конфигурация выводов и вид корпуса
4.Абсолютные (максимальные) значения основных параметров ОУ:
•Напряжение питания
•Мощность рассеяния
•Температурный режим
•Входное напряжение
5.Электрические характеристики – могут ограничивать параметры электронных схем на ОУ
6.Типичные характеристики и графики
7.Типовые схемы применения данного ОУ
34
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОУ
•Статические – характеризуют режим работы схемы в статике (при отсутствии внешних входных сигналов)
o Входные Uсм Iвх Iсм Rвх
o Выходные Rвых IвыхmaxU+ и U-
•Динамические – характеризуют режим работы схемы в динамике (при наличии внешних входных сигналов)
o К0, v, fгр, Косс, tн, канальное разделение
ВХОДНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ
Uсм – постоянное напряжение, которое должно быть приложено к одному из входов ОУ (другой вход на корпусе), чтобы Uвых = 0
Идеальный ОУ: Uсм = 0
Реальный ОУ: Uсм = +- 1…10мВ
Метод измерения Uсм на основе инвертирующего усилителя с Кu = 10:
-оба входа ОУ соединяются с корпусом
-на выходе включается вольтметр постоянного тока Тогда:
ВХОДНОЙ ТОК
Iвх – среднее значение двух постоянных токов, которые текут в инвертирующий и неинвертирующий входы
35
Идеальный ОУ: Iвх1=0 и Iвх2=0 (Rвх = ∞)
Реальный ОУ:Iвх = 1…100нА
На схеме инвертирующего усилителя для определения Iвх необходимо измерить UR2 и UR1. Тогда:
ВХОДНОЙ ТОК СМЕЩЕНИЯ
Iсм – разница между входными токами, т.е.
см = вх1 – вх2 (может быть со знаком + или - )
Реальный ОУ:Iсм – 1…100нА
ВХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
Rвх – сопротивление между инвертирующим (или неинвертирующим) входом и корпусом (другой вход заземлен)
Идеальный ОУ:Rвх = ∞
Реальный ОУ: Rвх = 1…100Мом
36
ВЫХОДНЫЕ СТАТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
1. Выходное сопротивлениеRвых – сопротивление между выходным выводом и корпусом
Идеальный ОУ:Rвых = 0
Реальный ОУ: Rвых = 1…100 Ом
2. Выходной ток короткого замыкания (максимальный постоянный то нагрузки)
вых = н
3. Размах выходного напряжения (напряжение насыщения) – максимальная амплитуда выходного напряжения, при которой ОУ не входит в состояние насыщения или осечки (U+, U-)
ДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ОУ
1.Коэффициент усиления К0– коэффициент усиления ОУ без ООС Реальный ОУ: 0 = 105. . . 106
37
2. Скорость нарастания – время, в течение которого изменяется выходное напряжение электронной схемы на базе ОУ с ООС и К0 = 1
= ∆∆ 0 = [В/мкс]
Идеальный ОУ: = ∞ (∆ = 0)
Реальный ОУ:
o Медленные ОУ – v~0.5 В/мкс
oБыстродействующие ОУ – v~70 В/мкс
3.Частота единичного усиленияfпр – это частота, на которой К0 уменьшается до 1 (0дБ), связано с поведением АЧХ ОУ
4.Коэффициент ослабления синфазного сигнала Косс – мера способности ОУ подавлять синфазные сигналы, воздействующие на оба входа ОУ одновременно в фазе:
КОСС = КД/КС → ∞
КОССдБ = 20 КОСС
Реальный ОУ:КОСС- 99…100 дБ (чем больше – тем лучше)
5. Канальное разделение – мера качества ИМС, имеющей внутри более чем один ОУ (сигнал, приложенный к входам одного ОУ, будет вызывать небольшое выходное напряжение на выходе другого ОУ)
Реальный ОУ: 100…120 дБ Т.е. если на входе одного ОУ вх = 1В, то на выходе другого ОУ – вых = 1мВ
(для ИМС с канальным разделением 120дБ)
6. Время нарастанияtн – время, в течение которого выходное напряжение изменяется по уровню от 0,1 до 0,9 своего установившегося значения
Реальный ОУ:tн = 0,3 мкс
ВХОДНОЕ И ВЫХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ОУ
•Требуется высокое Rвх – чтобы не нагружать выход источника сигнала
•Требуется низкое Rвых – чтобы можно было подсоединить любую нагрузку
Идеальный ОУ: вх = ∞, вых = 0
В схемах повторителя напряжения инвертирующего, неинвертирующего и
дифференциального усилителей ООС снижаетRвых схемы.
Так как = 0/ , = 1 + (глубина ООС), – коэффициент передачи цепи ООС, причем >> 1, то << 0 вх 0- выходное сопротивление собственно ОУ
38
Для повторителя напряжения:(ПН) К=1, поэтому:
вых ПН = вых/ К0
Выходное сопротивление схемы на ОУ с ООС может быть достаточно малым (<1
Ом)
ВХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ДЛЯ ИНВЕРТИРУЮЩЕГО ОУ
Инвертирующий вход = виртуальная «земля»
•R1 закорочен на землю
•Для всех практических применений Rвх = R1
39
ВХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ДЛЯ ИНВЕРТИРУЮЩЕГО ОУ (СЛЕДСТВИЕ)
Rвх инвертирующего ОУ определяется R1,
R2 в цепи ООС – единственный, с помощью которого можно изменять К
На схеме R2 = R’2 +R’’2, где R’2 – переменный R, с помощью которого изменяется
К
При этом Rвх ≈ R1 = const
ВХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ДЛЯ НЕИНВЕРТИРУЮЩЕГО ОУ
Для неинвертирующего усилителя (НУ):
вх ≈ К0/ вх. оу
Т.е. Rвх существенно увеличивается за счет ООС, или в глубину ООСF раз, т.е.
вх ≈ вх. оу, где F – глубина ООС
ВЛИЯНИЕ СМЕЩЕНИЯ НА ВЫХОДНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
Идеальный ОУ:если Uвх =0 , то Uвых = 0 (оба входа заземлены или соединены с одним источником напряжения)
Реальный ОУ:Uвых ≠0 по причине выходного напряжения смещения Uсм вых
(«дрейф нуля»)
Причины наличия Uсм вых:
•Входное напряжение смещения Uсм
•Входной ток Iвх
•Входной ток смещения Iсм
•Нестабильность источника питания
40