Дифференциальный коэффициент усиления операционного усилителя

Дифференциальный коэффициент усиления операционного усилителя

(8.1)

имеет конечную величину, которая лежит в пределах от 10⁴ до 10⁷. Он называется также собственным коэффициентом усиления операционного усилителя при отсутствии обратной связи.

На рис. 33 показана типовая зависимость выходного напряжения усилителя от . В диапазоне << оно зависит от почти линейно. Этот диапазон выходного напряжения называется областью усиления. В области насыщения с ростом соответствующего увеличения не происходит.

Рис. 33. Выходное напряжение ОУ как функция разности входных напряжений (пунктиром показана характеристика, снятая без компенсации напряжения смещения нулевой точки).

Максимальные значения выходного напряжения и не достигают соответствующих положительного и отрицательного напряжений питания. В зависимости от типа ОУ минимальная разница между выходным напряжением и напряжением питания может лежать в пределах от 0,5 до 3 В. При работе операционного усилителя с напряжением питания ±15 В типовой диапазон области усиления по выходному напряжению составляет ±12 В. Существуют также специализированные ОУ с величиной выходных напряжений, практически равной напряжению питания [4].

Напряжение смещения нуля

Передаточная характеристика идеального операционного усилителя должна проходить через нулевую точку. Однако, как показано на рис. 33 штриховой линией, для реальных операционных усилителей эта характеристика несколько сдвинута. Таким образом, для того чтобы сделать выходное напряжение равным нулю, необходимо подать на вход операционного усилителя некоторую разность напряжений. Эта разность напряжений называется напряжением смещения нуля . Оно составляет обычно от нескольких микровольт до нескольких милливольт и во многих случаях может не приниматься во внимание. Когда же этой величиной пренебречь нельзя, она может быть сведена к нулю с помощью ряда схемных решений [2,3], с этой целью во многих интегральных операционных усилителях предусмотрены специальные выводы коррекции нуля.

После устранения напряжения смещения нуля остаются только его возможные изменения в зависимости от времени, температуры и напряжения питания:

В этой формуле различают следующие составляющие дрейфа:

• –температурный дрейф, обычно от 3 до 10 мкВ/К;

• –временной дрейф, который может достигать нескольких микровольт за месяц;

• –дрейф, обусловленный измене­нием суммарного напряжения питания.

Составляющая характеризуется влиянием отклонения напряжения питания от номинального значения на величину смещения нулевой точки и составляет обычно 10–100 мкВ/В. Поэтому если требуется минимизировать эту составляющую дрейфа, необходимо обеспечить напряжение питания с точностью до нескольких милливольт.

В дальнейшем изложении будет предполагаться, что напряжение смещения нуля скомпенсировано и равно нулю. Тогда из формулы (8.1) следует:

(8.2)

Таким образом, в пределах динамического диапазона выходное напряжение операционного усилителя пропорционально разности входных напряжений.

Если на неинвертирующий и инвертирующий входы подать одно и то же напряжение , то не изменит нулевого значения. В соответствии с выражением (8.2) выходное напряжение также должно остаться равным нулю. Однако, как уже говорилось ранее, для реальных дифференциальных усилителей это не вполне соответствует действительности, т.е. коэффициент усиления синфазного сигнала не строго равен нулю. Как видно из рис. 34, при некоторых достаточно больших значениях входного синфазного сигнала он резко возрастает.

Рис. 34. Выходное напряжение операционного усилителя

как функция синфазного входного сигнала

Используемый диапазон выходного напряжения называется областью ослабления синфазного сигнала. Как правило, ее границы (по модулю) на 2 В ниже соответственно положительного и отрицательного уровней напряжения питания. Неидеальность операционного усилителя характеризуется параметром, называемым коэффициентом ослабления синфазного сигнала . Его типовые значения составляют 10⁴÷10⁵. Коэффициент усиления дифференциального сигнала по определению всегда положителен. Этого, однако, нельзя сказать о коэффициенте усиления синфазного сигнала . Он может принимать как положительные, так и отрицательные значения. В справочных таблицах обычно приводятся абсолютные значения величины . В формулах же величина используется с учетом ее фактического знака. Разумеется, если разработчика интересует только отличие данного усилителя от идеального, которое характеризуется определенным значением величины , то ее знак не играет никакой роли.

Для идеального операционного усилителя ,и . Это означает, что теоретически, для того чтобы получить любое конечное значение выходного напряжения , необходимо приложить бесконечно малое напряжение .