Статические параметры ОУ

Коэффициент усиления К_y._u (К_д) - отношение изменения выходного напряжения и₂ в отсутствие нагрузки (R_H = ∞) к изменению дифференци­ального входного напряжения (4.14) при нулевом синфазном входном напряжении.

Значения К_д = u₂/u_д приводятся либо в относительных единицах, либо в децибелах в форме 201g(u₂/u_д), либо в В/мВ. Для большинства ОУ их значения заключена в пределах 10⁴÷10⁵, т.е. от 80 до 100 дБ (например, для К140УД6 К_д = 70 В/мВ). На рис.4.7 изображена типичная АХ ОУ. Оценка К_д производится на участке, где АХ линейна, в этом случае К_д = tg(α) = const. Границы линейного участка АХ отстоят приблизительно на 2...3 В от соответственно положительного и отри­цательного напряжения питания, т.е. |E_П –U_2m| ≈ 2...3 В. Так как К_д >> 1, а диапазон изменений выходного напряжения ограничен, то u_д = u₂/К_д очень мало. Идеализируя ОУ, принято считать u_д ≈ 0, а u⁺ = u^–.

Напряжение смещения нуля U_см – значение дифференциального
входного напряжения при нулевом синфазном входном напряжении, ко­торое соответствует нулевому выходному напряжению в отсутствие нагрузки (r_h = ∞).

Как показано на рис.4. 7, АХ не проходит через нулевую точку, т.е. при нулевом постоянном входном напряжении выходное напряжение не равно нулю. Это объясняется несим­метрией входного дифференциального каскада ОУ. Величину этой погреш­ности принято определять по приве­денному (пересчитанному) ко входу эквивалентному напряжению смещения. Оно и определяет значение противо­положного по знаку напряжения U_CМ, которое необходимо приложить ко входу ОУ, чтобы на его выходе ус­тановилось нулевое напряжение. В справочной литературе оговарива­ется только максимальный абсолютный уровень этого напряжения, знак же u_cm может быть различным для разных экземпляров ОУ. Типичные значения U_CM при t = 25 °С в ОУ с БТ на входе от 3 до 10 мВ, для ПТ – от 30 до 100 мВ.

Для установки нулевого выходного напряжения при u_д = 0 приходит­ся вводить специальные внешние цепи. Эти меры называют балансиров­кой или установкой нуля. У многих ОУ предусмотрены специальные вы­воды для сведения выходного напряжения к нулю при u_д = 0 внешней ре­гулировкой. Наиболее важна установка нуля при использовании ОУ в УПТ. В усилителях переменного тока ошибки в выходном напряжении ОУ по постоянному току исключаются благодаря наличию разделительных конденсаторов. Однако и в этом случае большое U_CM недопустимо, так как может привести к снижению размаха неискаженного выходного напряжения (рис.4.8).

Входные токи I _BX1 u I _BХ2 – значение тока инвертирующего и неинвертирущего входа, которое при нулевом синфазном входном напряже­нии соответствует нулевому выходному напряжению в отсутствие на­грузки. В усилителях на БТ эти токи составляют обычно величину 10 нА ÷ 10 мка, в ПТ входные токи – это токи утечек, достигающие 10 пА. Наличие входных токов приводит к появлению напряжения на выходе ОУ при отсутствии сигнала на входе в устройствах, настроенных на нуль по U_см (разд. 4.2.5).

Входной ток смещения I _вх._СМ = (I_вх1 + I_вх2)/2 и разность входных токов ΔI_вх = I_вх1 – I_вх2 – Этот параметр, подобно U_CM. в значительной степени характеризует величину несимметрии входных каскадов ОУ. В большинстве случаев ΔI_см составляет 20...30 % от I_вх.см. Необхо­димость введения, наряду с входными токами I_вх1 и 1_вх2. таких па­раметров, как токи i_bx.cm и ΔI_вх. будет объяснена в разд.4.2.5.

Входное сопротивлениеR_BX – отношение изменения напряжения на инвертирующем входе к изменению протекающего через этот вход тока при заземленном неинвертирущем входе. Для идеального ОУ R_вx = ∞. В реальных ОУ на БТ R_вх = 300 кОм ÷ 10 МОм, если входной каскад выполнен на ПТ, то R_вх = 100 ÷ 1000 МОм. Сопротивление R_вх зависит от темпера­туры и частоты. В техническом паспорте приводится значение R_вх при t = 25 °C и f < 40 Гц.

Выходное сопротивление R _вых – внутреннее сопротивление выхода ОУ относительно земли. В зависимости от типа ОУ R_вых лежит в пре­делах от единиц до нескольких сотен Ом. При слишком большом R_вых усиление ОУ может уменьшиться. В большинстве практических случаев r_вых заметного влияния на усиление не оказывает, так как R_H>> R_вых. Данные о R_вых приводятся не всегда.

Коэффициент ослабления синфазного сигнала К_ос.сф – способность ОУ подавлять синфазные сигналы оценивается К_ос.сф.

К_ос.сФ = К_д/К_с, (4.16)

где К_с – коэффициент передачи синфазного сигнала. Поскольку К_с <<К_д, то К_ос.сФ >> 1. Чаще всего К_ос.сф выражается в дБ. На практике К_ос.сФ составляет 80 ÷ 100 дБ (например, у К140УД6 К_ос.сФ = 80 дБ). Он зависит от температуры, частоты и значения синфазного напряжения. На более высоких частотах К_ос.сФ становится меньше. К_ос.сФ опреде­ляет сбалансированность усилителя и его помехоустойчивость. Чем больше К_ос.сФ. тем лучше температурная стабильность ОУ, тем меньше его реакция на внешние помехи и на изменение напряжения питания. К_ос.сФ можно определить экспериментально, если подать на оба входа ОУ одинаковые напряжения такой величины, чтобы при u_д = 0 напряже­ние на выходе также равнялось нулю.

Температурный дрейф напряжения смещения ΔU_CM/Δt° и разности входных токов ΔΔI_ВХ/Δt°. Настройка нуля ОУ (т.е. отсутствие выход­ного напряжения при u_вх=0) сохраняется при той температуре, при которой она производилась, и в течение определенного промежутка времени. Далее, за счет изменения параметров ОУ от температуры и флуктуации этих параметров во времени, происходит разбалансировка схемы, и на выходе ОУ появляется напряжение при отсутствии входного сигнала. При разных значениях температуры дрейф может иметь различные значения и знак. Поэтому в технических условиях на ОУ приводятся либо максимальное, либо среднее значение дрейфа в интервале температур. Температурный дрейф зависит также от типа транзисторов, применяемых во входных каскадах ОУ. При использова­нии БТ ΔU_CM/Δt⁰ ≈ 5...20 мкВ/°С. Например, у ОУ 153УД1 при t = 20°C ΔU_CM/Δt° = 10 мкВ/°С, а при 120 °С – 20 мкВ/°С. Для ОУ с ПТ на входе, а также в случае применения составных транзисторов (разд. 4.4), ΔU_CM/Δt⁰ ≈ 20...100 мкВ/°С. Типичные значения ΔΔI_ВХ/Δt° ≈ 3… 30 нА/°С. Обычно чем меньше ΔI_ВХ, тем меньше ΔΔI_ВХ/Δt°.

Коэффициент влияния нестабильности напряжения источника пита­ния К_вл.п. Для питания ОУ требуется два разнополярных источника питания обычно одного значения (имеются ОУ, которые могут работать и от одного (однополярного) источника). В справочниках приводится номинальное (рабочее) или предельное значение напряжения питания u_И.П. Изменение u_И.П. вызывает изменение параметров ОУ и появление выходного напряжения при отсутствии напряжения на входе. Поэтому чувствительность ОУ к изменениям питающих напряжений характеризу­ется коэффициентом К_вл.п, равным отношению изменения напряжения смещения к вызвавшему его изменению напряжения питания одного из источников

К_вл._п= ΔU_CM/ ΔU_П. (4.17)

К_вл.п измеряется либо в мкВ/В или в децибелах. Иногда влияние ис­точников положительного и отрицательного питающих напряжений ха­рактеризуется различными К_вл._п. Значение К_вл._п обычно равно 20...200 мкВ/В. Оно определяет требования к стабильности напряже­ния питания.