Тема №6. Операційні підсилювачі

Проаналізуємо властивості ідеального операційного підсилювача,
який є фізичною абстракцією, тобто не може реально існувати, проте дає змогу суттєво спростити розгляд роботи схем, до складу яких входять
реальні ОП.
1. Нескінченно великий коефіцієнт підсилення за напругою для всього
частотного діапазону:

2. Нескінченно великий вхідний опір обох входів ОП:

Іншими словами, струм, що протікає через ці входи, дорівнює нулю:

3. Нульовий вихідний опір ОП:

4. Нескінченно велика швидкість наростання напруги на виході ОП.
5. Смуга пропускання: від постійного струму до нескінченості.
З вищезазначених характеристик ідеального ОП виходить
найважливіша властивість ідеального ОП, охопленого ланкою від’ємного
зворотного зв’язку: ідеальний ОП, охоплений негативним зворотним
зв'язком, підтримує однакову напругу на своїх входах:

У разі порушення співвідношення (8.14) диференціальна напруга
підсилюється ОП з KU ОП  ®¥ і передається через ланку ВЗЗ, що зменшує
існуючу різницю. І так до тих пір, поки рівність (8.14) не буде виконано.
Реальні операційні підсилювачі характеризуються параметрами і
характеристиками. Параметри сучасних реальних операційних
підсилювачів наближаються до параметрів ідеального ОП. До основних
параметрів ОП належать:

· Коефіцієнт підсилення має типові значення на
постійному струмі;

KU ОП  = 10⁵- 10⁶

· Вхідний опір (не менший від 400 кОм) забезпечує типові значення
вхідного струму iвх  = 10^{- 9} -10^-12 (A) ;
· Ненульовий, але невеликий вихідний опір;
· Ненульова напруга між входами ОП (напруга зміщення) в активному стані. Типові значення

uзм  = 10^-3-10^-6 (B) . Напруга зміщення – це дуже важливий параметр, який обмежує точність ОП, наприклад, при порівнянні двох напруг;
· Ненульове посилення синфазного сигналу. Якщо на обидва входи
ідеального ОП подати одну і ту саму напругу, то вихідний сигнал має
дорівнювати нулеві. Однак, у реальних ОП значення вхідної синфазного
напруги має деякий вплив на вихідну напругу. Цей вплив кількісно
оцінюють коефіцієнтом послаблення синфазного сигналу, який
визначається як відношення коефіцієнта підсилення диференціального
сигналу до коефіцієнта підсилення синфазного сигналу
(U вих диф /U вх диф /U вих синф /U вх синф) . Типові значення: 10⁴-10⁶  ;
· Обмежена смуга пропускання у десятки-сотні МГц.
Найважливішими характеристиками операційного підсилювача є
його передавальні характеристики uвих= f(uвх) (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Передавальні характеристики операційного підсилювача:
ідеального (а), реального (б)

Щоб зняти передавальні характеристики, потрібно по черзі подавати
сигнал на один із входів ОП за умови з’єднання іншого входу з нульовою
точкою. Дві характеристики відображають передавання значень вхідної
напруги з інвертуючого і неінвертуючого входів на вихід ОП. Кожна
характеристика складається з трьох ділянок. Дві горизонтальні ділянки
кожної з характеристик відповідають режимам насичення ОП. При змінах
вхідного сигналу на цих ділянках вихідна напруга залишається незмінною
і має значення, близькі до напруг джерел живлення ±E (B) . Третя ділянка
кожної характеристики є вертикальною для ідеального ОП (рис. 8.4,а)) і
має нахил для реального ОП (рис. 8.4,б)). У реальних ОП нахил лінійних
ділянок залежить від значення коефіцієнта підсилення KUОП= Duвих /Duвх .
Зважаючи на великі значення KU ОП , скісна ділянка передавальної
характеристики реального ОП обмежена дуже малими значеннями вхідних
напруг.
Характеристики збалансованого ОП проходять через нуль. Якщо
передавальні характеристики реальних ОП дещо зміщені праворуч чи
ліворуч від балансного стану внаслідок розкиду параметрів елементів і
температурного дрейфу, то слід відновити збалансований стан і
компенсувати напругу зміщення.