Коэффициент усиления
КУ реального усилителя далеко не бесконечен, а находится в пределах от 10000 до 1000000.
Как правило КУ каскада на ОУ не превышает 1000, поэтому принято считать превышение
на два и более десятичных порядка приближением к бесконечно большой величине. Поэтому в
большинстве схем при рассчётах считают КУ самого ОУ бесконечным. Правда с некоторой
натяжкой, но об этом ниже.
Оглавление
Входное сопротивление
То же можно сказать и о входном сопротивлении. У большинства современных ОУ оно
больше 100 МОм, и его в подавляющем большинстве случаев можно считать бесконечным.
Но в тех измерительных схемах, где выходное сопротивление датчиков имеет тот же
порядок величины, приходится учитывать входное сопротивление ОУ и принимать
соответствующие меры.
Оглавление
Входной ток
Теперь настал момент рассмотреть подробнее работу входного каскада ОУ в обобщённом
виде. Итак, входной каскад усилителя
можно представить как:
Правильно, это дифференциальный каскад в общем виде.
Сопротивления каналов транзисторов дифференциальные и связаны с током базы
(входным током ОУ) соотношением:
т.е. сопротивление коллектор-эмиттер обратно пропорционально току базы.
Нас интересует только одно выходное напряжение UO2. Т.к. выходное
напряжение зависит от разности входных, которая представляет собой UI,
то для рассчёта возьмём только абсолютное значение UI.
Сопротивлением перехода база-эмиттер можно проенебречь, поэтому для правого
транзистора, если он полностью открыт, входной ток будет:
а для левого:
Представим каскад в виде моста сопротивлений:
и подставим это в выражение для сопротивления коллектор-эмиттер.
Прекрасно видно, что возникает перекос плеч моста, а это чревато довольно
серьёзными последствиями, от нелинейных искажений до самовозбуждения.
Но не всё так страшно, как кажется. Дстаточно выровнять входные токи
с помощью цепи Z3:
При этом в большинстве случаев не обязательно полностью повторять Z1.
Бывает достаточно подключить резистор, равный модулю комплекса Z1.
Оглавление
Частотные свойства
В справочных данных на каждый ОУ имеется параметр, называемый граничной частотой.
Это частота, при превышении которой КУ начинает падать на 20 дБ на декаду.
Таки образом изображение передаточной функции ОУ (конечно, упрощённо) по Лапласу выглядит так:
Правильно, это апериодический элемент первого порядка.
Граничная частота как правило невелика - максимум 10-15 МГц. Определяется она
скоростью нарастания выходного сигнала, которая тоже указывается в документации.
Чем выше скорость нарастания, тем на большей частоте можно достичь требуемого КУ
и наоборот - чем выше КУ, тем ниже скорость нарастания. Вот это "наоборот"
и интересно. Если мы снижаем КУ каскада, значит меньше по уровню становится максимум
выходного сигнала и меньшее время необходимо для его достижения. Значит усилительный
каскад, правда с меньшим усилением, может работать на более высоких частотах! Теоретически,
снижая КУ в 10 раз, мы повышаем в 10 раз граничную частоту.
На практике, конечно же всё намного скромнее. В зависимости от типа ОУ это соотношение
колеблется от 10/2 до 10/5 (КУ в 10 раз ниже, ГЧ в 2 раза выше).
Оглавление
| 1. Тетельбаум И.М., Шнейдер Ю.Р. Практика аналогового моделирования
динамических систем: Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1987. |
| 2. Сиберт У.М. Цепи, сигналы, системы. В 2 тт. Пер. с англ. М., Мир, 1988. |
| 3. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М., Наука, 1972. |
| 4. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. Пер. с нем., М., Наука, 1972. |
© Берёзкин С.Е., 2001 г.
