Cechy wzmacniaczy operacyjnych

Cechy wzmacniaczy operacyjnych

Parametry wzmacniaczy operacyjnych rzeczywistych i idealnych.

Wzmacniacze operacyjne

Wzmacniacze te są największą grupą analogowych układów scalonych. Charakteryzują je następujące właściwości:

• Bardzo duże wzmocnienie napięciowe (powyżej 10000 V/V, 80 dB)
• Wzmacniają prąd stały
• Odwracają fazę sygnału wyjściowego w stosunku do sygnału podawanego na wejście odwracające lub zachowują zgodność w fazie, jeżeli sygnał wejściowy jest podawany na wejście nieodwracające
• Duża rezystancja wejściowa
• Mała rezystancja wyjściowa

Podstawowe parametry wzmacniacza rzeczywistego

Parametry rzeczywiste odbiegają od idealnych. Do podstawowych parametrów zalicza się:

• Wzmocnienie napięciowe przy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego k_u0 (ang. Open Loop Voltage Gain). Jest to stosunek przyrostu napięcia wyjściowego do wywołującego ten przyrost napięcia wejściowego.
  

Wzmocnienie to nazywane jest wzmocnieniem sygnału różnicowego.

• Wejściowe napięcie niezrównoważenia U_i0 (ang. Input Offset Voltage). Jest to stałe napięcie różnicowe  wymagane do uzyskania zerowej wartości napięcia wyjściowego przy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego. Wpływa na pracę układu ze sprzężeniem zwrotnym.
• Wzmocnienie napięciowe sygnału współbieżnego k_usw. Stosunek zmiany napięcia wyjściowego ∆U_wy do wywołującej ją zmiany napięcia sygnału współbieżnego (na obydwa wejścia układu jest podawany taki sam sygnał).
  

  

  
  
  Jeżeli na wejścia układu są podawane napięcia o różnych wartościach:

• Współczynnik tłumienia sygnału współbieżnego (ang. Common Mode Rejection Ratio – CMRR). Stosunek wartości wzmocnienia napięciowego układu z otwartą pętlą do wartości wzmocnienia napięciowego sygnału współbieżnego.
  
  Tłumienie sygnału współbieżnego ma największe znaczenie w tych układach, w których sygnału są podawane na oba wejścia.
• Rezystancja wejściowa:
  R_id – rezystancja dla sygnału różnicowego.
  R_iws – rezystancja dla sygnału współbieżnego
  Rezystancja wyjściowa jest mierzona we wzmacniaczu z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego przy napięciach równych zero.
• Zakres zmian napięcia wejściowego (ang. Input Voltage Range). Jest to zakres zmian napięcia na każdym z wejść względem masy, przy którym wzmacniacz pracuje prawidłowo (tzn. W zakresie liniowym)
• Maksymalne napięcie wyjściowe (ang. Output Voltage Swing). Jest to maksymalna wartość napięcia wyjściowego wzmacniacza, gdy nie zniekształca on przebiegu wyjściowego
  . Maksymalne napięcie wyjściowe wynosi nieco mniej niż podwojona wartość napięcia zasilania.
• Częstotliwość graniczna f_t Jest to częstotliwość, przy której moduł wzmocnienia maleje do jedności. Decyduje ona o paśmie przenoszenia wzmacniacza.
• Napięcie Zasilania U_CC
• Wejściowe prądy polaryzujące
• Maksymalny prąd wyjściowy I_{wy max}. Jego wartość decyduje o maksymalnej mocy wydzielonej w obciążeniu.
• Szybkość zmian napięcia wyjściowego S_wy. Jest tym większa im większa jest wartość częstotliwości granicznej f_t. Decyduje o odpowiedzi układu na skok jednostkowy.
• Pobór mocy

W poniższej tabeli przedstawiono właściwości, jakie powinien wykazywać idealny oraz cechy, jakie posiada rzeczywisty wzmacniacz operacyjny:

Idealny	Rzeczywisty
Nieskończenie duże wzmocnienie przy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego	Współczynnik wzmocnienia przy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego osiąga bardzo duże, ale określone skończone wartości. W typowych układach K = 104 – 107
Nieskończone szerokie pasmo przenoszonych częstotliwości	Górną granice pasma przenoszonych częstotliwości są wartości kilkudziesięciu MHz
Nieskończenie duża impedancja wejściowa	Impedancja wejściowa w przedziale 104 – 1013Ω
Impedancja wyjściowa równa zeru	Impedancja wyjściowa jest niewielka, kilkadziesiąt Ω
Wejścia wzmacniacza nie pobierają żadnego prądu z obwodów zewnętrznych	Prąd wejściowy jest niezerowy (jest to prąd polaryzacji), może on przyjmować wartości rzędu 10-4 – 10-15 A
Wzmocnienie idealnie różnicowe	Wzmocnienie rzeczywistego wzmacniacza operacyjnego nie jest idealnie różnicowe
Nieskończenie duża szybkość narastania napięcia wyjściowego	Szybkość narastania napięcia wyjściowego w typowych wzmacniaczach jest rzędu kilku, kilkudziesięciu V/µS
Nieograniczony zakres zmian napięcia wyjściowego	Napięcie wyjściowe jest ograniczone – zwykle mniejsze o 1-2 V od napięcia zasilania
Niezależność parametrów temperatury	Właściwości wzmacniacza zależne są od temperatury
Brak szumów własnych	Wzmacniacze wytwarzają zakłócenia własne

Źródło

http://home.agh.edu.pl/~maziarz/LabPE/wzmacniacz.html#2

Barbara Pióro, Marek Pióro – Podstawy elektroniki 2