вый сдвиг остается в пределах 160-170°. Разумеется, \стойчивссть ОУ .при крайних частотах необходимо проверять экспериментальным путем.

о полосы 800 кГц

Рис 1 33 Связь между шириной полосы и хоилсннсм при разомкнутой oopaiiioh связи

1.3.3. ШИРИНА ПОЛОСЫ, СКОРОСТЬ НАРАСТАНИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ВЫХОДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Ширина полосы, скорость нарастания вггход-ного напряжения, размах выходного напряжения, выходной ток и выходная мощность являются взаимосвязанными характеристиками ОУ. Эти характеристики зависят от частоты, а также от схемы фазовой коррек- НИИ Они подвержены также 5 влиянию температуры и напряжения питания, но в меньше!! степени. До рассмотрения их взаимосвязей определим каждую из характеристик в отдельности Ширина полосы (и связанная с ней граничная частота) обычно приводится для ОУ без обратной связи. Наиболее распространено

определение ширины полосы 5Upoc но уровню -3 дБ (рис. 133) Например, ЛУ/рос = 800 кГц означает, что усилен!!е данного ОУ нрн разомкнутой обратной связи падает на частоте 800 кГц на 3 дБ по отношению к усилению на низких частотах (плоская часть частотной характеристики) .

Вместо ширины полосы ири разомкнутой обратной связ,!! иногда иснол15зуют пара.метр частотный диапазон Часто указывается полезный частотный диапазон ОУ (например, от постоянного тока до 18 МГц). Определение полезного частотного диапазо'на ОУ такое же, как fi- (характеристической частоты) для дискретных транзисторов. В большинстве случаев верхний предел частотного диапазона ОУ указывается как частота, при которой усиление падает до единицы.

Более полезным параметром является ширина полосы по выходной мои^ности, поскольку он определяет рабочую полосу частот ОУ с замкнутой обратной связью и npi! }!ормальной нагрузке. Как показано на рис. 1.34.

3-319 65

ширина полосы по мощности опроделяется как полоса частот, в которой ОУ развивает полный размах (двойная амплитуда) выходного напряжения, работая на заданную нагрузку При этом обычно подразумевается, что выходной сигнал ОУ остается свободным от иска-

1000

Частота, к Гц

Рис 1 34 Ширина поюсы но выходной мощности дтя ОУ типа .МС1556 (с разреш ния фирмы Мо[ого1а )

женин ити что искажения остаются в заданных пределах (например, общие нелинейные искажения не превышают 5%) Для ОУ на рис 134 размах выходного напря/кетия остается равным 27 В вплоть до частоты около 20 кГц и падает почти до нуля на частоте 300 кГц

Выходную мощность ОУ в большинстве случаев указывают как мощность на заданной нагрузке (например, 250 мВт на нагрузке 500 Ом) Однако обычно ее указывают лишь для одной частоты То же справедливо относите 1ьчо выходного тока или максимального выходного тока, указываемого в некоторых технических паспортах Таким образом, наиболее полезной xapaKTepii-стикой оказывается ширина полосы по выходной мощности

Размах выходного напряжения определяется как максимальный перепад выходного напряжения (по отношению к н\левому напряжению), который можно получить без ограничения сигналов Размах напряжения симметричной формы зависит от частоты, тока нагрузки, выходного сопротивления и скорости нарастания

выходного напряжения В общем случае достижимый размах выходного напряжения уменьшается с ростом частоты, тока нагр)узки и выходного сонротивления Из рис 1 35 видно, что максимальное выходное напряже-

0.01 0,1 Z 3 S7 10

Частота пГи,

00 50СГ

Рис 135 Зависимость мчксиматьного размаха выходного напря жгния от частоты дтя ОУ МС1530 МС1531 (с разр мн ния фирмы Motorola )

ние падает с частотой Отметим также, что фазокоррек-тирующая емкость влияет на максимальное выходное напряжение Из рис 1 36 видно, что увеличение сопротивления нагрузки приводит к возрастанию максимального выходного напряжения

Скорость нарастания выходного напряжения определяется как максимальная скорость изменения выходного напряжения ОУ во времени, достижимая в линейной области характеристик ОУ (симметричный вегход-ной сигнал без ограничения)

Скорость нарастания выражается следующим образом

Прирап1енкс выходного напряжения ofV !, \ Прирап1епие времени dt

Обычно скорость нарастання выражается в вольтах за микросекунду Например, если ОУ способен обеспечить изменение выходного напряжения на 7 В за 1 мкс, его скорость нарастания равна 7 Если после введения

Сопротивление наерз/<и, к Ом

Рис 1 36 Зависимость максимального размаха выходного напря жения от сопротитения иагр>зки (с разрепюния фирмы RCA ) Вывод 5 разомкнут

коррекции или другого изменения характеристик выходное напряжение изменяется максимум на 3 В за 1 мкс, новое значение скорости нарастания равно 3

Скорость нарастания выходного напряжения ОУ прямо связана с корректирующей емкостью На высоких частотах ток, требуемый для заряда и разряда корректирующего конденсатора, может ограничивать величину тока, поступающего на последующие каскады или в нагрузку, в результате чего скорость нарастания уменьшится (Это одна из причин, по которым в технических паспортах ОУ обычно содержатся рекомендации вводить коррекцию на первых каскадах усилителя, где уровни сигналов еще невелики и для работы \си-лителя требуется меньший ток )

Скорость нарастания уменьшается с увеличением корректирующей емкости (рис 1 37) Поэтому, если усилитель должен работать на высоких частотах, необ-

хадимо брать наименьшее из рекомендуемых значений корректирующей емкости. На рис. 1.38 показано, какие минимальные значения корректирующей емкости .можно использовать при различных уровнях усиления при замкнутой ОС. Графики, подобные приведенным на рис. 1.37 и 1.38, обычно приводятся в технических пас-

0,001

Емкость, мкФ

Ю 10 /3 IQ4

кость, п<Р

Рис 1 37. Зависимость скорости Рис 1 38. Зависимость коэф-нарастания ОУ от корректирую- фициеита уситения при замк-щей емкости нутой ОС от минимальной кор-

ректирующей емкости

портах всех интегральных ОУ, для которых существенно значение скорости нарастания.

В различных схемах на основе ОУ главное влияние скорость нарастания выходного напряжения оказывает на выходную мощность. При прочих равных факторах уменьшение скорости нарастания приводит к падению выходной мощности. Скорость нарастания прямо связана с параметром ОУ, называемым предельной частотой полной мощности. Предельная частота полной мощности определяется как максимальная частота (измеряемая для ОУ с замкнутой ОС) при единичном усилении, для которой еще можно получить номинальное выходное напряжение синусоидального сигнала на заданной напруже и без искажений, связанньгх с ограниченной скоростью нарастания.

Можно показать, что скорость нарастания связана с предельной частотой полной мощности .следующим соотношением:

скорость нарастання. В/с, равна 6,281м1Епык, где /л! - предельная частота полной мощности, а Е^ых - амплитуда выходного напряжения (нолови.на размаха в ы x од и 0(го и а(п,р я ж ghih я ).

Например, для характеристики, ириведенной на рис. 1.34, выходное нанрял<ение £пых^13 В (половина двой-

2 f ев

0,01 0,1

Скорость нарастания, В/мкс

Рис. 1 39. Характеристики скорости нарастания вы.ходиого напряжения (с разрешения фирмы RCA )

НОЙ а.мнлитуды 26 В) на частоте 30 кГн. Таким образом, скорость нарастания равна 6,28X30 ОООX 13л:; 2 449 200 В/(с^2,45 В/мкс.

Перевернув это уравнение, можно определить по нему продельную частоту полной мощности. Предположим, например, что номинальная скорость нарастания выходного напряжения ОУ равна 2,5 В/мкс, а двойная амплитуда выходного напряжения равна 20 В (£пых = = 10 В). Найде.м предельную частоту полной .мощности

f 2,5В/МКС 2 500 000В/С лcrfr г- л,л т

/м .1 - - 40 ООО Гц 40 кГц.

6,28-10

62.8

Разумеется, если в распоряжении ра:зработчика имеются графики, подобные приведенному на p:ic:. 1.34, нет надобности вычислять максимальную часюту для заданного выходного напряжения. Достаточно просто провести прямую 20 В до пересечения с частотной характеристикой усиления (на частоте 40 кГц).

График рис 1 39 показывает взаимосвязь между скоростью нарастания выходного напряжения, предельной частотой полной мощности и выходным напряжением Например, если скорость нарастания равна 6 В/мкс, то максимальное выходное напряжение (размах) равно приблизительно 20 В на частоте 100 кГц

Z Н 68 Z Ч Б8 Z бв г ч 6в 0,0001 0,001 0,01 0,1 1

Ч^азопорректируизща^ еммсть, мпР

Рис 1 40 Предельная частота по1ной выходхЮЙ мощ ности в ф}нкцлн фазокорр-ктир) ющн емкости

Если скорость нарастания равна 10 В/мкс, размах выходного напряжения на частоте 100 кГц возрастает до 30 В

При постоянной нагрузке на выходе выходная мощность О^ зависит от выходного напряжения В свою очередь, при прочих равных факторах выходное напр-жение зависит от скорости нарастания Поскольку скорость нарастания зависит от емкости фазокорректирл-ющего конденсатора, выходная мощность ОУ также зависит от параметров фазокорректиру ющей цепочки В некоторых технических паспортах скорость нарастания не указывается, но дается график, подобный приведенному на рис 1 40 Этот график показывает, что между предетьной частотой полной мощности и фазокорректиру ющей емкостью существует прямая взаимосвязь Например, при фазокорректирующей емкости 0,01 мкФ и нагрузке 500 Ом ОУ, для которого построен график рис 1 40, будет развивать полную номинальную выходную мощность вплоть до частоты 80 кГц

1.3.4. ВХОДНОЕ И ВЫХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Входное сопротивление определяется как сопротивление одного из входов ОУ со стороны источника сигнала в условиях, когда второй вход заземлен (см. рис. 1.41).

Zbx = Входное сопротивление ОУ при разомкнутой ОС;

Zbx при замкнутой ОС = 1 -----

Усиление при разомкрплои ОС

или

Zbx при замкнутой OCRi (если усиление при разомкнутой ОС бесконечно).

Главное влияние, оказываемое входным сонротивле-инем на характеристики ОУ, состоит в том, что оно уменьшает усиление но контуру обратной свяЗ'И. Если

Рис 141 К 011редслсиию входных сопротивтсний а) при разомкнутой ОС, б) при замкнутой ОС

входное сопротивление сильно отличается от выходного сопротивления источника, с которого поступает сигнал на СУ, то наблюдается ослабление входного сигнала вследствие рассогласования сопротивлений. Практически нет никакой возможности из.менить входное сопротивление нитегрального ОУ. Поэтому в случаях, когда согласование сопротивлений критично, не остается ничего иного, кроме как заменить либо микросхему ОУ, либо источник сигнала.

Выходное сопротивление определяется как сопротивление выхода ОУ со стороны нагрузки (рис. 1.42). При слишком больнюм выходном сопротивлении действующее значение усиления может уменьшиться, так как выходное сопротивление образует с сопротивлениями нагрузки и обратной связи делитель нанряжения сигнала

Вообще говоря, выходное сопротивление у интегральных ОУ не превышает 200 Ом В большинстве случаев входное сопротивление ОУ равно по меньшей мере 1 кОм, а сопротивление обратной связи еще в несколько раз больше Таким образом, у типичного интегрального ОУ выходное сопротивлочие мало влияет на усиление

Есл'н ОУ действует, главным образом, как усилитель напряжения (обычно это именно так), влияние выход-

Рис 142 к опредс7 иию выходных сопроти1п-\ч )й а) ири раОмк11\той ОС, б) при замкнутой ОС

ного сонротивления минимально Более существенное влияние оказывает выходное сопротивтение в \силнте-лях монщтости, которые должны обеспечивать большие значения тока нагрузки

Выходное сопротивление для схемы с можно очргдсмлть но уравнению

иычПрн замкнутой ОС л

Ziu.ix при замкнутой ОС

замкн\ТОЙ ОС

1 -f Усиление при разомкнутой ОС

Ri + R2

Из этого уравнения видно, что выходное сопротивление возрастает с увеличением частоты, так как усиление при разо1Мкн\той связи при этом падает

Входное и выходное сопротивления изменяются с температурой, а также с частотой (рнс 1 43) В большинстве сл\чаев оба параметра указываются в техническом паспорте для температуры 25°С и частоты 1 кГц (ести не ирнзодятся графики соответствующих зависимостей)

Идеальные значения входного и выходного сонротив-ленш ! ОУ равны соответственно бесконечности и нулю

1250

1750 100

-15-5015 0 Z5 50 75 WO 1Z5

0/iP>

Рис 1 43 Зависимость входного (a) и выходною (б) сопротивчений от температуры Д1Я ОУ типа СА3008 (с разрешения фирмы RCA ) [ = 1 кГц