Передаточная характеристика

Операционный усилитель хорошо характеризует его передаточная характеристика — зависимость вида

где f — некоторая функция.

Изобразим график этой зависимости (рис. 1.139) для операционного усилителя К140УД1Б (это один из первых отечественных операционных усилителей). Эта конкрет-

ная характеристика не проходит через начало координат. У различных экземпляров операционных усилителей од­ного и того же типа эта характеристика может проходить как слева, так и справа от начала координат. Заранее пред­сказать точное положение этой характеристики невозмож­но. Значение напряжения и_диф, при котором выполняется условие u_вых= 0, называют напряжением смещения (напря­жением смещения нуля) и обозначают через U_см. Для опе­рационного усилителя тищ К140УД1 известно только то, что напряжение U_CM лежит в диапазоне от — 10мВ до +10мВ. А это означает, что при нулевом напряжении и_диф напряжение и_вых может лежать в пределах от минимально возможного (около —7В) до максимально возможного (около + 10В).

Для того, чтобы при нулевом усиливаемом сигнале на­пряжение на выходе было равным нулю, т. е. для того, что­бы передаточная характеристика проходила через начало координат, предусматривают меры по компенсации на­пряжения смещения (балансировка, коррекция нуля, на-

стройка нуля). В некоторых операционных усилителях (в том числе и типа К140УД1Б) не предусмотрены специаль­ные выводы, воздействуя на которые можно было бы компенсировать напряжение смещения. В этом случае на входы операционного усилителя, кроме усиливаемого сиг­нала, нужно подавать напряжение, компенсирующее на­пряжение смещения: В некоторых операционных усилите­лях для компенсации напряжения смещения предусмотрены специальные выводы. Изобразим типовую схему включения операционного усилителя типа К140УД8А, в котором пре­дусмотрены такие выводы (рис. 1.140).

Через NC обозначены специальные выводы для балан­сировки Цифрами обозначены номера выводов.

Диапазон выходного напряжения, соответствующий почти вертикальному участку передаточной характеристи­ки, называется областью усиления. Соответствующий это­му диапазону режим работы называют режимом усиления (линейным, активным режимом). В линейном режиме

где К— коэффициент усиления по напряжению (коэффи­циент усиления напряжения, коэффициент усиления дифференциального сигнала).

Обычна величина К лежит в пределах 10⁴.... 10⁵. К при-меру, для операционного усилителя типа К140УД1Б К = 1350...12000, для операционного усилителя К140УД14А К не менее 50000.

Диапазоны выходного напряжения вне области усиле­ния называются областями насыщения. Соответствующий этим областям режим называют режимом насыщения. Обычно считается, что в режиме насыщения выполняет­ся условие

где + U_num и — U_num — напряжения питания.

В приближенных расчетах иногда считают, что в режи­ме насыщения и_вых = + U_num или вых_л = - U_num.

Реальные электронные устройства на основе операци­онного усилителя практически всегда имеют коэффици­ент усиления значительно меньше К, так как в них ис­пользуется отрицательная обратная связь. Пример схемы с отрицательной обратной связью приведен на рис. 1.134.

Легко заметить, что чем больше коэффициент К при заданных напряжениях + U_num и — U_num тем меньше тот ди-апазон значений напряжения и_диф который соответствует

режиму усиления. Так, если К=50000 и + U_num == |-U|_num =

= 15 В, то величина |u_диф| не может превышать значения
15 / 50000 = 300 • 10^-6 В = 300 мкВ. Если наперед извест-
но, что операционный усилитель работает в режиме уси­-
ления, то при практических расчетах обычно принимают, что u_диф » 0