Właściwości częstotliwościowe wzmacniacza operacyjnego. Mgtu „mami” - dział „procesów automatyzacji i kontroli. Podstawowe schematy włączania systemu operacyjnego

Należy zauważyć, że obszar roboczy K(f) wzmacniacz operacyjny rozciąga się na częstotliwość wzmocnienia jedności f T, na którym K(f)=1(K dB = 0),

Z charakterystyki fazowej wzmacniacza operacyjnego (ryc. 19.4) widać, że on f c 1 j=45° włączone f do 2 - 135°. Na fa > f do 2, tj. Na f=f kp , j=-180°

Oznacza to, że przy danej częstotliwości CNF zamienia się w COS, co prowadzi do samowzbudzenia wzmacniacza.

Wzmacniacz operacyjny (op-amp) to wzmacniacz prądu stałego z wejściem różnicowym, którego charakterystyka jest zbliżona do tzw. „wzmacniacza idealnego”. Op-amp ma duże wzmocnienie napięciowe K>>1 (K = 10 4 - 10 6), duża rezystancja wejściowa (R in = 0,1-100 MΩ) i niska rezystancja wyjściowa (R in = 10-100 Ohm).

We wzmacniaczach liniowych wzmacniacz operacyjny jest używany tylko z obwodami ujemnego sprzężenia zwrotnego (NFB), co zmniejsza wzmocnienie napięcia K do 1-10 3, ale jednocześnie zmniejsza zależność K od temperatury, napięcia zasilania, zwiększa R w .us i zmniejsza R na zewnątrz .us. Stosowanie wzmacniaczy operacyjnych we wzmacniaczach bez obwodów sprzężenia zwrotnego jest niedopuszczalne, ponieważ zwiększa się ryzyko naruszenia stabilności wzmacniacza operacyjnego, a obwody korekcji odpowiedzi częstotliwościowej stają się bardziej skomplikowane w szerokim paśmie częstotliwości.

Jednostka organizacyjna (Rysunek 15.1.) zawiera wzmacniacz różnicowy jako pierwszy stopień. Wzmacniacz różnicowy ma duże wzmocnienie dla różnicy sygnałów wejściowych U 2 - U 1 i małe wzmocnienie dla sygnałów w trybie wspólnym, tj. identyczne sygnały podawane jednocześnie do obu wejść. Umożliwia to zmniejszenie wrażliwości na sygnały w trybie wspólnym (zakłócenia zewnętrzne) i napięcie ścinające, które jest określone przez nietożsamość ramion wzmacniacza operacyjnego.

Ryc.15.1. Budowa wewnętrzna wzmacniacza operacyjnego.

Po etapie wejściowym następuje jeden lub więcej etapów pośrednich; zapewniają niezbędne wzmocnienie napięcia i prądu.

Komplementarny stopień wyjściowy powinien zapewniać niską impedancję wyjściową wzmacniacza operacyjnego i prąd wystarczający do zasilania oczekiwanych obciążeń. Stopień wyjściowy jest zwykle prostym lub komplementarnym wtórnikiem emiterowym.

Aby zmniejszyć czułość obwodu na sygnały w trybie wspólnym i zwiększyć rezystancję wejściową, prąd emitera pierwszego stopnia różnicowego jest ustawiany za pomocą stabilnego źródła prądu.

Podstawowe parametry wzmacniaczy operacyjnych

1. K - wzmocnienie własne wzmacniacza operacyjnego (bez sprzężenia zwrotnego).

2. Przesunięcie U - Przesunięcie napięcia wyjściowego. Małe napięcie wynikające z asymetrii ramion wzmacniacza operacyjnego przy zerowym napięciu na obu wejściach. Zwykle przesunięcie U ma wartość 10 - 100 mV.

3. I cm - Wejściowy prąd polaryzacji. Prąd na wejściach wzmacniacza wymagany do obsługi stopnia wejściowego wzmacniacza operacyjnego.

4. I shift - Wprowadź prąd zmiany biegów (). Różnica w prądach polaryzacji wynika z niedokładnego dopasowania tranzystorów wejściowych. .

5. R in - Impedancja wejściowa. Z reguły R in ma wartość do 1-10 megaomów.

6. R out - Impedancja wyjściowa. Zwykle Rout nie przekracza setek omów.

7. Koss - Współczynnik tłumienia sygnału w trybie wspólnym. Charakteryzuje się zdolnością do tłumienia sygnałów doprowadzanych do obu wejść jednocześnie.

8. Bieżące zużycie. Prąd spoczynkowy pobierany przez wzmacniacz operacyjny.

9. Zużycie energii. Moc rozpraszana przez wzmacniacz operacyjny.

10. Maksymalna prędkość narastania (V/µs).

11. Ty zwierzaku. - Napięcie zasilania.

12. Reakcja przejściowa. Sygnał na wyjściu wzmacniacza, gdy do jego wejścia przyłożony zostanie skok napięcia.

Wzmacniacz operacyjny ma kilka opcji przełączania obwodów, które znacznie różnią się charakterystyką.

Aby przeanalizować pracę i obliczyć charakterystykę różnych schematów włączania systemu operacyjnego, należy ponadto pamiętać, że w oparciu o właściwości jednostki sterującej:

1. Różnica napięć między wejściami wzmacniacza operacyjnego jest bardzo mała i można ją przyjąć jako równą zeru.

2. Wzmacniacz operacyjny ma wysoką impedancję wejściową, więc pobiera bardzo mało prądu wejściowego (do 10 nA).

Główne schematy włączania systemu operacyjnego

W wzmacniacz odwracający(Rys.15.2.), sygnały wejściowe i wyjściowe są przesunięte w fazie o 180º. Jeśli U in jest dodatnie, to napięcie w punkcie A, a zatem U d, również stanie się dodatnie, a U out zmniejszy się, co doprowadzi do zmniejszenia wejścia odwracającego do U d = U out / K ≈ 0.

Punkt A jest często nazywany wirtualna ziemia, ponieważ jego potencjał jest prawie równy potencjałowi ziemi, ponieważ U d z reguły jest bardzo mały

Ryż. 15.2. Wzmacniacz odwracający wzmacniacz operacyjny

Aby otrzymać wyrażenie na wzmocnienie sprzężenia zwrotnego, bierzemy pod uwagę, że wejście R wzmacniacza jest bardzo duże. Ponieważ I , To .

Zakładając U d = 0 (ponieważ K → ∞), otrzymujemy . Wzmocnienie sprzężenia zwrotnego rozważanego obwodu wynosi

. (15.1)

Napięcie wyjściowe jest odwrócone, o czym świadczy ujemna wartość K os.

Ponieważ ze względu na sprzężenie zwrotne w punkcie A utrzymywany jest w przybliżeniu potencjał zerowy, rezystancja wejściowa obwodu wzmacniacza odwracającego wynosi R 1. Rezystancja R 1 musi być dobrana tak, aby nie obciążać źródła sygnału wejściowego i, oczywiście, R os musi być na tyle duży, aby nie przeciążać wzmacniacza operacyjnego.

Wzmacniacz nieodwracający można również zaimplementować na wzmacniaczu operacyjnym (ryc. 15.3) o wysokiej impedancji wejściowej, którego wzmocnienie napięcia można również ustawić za pomocą rezystancji R 1 i R os.

Tak jak poprzednio zakładamy, że skoro R w → ∞.

Napięcie na wejściu odwracającym wzmacniacza jest zatem równe

.

15.3. Nieodwracający wzmacniacz operacyjny

Stąd, .

Ponieważ U out \u003d U d K i U d \u003d U out / K, ponieważ K → ∞ i U d ≈ 0, możemy to napisać . Rozwiązując równanie , otrzymujemy wyrażenie na wzmocnienie przy zamkniętym sprzężeniu zwrotnym K os , (15.3)

który jest ważny pod warunkiem К » K os.

W schemacie wtórnik napięcia na wzmacniaczu operacyjnym(Rys. 15.4) Sprzężenie zwrotne Uout pochodzi z wyjścia wzmacniacza do wejścia odwracającego. Ponieważ różnica napięcia na wejściach wzmacniacza operacyjnego - U d jest wzmacniana, można zauważyć, że napięcie na wyjściu wzmacniacza U out \u003d U d K.

Ryc.15.4. Śledzenie napięcia wzmacniacza operacyjnego

Napięcie wyjściowe wzmacniacza operacyjnego U out \u003d U in + U d. Ponieważ U out \u003d U d K, otrzymujemy, że U d \u003d U out / K. Stąd, . Ponieważ K jest duże (K → ∞), to U out / K dąży do zera, w wyniku czego otrzymujemy równość U in = U out.

Napięcie wejściowe jest podłączone do masy tylko przez impedancję wejściową wzmacniacza, która jest bardzo wysoka, więc wtórnik może służyć jako dobry stopień dopasowujący.

Wzmacniacz z wejściem różnicowym ma dwa wejścia, a wejścia odwracające i nieodwracające są pod tym samym napięciem, w tym przypadku równym U os, ponieważ różnica napięć między wejściami odwracającymi i nieodwracającymi jest bardzo mała (zwykle mniejsza niż 1mV).

Ryż. 15,5. Wzmacniacz z wejściem różnicowym

Jeśli U 1 jest ustawione na zero i do U 2 zostanie przyłożony sygnał wejściowy, to wzmacniacz będzie działał jak wzmacniacz nieodwracający, którego napięcie wejściowe jest pobierane z dzielnika utworzonego przez rezystory R 2 i R? os. Jeżeli oba napięcia U 1 i U 2 zostaną przyłożone jednocześnie do odpowiednich wejść, to sygnał na wejściu odwracającym spowoduje taką zmianę napięcia wyjściowego, że napięcie w punkcie połączenia rezystorów R 1 i R os stanie się równy U os, gdzie .

Ponieważ wzmacniacz ma bardzo wysoką impedancję wejściową,

mamy .

Rozwiązując wynikowe równanie dla U out, mamy:

Zastępując wyrażenie U OS, otrzymujemy:

Jeśli wstawimy R 1 = R 2 i R oc = R´ oc (najczęstsza sytuacja), otrzymamy . Biegunowość napięcia wyjściowego jest określona przez większe z napięć U1 i U2.

Oczywiście, jeśli U 2 na ryc. 15.5 wynosi zero, wówczas wzmacniacz będzie działał w stosunku do U 1 jako wzmacniacz odwracający.

Impedancja wejściowa obwodu wzmacniacza operacyjnego można zdefiniować w następujący sposób. Napięcie jest przykładane do różnicowej rezystancji wejściowej OS r d. U d. Ze względu na obecność sprzężenia zwrotnego napięcie to jest małe.

U d \u003d U out / K U \u003d U 1 / (1 + K U b), (15,6)

gdzie b \u003d R 1 / (R 1 + R 2) - współczynnik przenoszenia dzielnika w obwodzie sprzężenia zwrotnego. Zatem przez ten opór przepływa tylko prąd równy U 1 /r d (1 + K U b). Dlatego różnicowa impedancja wejściowa, ze względu na działanie sprzężenia zwrotnego, jest mnożona przez współczynnik 1 + K U b.

Zgodnie z ryc. 12, dla wynikowej rezystancji wejściowej obwodu mamy:

R w = r re (1 + K U b)||r w

Wartość ta nawet dla wzmacniaczy operacyjnych z tranzystorami bipolarnymi na wejściach przekracza 109 omów. Należy jednak pamiętać, że to tylko wartość różnicowa; oznacza to, że zmiany prądu wejściowego są niewielkie, podczas gdy średnia wartość prądu wejściowego może przyjmować nieporównywalnie duże wartości.

Ryż. 15.6. Schemat wzmacniacza nieodwracającego z uwzględnieniem rezystancji własnych wzmacniacza operacyjnego.

Impedancja wyjściowa wzmacniacza operacyjnego wzmacniacza operacyjnego nie objętego sprzężeniem zwrotnym wyraża się wzorem:

(15.7)

Po podłączeniu obciążenia następuje nieznaczny spadek napięcia wyjściowego obwodu, spowodowany spadkiem napięcia na trasie, który przekazywany jest na wejście wzmacniacza przez dzielnik napięcia R1, R2. Wynikający z tego wzrost napięcia różnicowego kompensuje zmianę napięcia wyjściowego.

Ogólnie impedancja wyjściowa może być dość wysoka (w niektórych przypadkach od 100 do 1000 omów. Podłączenie obwodu OS zmniejszy impedancję wyjściową.

Dla wzmacniacza objętego sprzężeniem zwrotnym wzór ten przyjmuje postać:

(15.8)

W tym przypadku wartość Ud nie pozostaje stała, ale zmienia się o wartość

dU d = - dU n = -bdU out

Dla wzmacniacza o liniowej charakterystyce przenoszenia zmiana napięcia wyjściowego wynosi

dU out = K U dU d - r out dI out

Wielkość prądu rozgałęzionego do dzielnika napięcia sprzężenia zwrotnego w tym przypadku można pominąć. Podstawiając wartość dU d do ostatniego wyrażenia, otrzymujemy pożądany wynik:

(15.9)

Jeśli na przykład b \u003d 0,1, co odpowiada 10-krotnemu wzmocnieniu sygnału wejściowego, i K U \u003d 10 5, wówczas impedancja wyjściowa wzmacniacza spadnie z 1 kOhm do 0,1 Ohm. Powyższe, ogólnie rzecz biorąc, obowiązuje w zakresie pasma wzmacniacza f p, Hz. Przy wyższych częstotliwościach impedancja wyjściowa wzmacniacza operacyjnego z zamkniętą pętlą wzrośnie, np ilość |K U | wraz ze wzrostem częstotliwości będzie spadać w tempie 20 dB na dekadę (patrz ryc. 3). W tym przypadku nabiera charakteru indukcyjnego i przy częstotliwościach większych niż f t staje się równy wartości impedancji wyjściowej wzmacniacza bez sprzężenia zwrotnego.

Parametry dynamiczne systemu operacyjnego, charakteryzujące prędkość wzmacniacza operacyjnego, można podzielić na parametry dla małych i dużych sygnałów. Pierwsza grupa parametrów dynamicznych obejmuje szerokość pasma f p, częstotliwość wzmocnienia jednostkowego f t oraz czas ustalania t y. Parametry te nazywane są niskim sygnałem, ponieważ są mierzone w liniowym trybie pracy kaskad wzmacniacza operacyjnego (DU out< 1В).

Druga grupa obejmuje szybkość narastania napięcia wyjściowego r oraz pasmo mocy f p. Parametry te są mierzone przy dużym różnicowym sygnale wejściowym wzmacniacza operacyjnego (powyżej 50 mV). Niektóre z tych opcji zostały omówione powyżej. Czas ustalania liczony jest od momentu podania skoku napięcia wejściowego na wejście wzmacniacza operacyjnego do momentu równości |U out.set - U out(t) | \u003d d, gdzie U out.set - stała wartość napięcia wyjściowego, d - dopuszczalny błąd.

Przepustowość operacyjna lub przepustowość Wzmacniacz operacyjny jest określony przez rodzaj odpowiedzi częstotliwościowej przyjmowanej przy maksymalnej możliwej amplitudzie niezniekształconego sygnału wyjściowego. Po pierwsze, przy niskich częstotliwościach ustawia się taką amplitudę sygnału z generatora oscylacji harmonicznych, aby amplituda sygnału wyjściowego Uout.max nie osiągnęła nieznacznie granic nasycenia wzmacniacza. Następnie zwiększ częstotliwość sygnału wejściowego. Pasmo mocy f p odpowiada wartości U vyh.max równej 0,707 wartości pierwotnej. Wartość pasma mocy maleje wraz ze wzrostem pojemności kondensatora korekcyjnego.

Parametry operacyjne Wzmacniacze operacyjne określają dopuszczalne tryby pracy jego obwodów wejściowych i wyjściowych oraz wymagania dotyczące zasilaczy, a także zakres temperatur pracy wzmacniacza. Ograniczenia parametrów eksploatacyjnych wynikają ze skończonych wartości napięć przebicia i dopuszczalnych prądów płynących przez tranzystory wzmacniacza operacyjnego. Główne parametry pracy to: nominalna wartość napięcia zasilania U p; dopuszczalny zakres napięć zasilania; prąd pobierany ze źródła, w którym się pocę; maksymalny prąd wyjściowy I vyh.max; maksymalne wartości napięcia wyjściowego przy nominalnym zasilaniu; maksymalne dopuszczalne napięcia wejściowe w trybie wspólnym i różnicowym

Pasmo przenoszenia wzmacniacz operacyjny jest ważnym czynnikiem, od którego zależy stabilność rzeczywistych obwodów z takim wzmacniaczem. W większości wzmacniaczy operacyjnych poszczególne stopnie są połączone ze sobą prądem stałym poprzez sprzężenia galwaniczne, dlatego wzmacniacze te nie mają zaniku wzmocnienia w obszarze niskich częstotliwości i muszą analizować zanik wzmocnienia wraz ze wzrostem częstotliwości.

Ryc.15.7 . Charakterystyka częstotliwościowa wzmacniacza operacyjnego

Na ryc. 15.7. pokazano typową charakterystykę częstotliwościową wzmacniacza operacyjnego.

Ryż. 15.8. Uproszczony obwód zastępczy wzmacniacza operacyjnego

Wraz ze wzrostem częstotliwości pojemność spada, co prowadzi do zmniejszenia stałej czasowej τ \u003d R n * C. Oczywiście musi istnieć częstotliwość, powyżej której napięcie na wyjściu U out będzie mniejsze niż KU d.

Wyrażenie na wzmocnienie K przy dowolnej częstotliwości:

ma formę , gdzie K jest wzmocnieniem bez sprzężenia zwrotnego przy niskich częstotliwościach; f - częstotliwość robocza; f 1 - częstotliwość odcięcia lub częstotliwość przy 3 dB, tj. częstotliwość, przy której K(f) wynosi 3 dB poniżej K lub jest równe 0,707 A.

Jeśli, jak to zwykle bywa, R n » R out, to .

Zazwyczaj odpowiedź częstotliwościowa jest podawana ogólnie. Jak:

. (15.10)

gdzie f jest interesującą nas częstotliwością, podczas gdy f 1 jest stałą częstotliwością, która nazywa się częstotliwość odcięcia i jest cechą konkretnego wzmacniacza. Wraz ze wzrostem częstotliwości wzmocnienie napięciowe maleje. Ponadto z wyrażenia na θ widać, że gdy zmienia się częstotliwość, faza sygnału wyjściowego przesuwa się względem fazy sygnału wejściowego; - sygnał wyjściowy nie jest w fazie z wejściem.

Dodanie ujemnego sprzężenia zwrotnego, na przykład we wzmacniaczu odwracającym lub nieodwracającym, zwiększa efektywną szerokość pasma wzmacniacza operacyjnego.

Aby to zobaczyć, rozważmy wyrażenie na wzmocnienie w otwartej pętli wzmacniacza ze spadkiem 6dB/oktawę (gdy częstotliwość jest podwojona):

, gdzie K(f) jest wzmocnieniem w otwartej pętli przy częstotliwości f; A to wzmocnienie bez sprzężenia zwrotnego przy niskich częstotliwościach; f 1 - częstotliwość narożna. Podstawienie tej relacji do wyrażenia na zysk w obecności sprzężenia zwrotnego , dostajemy

. (15.11)

To wyrażenie można zapisać jako , gdzie fa 1 oc \u003d fa 1 (1 + Аβ); K 1 - wzmocnienie z zamkniętym sprzężeniem zwrotnym przy niskich częstotliwościach; f 1oc - częstotliwość odcięcia w obecności sprzężenia zwrotnego.

Częstotliwość odcięcia ze sprzężeniem zwrotnym jest równa częstotliwości odcięcia bez sprzężenia zwrotnego pomnożonej przez (1 + Kβ) > 1, więc efektywna szerokość pasma wzrasta przy użyciu sprzężenia zwrotnego. Zjawisko to pokazano na rys. 8, gdzie f 1oc > f 1 dla wzmacniacza o wzmocnieniu 40 dB.

Jeśli współczynnik opadania wzmacniacza wynosi 6 dB/oktawę, iloczyn wzmocnienia i szerokości pasma jest stały: Kf 1 = const. Aby to zobaczyć, pomnóżmy idealne wzmocnienie niskich częstotliwości przez górną częstotliwość odcięcia tego samego wzmacniacza w obecności sprzężenia zwrotnego.

Następnie otrzymujemy iloczyn wzmocnienia i przepustowości:

, gdzie K jest wzmocnieniem bez sprzężenia zwrotnego przy niskich częstotliwościach.

O ile wcześniej wykazano, że aby zwiększyć szerokość pasma ze sprzężeniem zwrotnym, wzmocnienie musi zostać zmniejszone, to teraz wyprowadzona zależność pozwala dowiedzieć się, ile wzmocnienia należy poświęcić, aby uzyskać pożądaną szerokość pasma.

Obwód zastępczy wzmacniacza operacyjnego pozwala uwzględnić wpływ nieidealności wzmacniacza na charakterystykę obwodu. Aby to zrobić, wygodnie jest przedstawić wzmacniacz jako kompletny obwód równoważny zawierający znaczne elementy niedoskonałości. Kompletny obwód równoważny wzmacniaczowi operacyjnemu dla małych powolnych zmian sygnału pokazano na ryc. 15.9.

Ryż. 15.9.. Obwód równoważny wzmacniaczowi operacyjnemu dla małych sygnałów

W przypadku wzmacniaczy operacyjnych z tranzystorami bipolarnymi na wejściu impedancja wejściowa dla sygnału różnicowego r d wynosi kilka megaomów, a impedancja wejściowa dla sygnału w trybie wspólnym r in wynosi kilka gigaomów. Prądy wejściowe określone przez te rezystancje są rzędu kilku nanoamperów. Znacznie większe wartości to prądy stałe płynące przez wejścia wzmacniacza operacyjnego i określone przez polaryzację tranzystorów stopnia różnicowego. Dla uniwersalnych wzmacniaczy operacyjnych prądy wejściowe wahają się od 10 nA do 2 μA, a dla wzmacniaczy ze stopniami wejściowymi wykonanymi na tranzystorach polowych są to ułamki nanoamperów.

Parametry wzmacniacza operacyjnego

Ponieważ wzmacniacz operacyjny jest urządzeniem uniwersalnym, do opisu jego właściwości używa się dużej liczby parametrów.

1. Współczynnik wzmocnienia K jest równy stosunkowi napięcia wyjściowego do różnicowego sygnału wejściowego, który spowodował ten przyrost przy braku sprzężenia zwrotnego (wynosi 10 3-10 7) i jest określany na biegu jałowym na wyjściu. DO = U out / U in.d.

2. Napięcie polaryzacji zerowej U cm pokazuje, jakie napięcie należy przyłożyć do wejścia wzmacniacza operacyjnego, aby uzyskać U out \u003d 0 na wyjściu (wynosi 0,5-0,15 mV). Jest to konsekwencją niedokładnego dopasowania napięć emiter-baza tranzystorów wejściowych.

3. Prąd wejściowy I in jest określony przez normalny tryb działania wejściowego stopnia różnicowego na tranzystorach bipolarnych. Jest to prąd bazowy tranzystora wejściowego DU. Jeśli w stopniu różnicowym stosowane są tranzystory polowe, to są to prądy upływowe.

Kiedy źródła sygnału o różnych rezystancjach wewnętrznych są podłączone do wejść wzmacniacza operacyjnego, na tych rezystancjach powstają różne spadki napięcia przez prądy polaryzacji. Pojawiający się sygnał różnicowy zmienia napięcie wejściowe. Aby go zmniejszyć, rezystancja źródeł sygnału musi być taka sama.

4. Różnica prądów wejściowych DI in jest równa różnicy wartości prądów przepływających przez wejścia wzmacniacza operacyjnego, przy danej wartości napięcia wyjściowego, wynosi 0,1-200 nA.

5. Rezystancja wejściowa R bx (rezystancja między zaciskami wejściowymi) jest równa stosunkowi przyrostu napięcia wejściowego do przyrostu prądu wejściowego przy danej częstotliwości sygnału. Rbx wyznacza się dla obszaru niskich częstotliwości. W zależności od charakteru zastosowanego sygnału, impedancja wejściowa jest różnicowa (dla sygnału różnicowego) i w trybie wspólnym (dla sygnału w trybie wspólnym).

Różnicowa impedancja wejściowa - jest to impedancja wejściowa z dowolnego wejścia, gdy drugie wejście jest podłączone do wspólnego zacisku, wynosi dziesiątki kΩ - setki MΩ. Tak duże Rbx uzyskujemy dzięki wejściowemu pilotowi i stabilnemu źródłu napięcia stałego. Impedancja wejściowa trybu wspólnego to rezystancja między zwartymi zaciskami wejściowymi a masą. Charakteryzuje się zmianą średniego prądu wejściowego, gdy sygnał w trybie wspólnym jest doprowadzany do wejść i jest o kilka rzędów wielkości wyższy niż R w różnicy.

6. Współczynnik tłumienia sygnału wspólnego K osl sf definiuje się jako stosunek napięcia sygnału wspólnego doprowadzonego do obu wejść do różnicowego napięcia wejściowego, które również powoduje wartość napięcia wyjściowego. Współczynnik tłumienia pokazuje, ile razy wzmocnienie sygnału różnicowego jest większe niż wzmocnienie sygnału wejściowego w trybie wspólnym i wynosi 60-120 dB:

. (15.16)

Wraz ze wzrostem współczynnika tłumienia sygnału wspólnego tym dokładniejsze jest odróżnienie różnicowego sygnału wejściowego na tle zakłóceń wspólnych, tym lepsza jakość wzmacniacza operacyjnego. Pomiary przeprowadzane są w zakresie niskich częstotliwości.

7. Rezystancja wyjściowa Rout jest określona stosunkiem przyrostu napięcia wyjściowego do przyrostu składowej czynnej prądu wyjściowego przy danej wartości częstotliwości sygnału i wynosi kilkaset omów.

8. Dryft temperaturowy napięcia polaryzacji jest równy stosunkowi maksymalnej zmiany napięcia polaryzacji do zmiany temperatury, która ją spowodowała i jest szacowany w μV/st. .

Dryfty termiczne w napięciu polaryzacji i prądach wejściowych powodują błędy termiczne w urządzeniach wzmacniaczy operacyjnych.

9. Współczynnik wpływu niestabilności zasilania na napięcie wyjściowe przedstawia zmianę napięcia wyjściowego przy zmianie napięcia zasilania o 1 V i jest szacowany w μV/V.

10. Maksymalne napięcie wyjściowe Uout max jest określone przez graniczną wartość napięcia wyjściowego wzmacniacza operacyjnego dla danej rezystancji obciążenia i napięcia sygnału wejściowego, co zapewnia stabilną pracę wzmacniacza operacyjnego i zniekształcenia nieprzekraczające określonych wartość. U out max 1-5 V poniżej napięcia zasilania.

11. Maksymalny prąd wyjściowy I out max jest ograniczony dopuszczalnym prądem kolektora stopnia wyjściowego wzmacniacza operacyjnego.

12. Zużycie energii - moc rozpraszana przez system operacyjny, gdy obciążenie jest wyłączone.

13. Częstotliwość wzmocnienia jedności f 1 to częstotliwość sygnału wejściowego, przy której wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego jest równe 1: |K(f 1)| = l. W przypadku zintegrowanych wzmacniaczy operacyjnych częstotliwość wzmocnienia jedności ma wartość graniczną 1000 MHz. Napięcie wyjściowe przy tej częstotliwości jest około 30 razy niższe niż dla prądu stałego.

14. Częstotliwość odcięcia f c OS - częstotliwość, przy której wzmocnienie jest zmniejszane o współczynnik. Oszacowuje przepustowość wzmacniacza operacyjnego i wynosi dziesiątki MHz.

15. Maksymalna szybkość narastania napięcia wyjściowego V max jest określona przez największą szybkość zmiany napięcia wyjściowego wzmacniacza operacyjnego, gdy na wejście zostanie przyłożony prostokątny impuls o amplitudzie równej maksymalnej wartości napięcia wejściowego i mieści się w przedziale 0,1-100 V/μs. Po wystawieniu na działanie maksymalnego napięcia wejściowego stopień wyjściowy wzmacniacza operacyjnego wpada w obszar nasycenia w obu polaryzacjach. Ten parametr jest określony dla urządzeń szerokopasmowych i pulsacyjnych wzmacniaczy operacyjnych i daje krawędzie wyjściowe o skończonej szerokości. V max charakteryzuje wydajność wzmacniacza operacyjnego w trybie dużego sygnału.

16. Czas ustalania się napięcia wyjściowego t yc t (czas zaniku stanu nieustalonego) to czas potrzebny do powrotu wzmacniacza ze stanu nasycenia wyjścia do trybu liniowego.

Czas ustalania się to czas, w którym po skoku napięcia wejściowego napięcie wyjściowe różni się od wartości ustalonej o wartość dopuszczalnego błędu względnego dU out. W czasie ustalania się napięcia wyjściowego wzmacniacza operacyjnego, poddanego działaniu prostokątnego napięcia wejściowego, zmienia się od poziomu 0,1 do poziomu 0,9 wartości stanu ustalonego.

17. Napięcie szumowe podane na wejście jest określone przez iloraz wartości skutecznej napięcia na wyjściu wzmacniacza przy zerowym sygnale wejściowym i zerowej rezystancji źródła sygnału przez wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego. Widmowa gęstość szumu jest szacowana jako pierwiastek kwadratowy z kwadratu zredukowanego napięcia szumu podzielonego przez pasmo częstotliwości, w którym wykonywany jest pomiar napięcia szumu. Wymiar tego parametru. W specyfikacjach wzmacniacza operacyjnego czasami określa się współczynnik szumów (dB), definiowany jako stosunek zredukowanej mocy szumów wzmacniacza pracującego ze źródła o rezystancji wewnętrznej Rg do mocy szumów rezystancji czynnej

, (15.17)

, (15.18)

gdzie U w - zredukowane napięcie szumu przy R g = 0;

4kTR r to widmowa gęstość szumu termicznego rezystora.

Wymagania dotyczące parametrów systemu operacyjnego zależą od funkcji, które wykonuje. We wszystkich praktycznych przypadkach pożądane jest zmniejszenie błędu wykonywanych operacji, zwiększenie niezawodności, szybkości. Jednoczesna poprawa wszystkich parametrów stawia sprzeczne wymagania dotyczące obwodu i jego wykonania. Wszystko to tłumaczy się szeroką gamą wzmacniaczy operacyjnych, w których optymalizowane są tylko określone parametry kosztem innych.

Tak więc w sprzęcie pomiarowym stosowane są precyzyjne wzmacniacze operacyjne, które mają duże wzmocnienie, dużą impedancję wejściową, niskie napięcie polaryzacji zerowej i niski poziom szumów. A szybkie wzmacniacze operacyjne muszą charakteryzować się dużą szybkością narastania, dużą przepustowością i krótkim czasem ustalania napięcia wyjściowego. Takie wzmacniacze operacyjne znalazły zastosowanie w impulsowych i szerokopasmowych urządzeniach wzmacniających oraz w urządzeniach przetworników analogowo-cyfrowych.

Aby stworzyć komparatory, które służą do porównywania chwilowych wartości dwóch napięć, stosuje się szybkie wzmacniacze operacyjne pracujące w trybie przełączania.