9.1. Идеальный операционный усилитель

Для уяснения принципов действия схем на ОУ и упрощения их анализа в дальнейшем будем использовать понятие идеального операционного усилителя. Идеальный операционный усилитель имеет следующие свойства:

а) бесконечно большой дифференциальный коэффициент усиления по напряжению K_V =ΔV_OUT =/Δ(V_p – V_n) (у реальных ОУ K_V лежит в пределах10³…30・10⁶);

б) нулевое напряжение смещения нуля V_OFF, т. е. при равенстве входных напряжений выходное напряжение равно нулю независимо от синфазного входного напряжения (у реальных ОУ V_OFF, приведенное к входу, находится в пределах (1 мкВ … 50 мВ);

в) нулевые входные токи по обоим входам (у реальных ОУ они лежат в пределах от сотых долей пА до единиц мкА);

г) нулевое выходное сопротивление (у реальных маломощных ОУ от десятков Ом до единиц кОм);

д) коэффициент усиления синфазного сигнала равен нулю;

е) мгновенный отклик на изменение входных сигналов (у реальных ОУ время установления выходного напряжения лежит в пределах от единиц нс до сотен мкс).

Операционный усилитель, предназначенный для универсального применения, из соображений устойчивости должен иметь такую же частотную характеристику, что и фильтр нижних частот первого порядка (инерционное звено), причем это требование должно удовлетворяться, по крайней мере, вплоть до частоты единичного усиления f_Т, т. е. частоты,

при которой |K_V| = 1. На рис.7.2 представлена типичная логарифмическая амплитудно-частотная характеристика (ЛАЧХ) скорректированного операционного усилителя.

Рис.9.2. Типичная ЛАЧХ операционного усилителя

В комплексной форме дифференциальный коэффициент усиления такого усилителя выражается формулой:

где K_V — дифференциальный коэффициент усиления ОУ по постоянному току, частота f_П, соответствует границе полосы пропускания на уровне 3 дБ. В диапазоне частот от f_П до f_Т модуль коэффициента усиления обратно пропорционален частоте, что приводит к простому соотношению

K_Vf_П=f_Т

Иными словами, частота единичного усиления f_Т равна произведению коэффициента усиления на ширину полосы пропускания. Следует иметь в виду, что это утверждение справедливо только для усилителей с полной внутренней коррекцией.