Понятие идеального усилителя и его свойства

Операционный усилитель (ОУ) – это многокаскадный усилитель постоянного тока, по своим характеристикам приближающийся к понятию идеального усилителя.

Идеальный усилитель должен обладать следующими свойствами:

1. Коэффициент усиления по напряжению (К_u) должен быть бесконечно большим.

Рис. 5. К пояснению понятия отрицательной обратной связи (ООС)

(4)

При разомкнутом ключе S цепь отрицательной обратной связи разомкнута и сигнал на входе усилителя равен сигналу источника , и при большом K_u наличие небольших шумов и помех во входном сигнале приведет к насыщению усилителя, кроме того все нестабильности K_u будут сказываться на точности воспроизведения выходного сигнала.

При замыкании ключа S часть выходного напряжения в виде сигнала отрицательной обратной связи (U_ос) возвратится на вход усилителя.

,

(5)

где γ характеризует коэффициент передачи отрицательной обратной связи и он показывает какая часть выходного сигнала возвратится на вход усилителя ( )

– петлевое усиление (усиление петли обратной связи).

При этом:

,

– коэффициент усиления схемы с ООС

Учитывая, что , можно записать:

.

(6)

Из выражения (13) следует, что при коэффициент усиления схемы с ООС не зависит от параметров самого усилителя, а определяется только видом элементов обратной связи. Эта основная причина для коэффициента усиления, чтобы брать его максимально большим.

2. Входное сопротивление идеального усилителя (R_вх) должно быть бесконечно большим.

Это значит, что по входу такой усилитель не потребляет ток от источника входного сигнала и к нему можно подключить источник входного сигнала с любым внутренним сопротивлением.

3. Выходное сопротивление идеального усилителя (R_вых) должно быть равно нулю.

В этом случае по выходу такой усилитель можно рассматривать как идеальный источник напряжения.

4. Идеальный усилитель должен иметь бесконечно широкую полосу пропускания.

Это означает, что в таком усилителе не происходит временных и фазовых искажений сигнала.

5. В идеальном усилителе при U_вх = 0 U_вых = 0.

Это вытекает из того, что ОУ в основном предназначен для выполнения математических операций, а при выполнении любой операции нулевому значению аргумента должно соответствовать нулевое значение функции. Амплитудная-передаточная характеристика (АПХ) такого усилителя должна проходить через ноль.