На данной схеме, достаточно дополненной и усовершенствованной, основано большинство операционных усилителей, поэтому следует проектировать схему с их использованием. Это так же позволит сделать усилитель менее габаритным и более надёжным.
Одним из наиболее важных параметров прецизионного усилителя является коэффициент усиления. Чем он больше и стабильнее, тем более достоверную информацию о входном сигнале можно получить на выходе усилителя. Но коэффициент усиления любого усилителя очень сильно зависит от температуры, так как при её изменении изменяются и параметры элементов схемы: сопротивления резисторов цепей питания, коэффициенты передачи транзисторов и т.д. Относительное изменение коэффициента усиления характеризуется его нестабильностью . Для стабилизации коэффициента усиления при проектировании прецезионного усилителя на базе операционных усилителей очень часто используется введение резистивной обратной связи. Тогда при вычислении нестабильности усиления следует учесть погрешности сопротивлений цепи обратной связи. В результате общая формула для вычисления нестабильности коэффициента усиления однокаскадного усилителя примет вид
Здесь – коэффициент усиления операционного усилителя, – относительная нестабильность коэффициента усиления операционного усилителя, — требуемый коэффициент усиления, — относительная погрешность коэффициента усиления, обусловленная нестабильностью резисторов цепи обратной связи.
Как правило, операционные усилители имеют высокий коэффициент усиления, но при этом мы теряем в его стабильности. В качестве примера можно рассмотреть представленную на рисунке зависимость коэффициента усиления от температуры для усилителя К140УД23. Из-за этого в большинстве случаев становится невозможным вариант реализации прецизионного усилителя на одном каскаде. Таким образом, возможно получить либо высокую стабильность с малым коэффициентом усиления, либо высокий нестабильный коэффициент усиления. Так как мы проектируем прецизионный усилитель, то нам важна стабильность, а недостаток усиления можно возместить, включив несколько каскадов усиления.
При использовании многокаскадной схемы для получения требуемого коэффициента усиления можно охватить все каскады общей обратной связью из высокостабильных прецизионных резисторов, а в каждом каскаде использовать ООС построенную на обычных резисторах. Но при использовании общей обратной связи остро встаёт проблема устойчивости усилителя в целом, схема становится более склонной к самовозбуждению. Поэтому целесообразнее будет не использовать общую обратную связь вообще, а охватить каждый каскад более глубокой обратной связью на прецизионных резисторах. При этом для унификации каскадов желательно выбирать их коэффициенты усиления одинаковыми. В этом случае для каждого каскада величины и будут определяться следующей системой уравнений:
где n – число каскадов в схеме усилителя, — коэффициент усиления одного каскада.
Известно, что коэффициент усиления любого усилителя зависит не только от температуры, но и от частоты усиливаемого сигнала. При использовании разделительных конденсаторов происходит уменьшение коэффициента усиления в области нижних частот, так как сопротивление ёмкости переменному току обратно пропорционально частоте: . Так же на верхних частотах происходит уменьшение коэффициента усиления из-за частотных свойств транзисторов, в частности из-за большой ширины области базы в кристалле. Эти изменения коэффициента усиления можно описать коэффициентом частотных искажений , который характеризует дополнительную погрешность на частоте . При использовании универсального операционного усилителя зависимость коэффициента усиления от частоты определяется формулой