Материал: Попов Э.Г. Основы аналоговой техники. Учеб. пособие для студ. радиотехнических спец

лярных источников, что облегчает получение на выходе нулевого потенциала при отсутствии напряжения на входе.

RK1 СК1

Рис. 8.2

Одна из типовых принципиальных схем операционного усилителя приведена на рис. 8.2. На входе усилителя включен дифференциальный каскад на транзисторах VT1 и VT2. Как правило, это транзисторы с высоким коэффициентом усиления по току, работающие в режиме микротоков. Такое построение этого дифференциального каскада не позволяет получить заметное усиление, но зато обеспечивает высокое входное сопротивление. Для повышения качеств, присущих дифференциальному каскаду (высокая стабильность, хорошее подавление синфазной помехи, малый дрейф нуля), в цепи эмиттеров VT1 и VT2 включен генератор стабильного тока ГСТ1 на транзисторах VT3 и VT6.

К выходу первого дифференциального каскада подключен второй каскад на транзисторах VT4 и VT5. Этот каскад, выполненный по аналогичной схеме, обладает большим усилением по напряжению, так как работает при то-

247

ках коллектора в пределах миллиампера, что позволяет увеличить крутизну транзисторов до нескольких десятков миллиампер на вольт.

С коллектора транзистора VT5 сигнал поступает на вход эмиттерного повторителя на транзисторе VT7, нагрузкой которого служит вход усилительного каскада на транзисторе VT8 с включенным в цепь эмиттера ГСТ2. В цепи эмиттера VT8 также включено сопротивление R8, позволяющее понизить потенциал базы транзистора VT8 до необходимого уровня. Коэффициент передачи эмиттерного повторителя снижается за счет сопротивления R8 незначительно, так как основной его нагрузкой являются достаточно высокое входное сопротивление транзистора VT8 и большое выходное сопротивление ГСТ2.

Нагрузкой каскада на транзисторе VT8, включенном по схеме с общим эмиттером, являются входное сопротивление эмиттерного повторителя на транзисторах VT9 и VT10 и сопротивление R9, что обеспечивает каскаду достаточно большой коэффициент усиления. Сопротивление R9 в цепи коллектора VT8 выбрано таким образом, чтобы при отсутствии сигнала на входе потенциал коллектора был равен нулю. Такой режим автоматически обеспечивает равенство нулю напряжения на выходе двухтактного эмиттерного повторителя, собранного на комплементарных транзисторах VT9 и VT10. Диоды D1, D2 задают необходимое смещение на базы транзисторов VT9 и VT10.

Операционный усилитель предназначен для работы с внешней обратной связью, охватывающей все каскады. Как было показано в предыдущей главе, при этом всегда появляются трудности, связанные с обеспечением устойчивости в области верхних частот. Для борьбы с самовозбуждением в операционных усилителях используются методы, описанные в п.7.3. В рассматриваемом операционном усилителе необходимая для устойчивой работы коррекция частотной характеристики осуществляется с помощью соответствующих навесных элементов RК1, CК1, CК2. Элементы коррекции рассчитываются для каждого конкретного случая.

Входной сигнал подается на усилитель через входы Вх1 и Вх2. Нетрудно убедиться, что в данной схеме вход Вх1 является неинвертирующим, а вход Вх2

– инвертирующим.

248

8.2. Основные параметры ОУ

Операционные усилители (ОУ) характеризуются целым рядом параметров, по которым можно определить пригодность данного ОУ для выполнения той или иной операции [18]. Перечислим основные параметры, характеризующие качество ОУ при работе в малосигнальном режиме.

Коэффициент усиления по напряжению без введения внешней обратной связи (КД). Коэффициент КД рассматривают как отношение изменения выходного напряжения к изменению входного дифференциального напряжения:

где ∆U1Д - приращение входного дифференциального напряжения между

первым и вторым входом.

Для идеального операционного усилителя коэффициент усиления должен стремиться к бесконечности. Величина КД для реальных операционных усилителей лежит в пределах 103 – 106.

Коэффициент передачи синфазного сигнала (КСС), определяемый как отношение выходного напряжения к входному синфазному напряжению:

Величина этого коэффициента должна стремиться к нулю. Реальные значения КСС не равны нулю из-за асимметрии, существующей всегда во входных каскадах ОУ.

Коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС), который находит-

ся как отношение коэффициента передачи синфазного сигнала КСС к коэффициенту усиления дифференциального сигнала КД:

249

Обычно значение КОСС выражают в децибелах. Величина КОСС для современных ОУ достигает -60 -120 дБ.

Входное напряжение сдвига (UСДВ) – дифференциальное напряжение, необходимое для получения выходного напряжения, равного нулю. Для идеального усилителя UСДВ = 0, для реального – UСДВ = (0,5 – 5) мВ.

Входной ток смещения (IВХ.СМ) – ток, любого входа, необходимый для получения нулевого напряжения на выходе ОУ. Для идеального операционного усилителя IВХ.СМ = 0, для реального IВХ.СМ = (10-3 – 102) мкА.

Входное сопротивление (RВХ.Д) – отношение приращения дифференциального входного напряжения к вызванному им приращению входного тока:

В идеальном случае входное сопротивление стремится к бесконечности.

Вреальных ОУ входное сопротивление может быть равным 103 – 109 Ом. Иногда рассматривают входное сопротивление для синфазного сигнала,

равное отношению изменения входного синфазного напряжения к результирующему изменению входного тока смещения.

Частота единичного усиления (fB) – верхняя частота, при которой коэффициент усиления ОУ без обратной связи становится равным единице (0дБ). При этом считается, что спад частотной характеристики происходит со скоростью 6 дБ/окт. В реальных ОУ fB может достигать величины 100 МГц.

Время установления (tУ) – как и для общего определения переходной характеристики, является временем нарастания переднего фронта сигнала на выходе от 10 до 90 % при подаче на вход единичного скачка напряжения.

Скорость нарастания – отношение размаха выходного напряжения, измеряемого от 10 до 90 % переднего или заднего фронта, к времени, необходимому для того, чтобы выходное напряжение пересекло эти уровни. Измеряется при подаче на вход усилителя большого сигнала, обеспечивающего полное использование ОУ по напряжению питания.

250