18.2. Принципиальные схемы операционных усилителей

Рассмотрим принципиальную схему операционного усилителя К14ОУД1А, рис.18.1.

Рис.18.1. Принципиальная схема операционного усилителя К140УД1

Входной каскад выполнен на транзисторах V1 и V2, в общую эмиттерную цепь включен стабилизатор тока на транзисторе V3 с термокомпенсирующим транзистором V6 в диодном включении.

Выходной сигнал первого дифференциального каскада ОУ снимается симметрично с резистора R1 и R2 и подается на второй дифференциальный каскад на транзисторах V4 и V5. В этом каскаде в цепи эмиттера используется резистор R7, который служит для создания отрицательной обратной связи.

Поскольку выход второго дифференциального каскада несимметричен, в цепи коллектора V4 отсутствует нагрузочное сопротивление. Выходное напряжение снимается с резистора R6 относительно общей точки (вывод 4), между этими точками кроме усиленного сигнала имеет место постоянное напряжение U_к0 V5. Для согласования потенциальных уровней выхода второго каскада и входа усилителя мощности применяется схема сдвига уровня постоянного напряжения. Эта схема содержит буферный эмиттерный повторитель на транзисторе V8, резистор R9 и стабилизатор тока, состоящий из V9, R10.

Выходной каскад построен по схеме эмиттерного повторителя на транзисторе V10 с нагрузочными резисторами R11, R12. Особенностью этого каскада является использование положительной обратной связи, к элементам которой относятся R10 и V9. ПОС позволяет получить коэффициент усиления больше единицы (порядка 2,5–5). Диод V7, работающий при обратносмещенном переходе, эквивалентен конденсатору небольшой емкости, обеспечивающему устойчивость усилителя при охвате глубокой обратной связью.

Операционный усилитель имеет два входа: вывод 9 - инвертирующий вход, а вывод 10 - неинвертирующий. Инвертирующий вход можно использовать для подачи с выхода (вывод 5) с помощью внешних элементов напряжения обратной связи. Выводы 1 и 7 предназначены для подачи питающих напряжений, выводы 2, 3 и 12- для введения внешней коррекции, вывод 4 - общая точка.

18.3. Свойства и характеристики оу

Благодаря практически идеальным свойствам операционных усилителей реализация различных схем на их основе оказывается значительно проще, чем на отдельных транзисторах. Поэтому ОУ постепенно вытесняют транзисторы во многих областях схемотехники. Для конкретного применения ОУ необходимо знание их основных свойств и характеристик.

18.3.1. Входные и выходные параметры оу

К входным параметрам ОУ относятся:

- дифференциальное входное напряжение, определяемое разностью напряжений на инвертирующем и нейнвертирующем входах

U_вхд= U_вх⁺ -U_вх ^– (18.1)

Если напряжение на одном из входов равно нулю, то

U_вхд= U_вх⁺ при U_вх ^– =0

U_вхд= -U_вх^- при U_вх ⁺ =0 (18.2)

- максимальное входное напряжение U_вx._макс - наибольшее значение входного напряжения, при котором выходное напряжение соответствует заданному напряжению U_вx._макс

- входной ток I_вх - среднее арифметическое значение входных токов при U_вых=0

I_вх = ½(I_вх⁺ +I_вх ^- ), (18.3)

- разность выходных токов I_вх - разность значений токов, протекающих через входы ОУ, при U_вых=0

I_вх = I_вх⁺ - I_вх ^- , (18.4)

Операционные усилители имеют собственное входное сопротивление R^_вх. Различают входное сопротивление для дифференциального сигнала R^_вхд и для синфазного сигнала R^_вхсф, который примерно на два порядка превышает R^_вхд.

К выходным параметрам относятся максимальное и допустимое значения выходного напряжения, выходное сопротивление R^_вых= U_вых/I_вых, напряжение источника питания Е и потребляемый ток I₀, который примерно равен 10 мкА.