Структура и основные параметры интегральных операционных усилителей.

Операционными усилителями (ОУ) называют широкий класс усилителей с гальваническими связями, работающий при наличии любой отрицательной обратной связи.

Эта обратная связь настолько велика, что параметры и характеристики устройства на ОУ полностью определяются элементами цеп

и ООС.

Реализовать ОУ на дискретных элементах – задача трудная. Поэтому широкое распространение получили лишь интегральные ОУ. Структурная схема ОУ состоит из 2^хвходов, каскадов усиления, каскада сдвига уровня напряжений, выходного каскада.

Error: Reference source not found

Рис. 1.

Каскады усиленияслужат для обеспечения заданного коэффициента усиления. Коэффициент усиления может составлять десятки тысяч.

Каскад сдвига уровня напряженияпредназначен для исключения постоянной составляющей напряжения. Благодаря этому каскаду на выходе ОУ устанавливается нулевое напряжение при отсутствии входных сигналов.

Выходной каскадслужит для получения малого выходного сопротивления ОУ в целях лучшего согласования с нагрузкой. Он чаще выполняется по двухтактной схеме.

Питание ОУ осуществляется от разнополярных источников, благодаря чему облегчается задача компенсации нуля на выходе усилителя. Шумовые свойства обеспечиваются, уменьшением площадьи контакта p-n переходов, применением полевых транзисторов.

По отношению к выходу один из входов является инвертирующим, другой- неинвертирующим. Наличие двух входов облегчает введение различных ОС и с их помощью реализацию различных функций.

Параметры и характеристики оу.

Условное обозначение микросхемы, например К140УД1Б

К-указатель широкого применения;

1-конструктивно-технологическое исполнение;

40- порядковый номер разработанной серии;

УД- функциональное назначение;

1. поряднковый номер разработки по функциональным признакам;

Б- отличие по параметрам внутри одного функционального варианта;

Наиболее употребляемые параметры.

1).Коэффициент усиления напряжения К_уи, или коэффициент усиления диф. сигнала;

2). Коэффициент усиления синфазных входных напряжений К_{у. ср.};

3). Коэффициент ослабления синфазных входных сигналов К_{ос. сор.};

4). Напряжение смещения U_см– значение напряжения на входе ОУ, при котором вых. напряжение равно нулю;

5). Входные токи и их разность, определяемые в заданном режиме (обычно при);

6). .

Кроме статических параметров, ОУ характеризуется и динамическими параметрами.

1). Верхняя граничная частота полосы пропускания , на которой коэффициент усиления уменьшается враз по сравнению с его величиной на.

2). Время , время в течении которого выходное напряжение усилителя изменяется от 0,1 до 0,9 значения в установившемся режиме ( на входе действует ступенчатое напряжение).

Основные параметры К140УД1Б:

;

-частота единичного усиления;

Схемотехника операционных усилителей.

Error: Reference source not found

Рис. 2.

Высокая точность выполнения функции устройством на ОУ определяется высоким входным сопротивлением, большим коэффициентом усиления, малым уровнем шумов, высокой степенью подавления синфазного сигнала, широкой полосой пропускания.

Повышение входного сопротивления достигается уменьшением входных токов, до единиц микроамперов. Для повышения коэффициента усиления применяют каскадные схемы и составные транзисторы.

При этом удается уменьшить входной ток ОУ до 1…2 мА.

Error: Reference source not found

Рис. 3.

ДУ выполнен на биполярных тр-ах . ГСТ на тр-ахвыполнен по схеме отражателя тока. При

Токи

Для уменьшения потенциалов коллекторов в их цепи включен транзистор.

Коэффициент усиления такого каскада составляет

Для увеличения усиления и создания несимметричного выхода в данную схему вводят два дополнительных инвертирующих усилителя.

Дополнительные инвертирующие усилители выполнены на тр-ах с нагрузками

Напряжение снимаемое с коллектора , инвертируется первым усилителем и черезподается на базув фазе с напряжением, снимаемым с коллектора.

Error: Reference source not found

Рис. 4.

Так как через резистор протекают токи трех транзисторов, то его сопротивление невелико, что снижает общий коэффициент усиления. На практике для устранения указанного недостаткавключают в коллекторною цепь,а резисторыподключаются к выходу эмиттерного повторителя на тр-ре.

Error: Reference source not found

Рис. 5.

В качестве каскада сдвига уровня часто применяют эмиттерный повторитель с ГСТ в цепи эмиттера.

Error: Reference source not found

Рис. 6.

Стабильный ток , проходя через сопротивление, создает на нем напряжение сдвигат.е. для получениянеобходимо выполнить условие.

Так как выходное сопротивление данного каскада, определяемое , достаточно велико, то очень часто к выходу каскада сдвига подключают эмиттерный повторитель, т.е. выходной каскад.

Выходной каскад не должен снижать усиления и в связи с этим должен обладать высоким входным сопротивлением.

Для уменьшения потребляемой и рассеиваемой мощности в большинстве ОУ применяются 2^хтактные каскады, работающие в режиме В.

Error: Reference source not found

Рис. 7.

С фазоинверсным каскадом. В последнее время широко применяют выходные каскады в интегральном исполнении, построенные на разношипных транзисторах.

Error: Reference source not found

Рис.

Характерной особенностью такой схемы является отсутствие фазоинверсного каскада.

При разнесении потенциалов без транзисторов с помощью в диодном включении схема работает в режиме АВ или А. В этом случае на базыподается напряжение смещения, которые выделяются наза счет протекания тока.