Главная  Журналы 

[ 0 ] 1 2 3 4 5 6 7 8

применение операционных усилителей

Внутренняя структура. На рис. 1 приведена упрощенная принципиальная схема, на рис. 2 - условное графическое изображение операционного усилителя (ОУ), включенного по схеме неинвертирующего усилителя. Дифференциальный входной каскад ОУ на





Рис 3

биполярных транзисторах VT1, VT2 нагружен на токовое зеркало, собранное на транзисторах VT4, VT5. Ток покоя дифференциального каскада задает источник тока на транзисторе VT3. Второй каскад ОУ выполнен на транзисторе VT7, включенном по схеме усилителя с общим эмиттером. В качестве нагрузки второго каскада использован источник тока на транзисторе VT6. Выходной каскад ОУ образован транзисторами VT8, VT9, включенными по схеме двухтактного эмиттерного повторителя.

При использовании двухполярного источника питания ОУ имеет потенциал на выходе, близкий к нулю. Значение выходного постоянного напряжения (напряжение смещения) тем меньше, чем меньше входное напряжение сдвига. Для уменьшения входного напряжения сдвига и, следовательно, напряжения смещения необходимо резисторы R1 и R7, через которые протекают базовые токи транзисторов дифференциального входного каскада, выбирать равными.

В последнее время в общем объеме производства ОУ все больший удельный вес имеют интегральные микросхемы, в которых наряду с биполярными используются полевые транзисторы. Несмотря на большее, чем в ОУ с биполярными транзисторами на входе, напряжение смещения, ОУ с полевыми транзисторами на входе имеют более высокую скорость нарастания выходного напряжения. На рис. 3 изображена упрощенная принципиальная схема ОУ с полевыми транзисторами на входе. Дифференциальный входной каскад на VT1, VT2 нагружен на токовое зеркало, выполненное на т1)аншсторах VT4, VT5. Ток покоя дифференциального входного



каскада задан источником тока на полевом транзисторе VT3. Второй каскад ОУ выполнен на транзисторе VT7, включенном по схеме усилителя с общим эмиттером. В качестве нагрузки второго каскада использован источник тока на транзисторе VT6. На выходе ОУ -двухтактный эмиттерный повторитель на транзисторах VT8, VT9.

Отрицательная обратная связь и устойчивость. При охвате ОУ отрицательной обратной связью (ООС) выходное напряжение частично или полностью подается через цепь ООС на вход ОУ, сдвиг фаз между входным и выходным напряжениями составляет 180°. Каждый усилительный каскад ОУ можно рассматривать как фильтр нижних частот, вносящий выше частоты среза фазовый сдвиг, равный 90°. В двухкаскадном ОУ фазовый сдвиг составляет: 90-f90=180°. При охвате двухкаскадного ОУ ООС суммарный сдвиг фаз между входным и выходным напряжением составляет ьа частотах выше частоты среза второго каскада: 180+180 = 360°. Если на этих частотах коэффициент усиления ОУ больше или ра-ьен 1, то выполняется условие возбуждения автогенератора (балансы фаз и амплитуд) и ОУ возбуждается. Для предотвращения самовозбуждения ОУ используются RC-цепи коррекции, уменьшающие до 1 коэффициент усиления ОУ раньше, чем начнется влияние второго фильтра нижних частот, образованного вторым каскадом ОУ.

На практике устойчивость ОУ проверяют, подавая на вход последовательность прямоугольных импульсов (меандр) с частотой 1 ... 10 кГц и наблюдая с помощью осциллографа форму выходного сигнала. Выходные импульсы должны иметь крутые фронт и спад, но без выбросов. На рис. 4 приведена форма выходных импульсов правильно скорректированного ОУ, на рис. 5 - неправильно скорректированного.

На рис. 6 изображена схема ОУ К153УД2, включенного как неинвертирующий усилитель. Здесь цепь ООС образована элементами R2, R3, С2. Для переменного напряжения эта цепь образует делитель с коэффициентом передачи с выхода ОУ на вход, равным (R2 + R3)/R2=ll. Так ОУ К153УД2 имеет типовое значение коэффициента усиления без ООС (Кбезоос) 50 000, то при охвате его ООС коэффициент усиления с ООС Коос= (R2 + R3)/R2= 11 с погрешностью (1/ВК) • 1007о = (1/5000) • 100% =0,02%, где ВК - глубина ООС.

Схема на рис. 6 имеет коэффициент передачи по постоянному напряжению, равный 1 (так как конденсатор С2 препятствует прохождению постоянного тока через цепь R2, С2), «что уменьшает напряжение смещения.

Рис. 4

Рис. 5





[ 0 ] 1 2 3 4 5 6 7 8