4_2_8

На рис.4.28 приведена упрощенная принципиальная ОУ в интегральном исполнении. Первый каскад устройства выполнен на дифференциальном усилителе (транзисторы VT1 и VT2), в котором для задания эмиттерного тока транзисторов использована схема «токового зеркала» на транзисторах VT3 и VT4. Для уменьшения мощности, рассеиваемой в усилителе, резистор смещения Rсм «токового зеркала» питается от одного источника питания ОУ.

Резисторы Rэ1 и Rэ1', обеспечивая введение в цепь каждого транзистора дифференциального каскада местной последовательной ООС по току нагрузки, увеличивают входное сопротивление усилителя.

Рис.4.28 Упрощенная схема трехкаскадного ОУ

Усилитель напряжения также выполнен с использованием дифференциального каскада (транзисторы VT5 и VT6), к выходу которого подключен каскад по схеме с общим эмиттером (VТ7). Особенностями этого каскада являются использование в дифференциальном усилителе транзисторов, проводимость которых противоположна проводимости транзисторов входного каскада, и применение несимметричного выхода. Вследствие этого нагрузочный резистор в коллекторной цепи транзистора VT6 отсутствует. Режим по постоянному току в каскаде на транзисторе VT1 стабилизируется введением цепи последовательной ООС по току нагрузки. Резистор Rк3 является нагрузочным для каскада на транзисторе VT7.

В выходном каскаде усилителя использована схема двухтактного усилителя мощности, работающего в классе АВ. Необходимое для этого начальное смещение задается диодами VD1 и VD2. Эти же диоды обеспечивают температурную стабилизацию режима покоя выходного усилителя. Эмиттерные резисторы Rэ4 и Rэ5 обеспечивают согласование параметров комплементарной пары транзисторов выходного каскада ОУ и ограничивают его максимальный выходной ток.

Схема усилителя снабжена тремя выводами для подключения двухполярного источника питания, выходным выводом, выводом для подключения внешней коррекции Uкор и двумя входными выводами. Цепь внешней коррекции позволяет изменять частотную характеристику усилителя, что важно при введении в него различных цепей обратной связи. Следует отметить, что цепи коррекции часто встраиваются непосредственно в усилитель.

Как уже отмечалось, применение двух источников питания при подключении нагрузки к их общей точке позволяет формировать на выходе двухполярное напряжение. Следовательно, передаточная характеристика усилителя расположена в двух квадрантах. На рис.4.29 приведены передаточные характеристики ОУ соответственно для неинвертирующего и инвертирующего входов. Из этих характеристик следует, что максимальное выходное напряжение ОУ (Uвыхmах) всегда меньше напряжения питания.

Как было показано выше, это является следствием использования в двухтактном усилителе мощности транзисторов, включенных по схеме с общим коллектором.

а б

Рис 4.29 Передаточные характеристики ОУ: а – по неинвертирующему входу;

б – по инвертирующему входу

4.2.8.3 Примеры использования ОУ

При рассмотрении основных типовых применений ОУ будем полагать, что влиянием собственных параметров усилителя с учетом того, что KU и Rвх достаточно велики, а Rвых достаточно мало, можно пренебречь.

Типовая схема усилителя с обратными связями представлена на рис.4.30.

Входной сигнал и сигнал обратной связи подаются на один и тот же инвертирующий вход. При этом образуется цепь параллельной отрицательной обратной связи по напряжению.

Сопротивления резисторов Z, реализующих обратную связь в общем случае имеют комплексный характер.

В этом случае, предполагая, что Кu →∞, коэффициент передачи усилителя с обратными связями определяется равенством [5]:

Кu оос = - Zос/Z1.

Минус означает, что фазы входного и выходного напряжений сдвинуты относительно друг друга на 1800 .

Рис.4.30 Усилитель с обратными связями

Рассмотрим некоторые примеры применения ОУ.

Масштабный усилитель. Если в цепь обратной связи включить резисторы Rос и R1, то выходное напряжение будет определяться соотношением:

Uвых(t) = - Uвх(t).

Отношение Rос/R1 называют масштабным коэффициентом.

При условии Rос = R1= R усилитель становится инвертором, т.е.:

Uвых(t) = -Uвх(t).

Суммирующий усилитель. Суммирующий усилитель предназначен для формирования напряжения, равного усиленной алгебраической сумме нескольких входных сигналов, т. е. выполняет математическую операцию суммирования нескольких сигналов. При этом выходной сигнал дополнительно инвертируется. В качестве примера на рис.4.31 приведена схема устройства, выполняющего данную операцию для трех входных напряжений.

Рис.4.31 Суммирующий усилитель

Соотношение для определения выходного напряжения имеет вид:

Uвых = -(Uвх1Rос/R1 + Uвх2Rос/R2 + Uвх3Rос/R3 ).

Сигнал на выходе равен алгебраической сумме входных сигналов, взятых со своими масштабными коэффициентами, но с обратным знаком.

В частном случае, если R1= R2 = R3 = Rос, получим

Uвых = -(Uвх1 + Uвх2 + Uвх3).

Интегрирующий усилитель (интегратор). Интегратором называется электронное устройство, выходной сигнал которого пропорционален интегралу по времени от его входного сигнала. Простейшая схема интегратора, выполненная на ОУ, приведена на рис.4.32.

Рис.4.32 Интегрирующий усилитель

Данная схема является инвертирующим усилителем, в цепь обратной связи которого включен конденсатор С. При этом коэффициент передачи усилителя находится как:

Uвых(t) = -1/RC Uвх(t)dt.

Дифференцирующий усилитель(дифференциатор). Дифференциатором называется устройство, выходной сигнал которого пропорционален производной от его входного сигнала. Другими словами, выходной сигнал дифференциатора пропорционален скорости изменения его входного сигнала.

Простейшая схема дифференциатора, выполненная на ОУ, приведена на рис.4.33.

Рис.4.33 Дифференцирующий усилитель

Выходное напряжение данного усилителя определяется соотношением:

Uвых(t) = - RC dUвх(t)/dt.