Звоните! 
 (926)274-88-54 
 Бесплатная доставка. 
 Бесплатная сборка. 
Ассортимент тканей

График работы:
Ежедневно. С 8-00 до 20-00.
Почта: soft_hous@mail.ru
Читальный зал -->  Полупроводниковая схемотехнология 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 [ 24 ] 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168

7. Внутренняя структура операционных усилителей

7.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

в предыдущей главе были сформулированы следующие основные требования к операционным усилителям:

1) пригодность схемы для усиления постоянных напряжений,

2) нулевые входное и выходное напряжения при отсутствии сигнала (напряжения покоя),

3) малый коэффициент смещения нуля,

4) высокое входное и низкое вьгходное сопротивления,

5) высокий коэффициент усиления по напряжению,

6) стандартная частотная характеристика.

Для того чтобы обеспечить высокий коэффициент усиления по напряжению, необходимо несколько каскадов усиления. Если в этих каскадах устанавливать п-р-п-транзисторы, то вследствие наличия межкаскадной гальванической связи потенциал рабочей точки транзисторов будет увеличиваться от каскада к каскаду. Чтобы выходной потенциал остался равным нулю, необходимо по крайней мере в одном из каскадов усиления осуще-. ствить отрицательный сдвиг уровня потенциала. Это можно выполнить различными способами (рис. 7.1).

а) С помощью делителей напряжения можно осуществлять сдвиг уровня, однако они ослабляют полезный сигнал.

б) Стабилитроны практически не ослабляют полезный сигнал, так как их динамическое сопротивление достаточно мало. Для того чтобы собственные шумы стабилитрона были малы, через него должен протекать достаточно большой ток.

устанавливаемый путем использования эмиттерных повторителей.

в) Схема сдвига уровня с источником тока: постоянный ток, протекающий через резистор, создает на нем падение напряжения. Если в схеме 7.1, о вместо нижнего резистора установить стабилизированный источник тока, то такая схема не будет ослаблять полезный сигнал.

г) Применение комплементарных транзисторов является наиболее простым средством, позволяющим сопрягать любые потенциалы.

Оценим, как влияет входное напряжение смещения нуля в отдельных каскадах усиления на работу операционного усилителя в целом. Для этого рассмотрим в качестве примера двухкаскадный усилитель. Если обозначить величины напряжения смещения каждого каскада через C/qi и Uo2, то при Ug = О получим следующее выражение для выходного напряжения:

и.о= -A2{Uo2 + AiUoi).

В соответствии с этим выражением на выходное напряжение усилителя в значительно большей степени влияет дрейф напряжения смещения нуля первого каскада. Это обусловливается его высоким коэффициентом усиления по постоянному напряжению. Для того чтобы уменьшить величину этого дрейфа нулевой точки, в первом каскаде усиления всегда применяют схему дифференциального усилителя. На выходе схемы, как правило, требуется получение напряжения, не симметричного относительно нулевого потенциала. Для этого могут использоваться схемы, имеющие дифференциальные входные каскады и несимметричные остальные каскады усиления. Коэффициент усиления до той точки схемы, где она становится несимметричной, должен быть достаточно большим для того, чтобы дрейф напряжения на выходе схемы, вызванный наличием несимметричных каскадов, был достаточно малым по сравнению с усиленным дрейфом входного каскада. Только тогда дрейф выход-

Jпо (

Рис. 7.1. Методы пряжения.

сдвига уровня на-



НОГО напряжения несимметричного каскада будет мало влиять на суммарную величину дрейфа выходного напряжения.

7.2. ПРОСТЕЙШИЕ СХЕМЫ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

В предыдущем разделе были рассмотрены общие требования к структуре операционных усилителей. Из этих требований следует, что в схеме операционного усилителя на входе желательно иметь каскад дифференциального усиления, а на выходе-эмиттерный повторитель. Именно такой структурой обладает представленная на рис. 7.2 простейшая схема операционного усилителя.

+к +

1 f i

Re £

Рис. 7.2. Простой операционный усилитель.

Для того чтобы транзистор уже при малых величинах входного сигнала не заходил в область насыщения или отсечки, потенциал на его коллекторе при отсутствии сигнала должен быть приближенно равен /гУ*. Величина же выходного потенциала при отсутствии сигнала должна равняться нулю. Для сдвига уровней, обеспечивающего гальваническую связь каска дов, используется стабилитрон. В приведенной схеме напряжение стабилизации стабилитрона должно составлять /г * ~ - 0,6 В. Если величина синфазного сигнала на входах усилителя равна нулю, то при правильно выбранных параметрах схемы потенциал коллектора транзистора может изменяться от нуля до К * . Диапазон изменений выходного напряжения усилителя составит при этом + Vi- При наличии положительного синфазного сигнала на входах усилителя диапазон изменения выходного напряжения уменьшается на со-

ответствующую этому сигналу величину в отрицательной области.

Операционный усилитель с одним каскадом усиления напряжения практически пригоден только для использования в качестве следящего усилителя, схема которого изображена на рис. 7.3. Коэффициент усиления цепи, охваченной отрицательной

Рис. 7.3. Следящий усилитель.

обратной связью А = \, получается при достаточном коэффициенте петлевого усиления. Для такого узкоспециального применения в схему усилителя введены некоторые изменения, показанные на рис. 7.3. Для повышения петлевого усиления и нагрузочной способности усилителя оба. резистора Rc и Re заменены источниками постоянного тока.

Потенциал эмиттеров каскада дифференциального усиления составляет - - 0,6 В. Так как благодаря действию обратной связи [/ = U, потенциал базы транзистора Tj равен + 0,6 В. Таким образом, напряжение коллектор-эмиттер для транзистора составляет 0,6 В, а для транзистора 7 равняется 1,2 В. Эти величины не зависят от приложенного входного напряжения, так что схема с таким распределением потенциалов вполне работоспособна. Это позволило исключить из нее стабилитрон, который в схеме на рис. 7.2 использовался для смещения выходного напряжения. Поскольку все потенциалы электродов транзистора Т, повторяют изменения входного напряжения, такая схема обладает высоким входным сопротивлением и малой входной емкостью. Следящие усилители, работающие как указано выше, выпускаются промышленностью в монолитном интегральном исполнении



(например, усилитель LM 310 фирмы National).

7.3. СТАНДАРтаЛЯ СХЕМА ИНТЕГРАЛЬНОГО ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ

Операционные усилители универсального применения должны обеспечивать значительно больший дифференциальный коэффициент усиления, чем усилители с одним каскадом усиления напряжения. Одна из наиболее распространенных схем операционного усилителя типа 741 представлена на рис. 7.4.

Эмиттеры транзисторов Г3 и 7 подключены к внешним выводам интегральной микросхемы, которые служат для установки нулевой точки. При помощи внешних потенциометров, подключаемых к этим выводам, можно изменять соотношение между токами коллекторов транзисторов Tj и Tj. ,

Второй каскад усиления образует составной транзистор Г5, 7. Он включен по схеме с общим эмиттером и имеет в качестве нагрузочного сопротивления источник тока. Конденсатор Q предназначен для коррекции частотной характеристики. Расчет параметров цепей частотной коррекции

I,=20m/iA


Точка ндлевоео потенциала

1кОм


-Т -Т

Точка нулевого потенс(и-

1кОм

Входной каскад выполнен по схеме дифференциального усилителя на р-п~р-транзисторах Tj и 7. Источник тока 7 служит в качестве сопротивления нагрузки транзистора Г. Ток этого стабилизированного источника, однако, не является неизменным, так как транзистор 7 совместно с транзистором 7 образует по отношению к коллекторному току транзистора так называемую схему токового зеркала. Для выходного тока входного каскада можно, таким образом, записать следующее соотношение:

h = Id - Ici-

Благодаря тому что выходным сигналом дифференциального каскада является разностный ток, синфазные изменения коллекторных токов входных транзисторов взаимно компенсируются, что значительно ослабляет синфазные входные сигналы.

Рис. 7.4. Принципиальная схема интегрального операционного усилителя \iA 741.

будет подробно рассмотрен в следующем разделе.

Выходной каскад образуют транзисторы Tj, Tg. Они включены по схеме комплементарного эмиттерного повторителя с малым током покоя (двухтактное включение в режиме А В). Такое включение транзисторов подробно рассматривается в гл. 15.

Теперь оценим дифференциальное усиление такой схемы. Для обеспечения малых входных токов транзисторы входного каскада работают с коллекторным током ~ 10 мкА. Их крутизна S при таком токе составляет приблизительно 0,4 мА/В. Крутизна всего дифференциального каскада, как было показано в разд. 4.7.1, составляет половину этой величины. Так как каждый из входных транзисторов состоит в действительности из двух идентичных транзисторов, эта величина еще уменьшится вдвое. Правда, благодаря наличию



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 [ 24 ] 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168



ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.


Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы
.