Защита выходных каскадов от короткого замыкания

Рис. 41. Схема выходного каскада с элементами защиты от короткого замыкания

Для защиты от короткого замыкания могут быть установлены резисторы R₁ и R₄. При коротком замыкании выходов с усилителя на общий провод схемы или на один из полюсов источника питания эти резисторы ограничивают ток короткого замыкания через транзистор VТ₁ и VТ₂.

Однако, установка этих резисторов может значительно уменьшить максимально возможную амплитуду выходного напряжения. Поэтому в ОУ такую защиту не используют, но она находит применение в элементах ТТЛ.

Для защиты от короткого замыкания могут быть установлены резисторы R₂ и R₃. При замыкании за счет этих резисторов образуется отрицательная обратная связь по току для соответствующего транзистора и тем самым ток короткого замыкания через них ограничивается. Но для эффективности этой защиты нужны достаточно большие номиналы этих резисторов. Это в свою очередь увеличивает выходное сопротивление усилителей. Поэтому чтобы не сильно увеличивать выходное сопротивление эти резисторы устанавливают не очень больших номиналов и дополняют схему защиты диодами VD₃ и VD₄ или транзисторами, например, как показано на рис. 61:

Рис. 42. Дополнение схемы защиты

Рассмотрим случай короткого замыкания на общий провод схемы или на минус источника питания.

В этом случае возрастает ток короткого замыкания через транзистор VТ₁ и соответственно увеличивается падение напряжения на резисторе R₂. В результате этого открывается цепочка диодов VD₂ и VD₃. В результате потенциал базы фиксируется на уровне . В результате ток короткого замыкания ограничивается на уровне:

Отсюда и рассчитывают R₂ задавая ток I_кз.

(61)

Рассмотрим случай короткого замыкания на плюс источника питания.

В этом случае увеличивается ток короткого замыкания через транзистор VТ₂ и возрастает падение напряжения на резисторе R₃. По аналогии с предыдущем случаем открывается цепочка диодов VD₄ и VD₁ и потенциал базы транзистора VТ₂ также ограничится на уровне 2U_дот. Но при этом коллектор транзистора V₃ оказывается подключен к +Е_п через два открытых диода. Что может привести к лавинообразному возрастанию тока коллектора транзистора VТ₃ и он может выйти из строя. Поэтому чтобы этого не происходило, устанавливают транзисторы защиты VТ₄ и резистор R₅. В нормальном режиме работы схемы падение напряжения на резисторе R₅ невелико, и не влияет на работу схемы. При коротком замыкании на плюс источника питания ток через VТ₃ увеличивается, возрастает падение напряжения на резисторе R₅, открывается транзистор VТ₄ и ограничивает потенциал базы транзистора VТ₃.

Контрольные вопросы

1. Назначение и принцип работы каскадов сдвига уровня.

2. Особенности каскадов сдвига ОУ и компараторов.

3. Основы схемотехники выходных каскадов ОУ.

4. Способы защиты выходных каскадов ОУ от перегрузок.

Лекция №7. Базовые схемы включения оу в аппаратуре

План лекции

1. Повторитель напряжения.

2. Неинвертирующий усилитель.

3. Инвертирующий усилитель.

4. Дифференциальный усилитель.

Повторитель напряжения

В настоящее время использование ОУ в аппаратуре очень разнообразно. Существуют сотни вариантов схем. Но, чтобы научиться правильно понимать принцип их работы и самостоятельно проектировать схемы с ОУ необходимо знать четыре базовые схемы.

Рис. 43. Повторитель напряжения

Здесь сигнал подключен к неинвертирующему входу, поэтому фаза выходного сигнала совпадает с фазой входного.

Единственным путем для тока от источника входного сигнала является входное сопротивление ОУ, охваченного стопроцентной отрицательной обратной связью, то есть γ = 1. Поэтому схема имеет очень большое входное сопротивление по отношению к источнику сигнала:

.

(62)

За счет того, что отрицательная обратная связь стопроцентная, выходное сопротивление схемы, определяемое по формуле:

(63)

очень маленькое.

Где R_вых – выходное сопротивление без отрицательной обратной связи, приводимое в справочнике (R_вых  десятки Ом  единицы кОм).

Найдем связь U_вых и U_вх.

Если считать, что R_вх.оу = , то I_вх = 0, тогда потенциал инвертирующего входа, равный выходному напряжению усилителя определится, как .

(64)

Значит , отсюда и название схемы.

Основное назначение этой схемы – это буферное согласующее устройство.