29.Охарактеризуйте операционный усилитель

Операционные усилители (ОУ), широко применяемые в электронной аппаратуре за счет своей универсальности и многофункциональности, представляют собой специальные усилители постоянного тока.

Электрические схемы ОУ весьма разнообразны. Например, они могут быть с одним или двумя входами; также различают ОУ с параметрической компенсацией дрейфа нуля, преобразованием сигнала и автоматической коррекцией дрейфа нуля.

В усилителях с непосредственными связями компенсация дрейфи нуля осуществляется за счет построения входных каскадов по симметричной балансной или дифференциальной схеме.

В усилителях с преобразованием сигнала для усиления постоянной составляющей используется импульсная стабилизация типа модуляция — усиление — демодуляция.

Автоматическая коррекция дрейфа нуля может быть периодической и непрерывной.

Для ОУ принципиальное значение имеют три параметра: входное сопротивление R_вх, скорость нарастания выходного сопротивления р = ∆U_вых/∆Т(где∆U_вых — выходное напряжение сдвига;. ∆Т — разность температур) и температурный дрейф напряжении смещения ∆U_см/∆Т = 1 ... 5 мкВ/°С. Любой из этих параметров может быть улучшен, но за счет ухудшения других.

По указанным параметрам различают ОУ:

прецизионные, предназначенные для применения в контрольно-измерительной аппаратуре;

быстродействующие для схем, где требуются широкая полоса пропускания, высокая скорость нарастания выходного напряже­ния и малое время установления выходного напряжения;

универсальные или средней точности;

микромощные и программируемые, в которых рабочий ток задается внешним резистором;

с высоким входным сопротивлением;

малошумящие;

многоканальные (двух-, трех- и четырехканальные);

мощные.

Прецизионные, быстродействующие, микромощные, малошумящие широкополосные ОУ относятся к классу специализированных, поскольку один или несколько параметров у них имеют значение, близкое к предельному.

Универсальные оу

На рис. 6.9, а приведена базовая схема двухкаскадного универ­сального ОУ, содержащая входной дифференциальный усилитель па транзисторах VТ1...VТ4 и второй каскад усиления с общим эмиттером — транзисторы VТ5 и VТ6. На выходе схемы включен двухтактный усилитель мощности — эмиттерный повторитель. Второй каскад усиления работает как интегратор на высоких частотах, поскольку на инвертирующем входе (базе VТ5) включен конденсатор коррекции с емкостью С= 30 пФ.

Работу входного дифференциального каскада можно проиллюстрировать диаграммой распределения токов усилителя КР140УД7, показанной на рис. 6.9, б. При равенстве входных напряжений токи эммиттеров транзисторов VТ1 и VТ2 равны току I₁, поэтому одинаковы и токи эмиттеров транзисторов VТЗ и VТ4.

Рис. 6.9. Базовая схема (а) и диаграмма распределения токов (б) универсального ОУ

При этом полагают, что базовые токи транзисторов пренебрежимо малы. При идентичности технологических параметров токи транзисторов VТ4 и VТЗ всегда будут равны. Такое включение транзисторов называют «зеркалом токов». Потенциал точки В (см. рис. 6.9, а) — выхода дифференциального усилителя равен примерно. 2U_б__э. Когда по­является напряжение между входами ОУ, токи эмиттеров транзисторов VТ1 и VТ2 изменяются на значение ±U_вх/(2 х2б) мВ.

Допустим, что ток транзистора VТ1 получил приращение ∆I = U_вх(2 х26) мВ. Тогда ток транзистора VТ2 должен уменьшиться на такую же величину, поскольку оба эти транзистора питаются от генератора стабильного тока.

Нагрузка «зеркало токов» удваивает изменение тока на выходе первого каскада. Действительно, в точку В поступает ток ∆I _вых1, = -2∆I, поскольку второе приращение ∆I есть отклик коллекторной цепи транзистора VТ4 на изменение его базового напряже­ния, которое, в свою очередь, вызвано приращением тока транзистора VТЗ на величину ∆I.

Далее сигнал усиливается вторым каскадом на транзисторах VТ5 и УТ6 поступает на усилитель мощности, построенный на транзисторах VТ7 и VТЗ. Токи I₁ и I₂ каскадов ОУ стабилизируются различными по конфигурации схемами внутренней стабилизации.