Глава 10. Функциональные устройства на операционных усилителях Рис. 10.37. Блок-схема функционального генератора Как показано на рис. 10.34, генератор прямоугольного и тре-
угольного напряжения состоит из триггера Шмитта и интеграто-
ра, образующих замкнутый контур. Блок формирования синусои-
дального сигнала обычно представляет собой нелинейный функ-
циональный преобразователь, например, на основе аналогового
перемножителя. Если частота генератора постоянна, то в каче-
стве блока формирования синусоидального сигнала можно исполь-
зовать также фильтр нижних частот с полосой пропускания не-
сколько выше частоты требуемого синусоидального сигнала.
Функциональные генераторы производятся некоторыми фир-
мами в виде ИМС. Например, микросхема МАХ038 генерирует
синусоидальные, треугольные, прямоугольные и импульсные сиг-
налы в области частот от 0,1 Гц до 20 МГц, причем синусоидаль-
ные сигналы имеют коэффициент гармоник не более 0,75 %. Луч-
шие результаты дает применение прямого цифрового синтеза с
использованием цифро-аналоговых преобразователей.
– 239 –
Л.В.
Кропочева. «Усилительные устройства»
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица
1.
Параметры
Напр.
питания, В
Коэфф.
усиления, В/мВ
КОСС,
дБ
Операционные
усилители общего применения
140УД6
140УД7
140УД8
LF441
±
5
– ±
18
50
70
6
50
3
1
2,5
4
5
150
±
5
– ±
18
50
70
4
200
0,4
0,8
0,7
3
5
150
±
5
– ±
18
50
80
20
0,2
1000
1
5
5
5
200
±
5
– ±
18
25
70
5
0,1
-
4
15
0,25
4
-
U
см
,
мВ
Входн.
ток, нА
Диф.
вход. сопр., МОм
f
T
,
МГц
Скор.
нараст., В/мкс
Ток
потр., мА
Макс.
вых. ток, мА
Вых.
сопр.
R
ВЫХ
,
Ом
Примечание
ОУ
с ПТ на ОУ с ПТ на
входе
входе
–
240
–
Приложение
Таблица
2.
Параметры
Быстродействующие
операционные усилители
574УД3
154УД4 SL2541B
MAX437
ОРА641
AD8055
Напр.
питания, В
Коэфф.
усиления,
В/мВ
КОСС,
дБ
±5–
±
16,5
50
80
2
0,3
1000
15
50
3,5
5
±5–
±
17
8
70
6
1200
1
30
400
7
5
±7
–
±
15
10
47
10
10000
-
800
900
25
10
±
4,5
–
±
18
7000
112
0,015
35
-
60
15
4
15
±5
–
±
15
1
-
2
-
-
800
650
-
55
±5
3
82
5
1000
10
300
400
5
60
U
см
,
мВ
Входн.
ток, нА
Диф.
вход. сопр.,
МОм
f
T
,
МГц
Скор.
нараст.,
В/мкс
Ток
потр., мА
Макс.
вых. ток,
мА
Вых.
сопр.
R
ВЫХ
,
Ом
-
ОУ
с
-
-
70
-
-
Устой-
Двухкана-
чив
при льный
К>2
вариант
-
AD8056
Примечание
ПТ
на
входе
–
241
–
Л.В.
Кропочева. «Усилительные устройства»
Таблица
3.
Параметры
Прецизионные
операционные усилители
140УД21
MAX400
ICL7652
OPA177
LMC6001
Напр.
питания, В
Коэфф.
усиления,
В/мВ
КОСС,
дБ
±
12
–
±
20
1000
120
0,05
1
-
3
±
3–
±
18
1000
120
0,01
1
60
0,6
0,3
-
5
60
±
2,5
–
±8
6000
120
0,005
0,03
-
0,45
0,6
2
-
-
ОУ
с
прерыва-
нием
±
15
3000
-
0,01
1,5
-
0,4
0,1
-
12
-
±
5
– ±
15
5000
75
0,35
25
фA
>1
ТОм
1,3
1,5
0,75
20
-
Сверхвысо-
кое
Rвх
U
см
,
мВ
Входн.
ток, нА
Диф.
вход. сопр.,
МОм
f
T
,
МГц
Ток
потр., мА
Макс.
вых. ток, мА
Вых.
сопр.
Ом
Скор.
нараст., В/мкс 2,5
5
-
-
ОУ
с
Примечание
прерыва-
нием
R
ВЫХ
,
–
242
–
Приложение
Таблица
4.
Параметры
Микромощные
операционные усилители
MAX438
MAX480
MAX406
2,5
AD8541
2,7
140УД12
Напр.
питания, В
±3
– ±5
±
0,8
–
±
18
1000
190
0,075
3
30
0,02
0,01
0,015
1
–
10
–
5,5
±
1,5
–
±
18
50
25
70
5
50
10
50
5
1
0,2
0,8
0,1
0,2
0,03
2
1000
5000
Коэф.усил.,
В/мВ 6
КОСС,
дБ
90
0,5
2
90
6
10
0,075
3
1000
80
0,5
0,1
пА
-
0,02
0,02
0,0012
-
300
80
5
0,004
-
0,7
0,7
0,04
25
U
см
,
мВ
Входн.
ток, нА
Диф.
вход. сопр.,
МОм
f
T
,
МГц
Скор.нараст.,
В/мкс
Ток
потр., мА
Макс.
вых. ток,
мА
Вых.
сопр.,
R
ВЫХ
Ом
-
-
Может
-
Один
-
Есть
счетверен-
ный
варианты
работать
с источник сдвоенный и
Примечание
одним
источни-
ком
I
y
=15
мкА
I
y
=1,5
мкА
Программи-
руемый
–
243
–
Л.В.
Кропочева. «Усилительные устройства»
Таблица
5.
Параметры
Напр.
питания,
В
Коэф.
усилен.
В/мВ
КОСС,
дБ
Высоковольтные
и мощные операционные усилители
PA031 PA30PA85/85A1408УД1 157УД1 LM12 3583
±7
± 40
20
0,6
5
–
± 3 – ± 10± 15 ± 15 – ± 15
± 150
– ± 75 ± 100± 20± 40± 225
50
-
5
500
1
0,5
0,5
9
600
50
90
7
300
-
0,7
9
80
50
20
3
20
-
5
30
-
-
500
3
0,05
-
5
10
-
50
1000
-
-
-
1
20
-
-
28
-
-
-
20
1000
-
200
–
U см , мВ
Диф. вход.
сопр., МОм
Входн. ток, нА 20
1
0,8
2
f T , МГц
Скор.нараст.,
В/мкс
Ток потр., мА 4
Макс. вых.
ток, мА
Вых. сопр.
20
10000 75
30000 100000
R ВЫХ , Ом
-
10
-
-
Тепло-
вая
защита
от
пере-
грузки
-
-
Гибрид-
ная ИМС.
Отдает в
нагрузку
до 2 кВт
при
жидкост-
ом
охлажде-
нии
200
Примечание
– 244 –
Приложение
Таблица
6.
Скор.
нараст., В/мкс
Погрешн.
усиления
Ток
потр., мА
0,95
0,05
0,57
0,38
-
1
ОУ с
INA143
±
0,1; 10 0,25 -
... ± 18
-
86
5
переключаемы-
ми выводами
резисторов
1 ОУ.
Микромощный
2 ОУ.
Допустимые
MAX4199
2,7 ... 7,5 10
0,5
-
0,03
-
-
INA146
±
2,25 0,1...-
... ± 18 100
-
-
80
0,45
синфазное и
дифференциаль-
ное напряжения
– +/-100 В
3 ОУ.
Допустимые
синфазное и
дифференциаль-
ное напряжения
– +/-40 В
3 ОУ.
Допустимые
синфазное и
дифференциаль-
ное напряжения
- +/-40 В
INA118
±
1,35 1...0,12 5
... ± 18 1000
110
0,02
(K=10 0,9
)
-
INA116
1...
1000
106
1
25фА 0,02
(K=10 0,8
0)
– 245 –
Примечание
Вх. ток, нА
(К=10), %КОСС, дБ
Усиление
Модель
Uсм, мВ
Uпит, В
Л.В.
Кропочева. «Усилительные устройства»
Продолжение
таблицы 6.
1;10;
PGA204
-
100;
1000
0,05
20
110
0,024
(K=10 0,7
0)
-
Программируе-
мый
коэффициент
усиления
3
ОУ. Очень
дешевый.
Может
0,58
работать
с
одним
источником
питания
±
2,5
... 1...
0,2
1000±6
AD623
90
25
0,35
(K=10 0,3
)
AD625
± 6 ...
± 18
1...
10000
105
0,02
15
0,02
(K=10 5
)
5
3 ОУ.
Широкополос-
ный
– 246 –
Приложение
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Справочник по полупроводниковым диодам и транзисторам / Под ред.
Н.Н.Горюнова. – М.: Энергия, 1964.
2. Ризкин А.А. Полупроводниковые усилители. – М.: Связьиздат, 1961.
3. Герасимов С.М., Мигулин И.Н., Яковлев В.Н. Основы теории и расчета
транзисторных схем. – М.: Советское радио, 1963.
4. Ризкин А.А. Основы теории усилительных схем. – Изд. 3-е. – М.: Совет-
ское радио, 1958.
5. Ржевкин К.С., Андрианов Е.С. Коррекция усилителей на полупровод-
никовых триодах // Радиотехника и электроника. – 1957. – №9.
6. Волков Ю.А. Анализ транзисторного усилительного каскада с индук-
тивной коррекцией // Полупроводниковые приборы и их применение. – М.: Со-
ветское радио, 1963.
7. Боде Г. Теория цепей и проектирование усилителей с обратной связью. –
М.: Издательство иностранной литературы, 1948.
8. Шамшин В.М. Параметры усилителей с обратной связью на полупро-
водниковых триодах // Электросвязь. – 1961. – №3.
9. Анисимов В.И. Полупроводниковые усилители низкой частоты с непос-
редственной связью каскадов и обратной связью по постоянному току // Радио-
техника. – 1963. – №3.
10. Цыпкин Г.С. Электронные усилители. – М.: Связьиздат., 1960.
11. Ши Р.Ф. Усилители звуковой частоты на полупроводниковых триодах. –
М.: Издательство иностранной литературы, 1957.
12. Филиппов А.Г. Усилители постоянного тока на полупроводниковых
триодах // Использование полупроводниковых приборов в узлах электронной
аппаратуры. – М.: Госэнергоиздат, 1958.
13. Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники. Ч. 1. Линейные
электрические цепи. – М.: Энергия, 1978.
14. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник /
К.М.Брежнева, Е.И.Гантман, Т.И.Давыдова и др.; Под ред. Б.Л.Пельмана. – М.:
Энергия, 1981.
15. Проектирование усилительных устройств на транзисторах / Г.В.Войшвил-
ло, В.И.Караванов, В.Я.Краева и др.; Под ред. Г.В.Войшвилло. – М.: Связь, 1976.
16. Ламекин Е.Ф. Широкополосные интегральные усилители. – М.: Сов.
радио, 1980.
17. Войшвилло Г.В. Современная техника усиления усилителя сигналов. –
М.: Сов. радио, 1978.
18. Аналоговые и цифровые интегральные схемы / Под ред. С.В.Якубов-
ского. – М.: Сов. радио, 1979.
– 247 –
Л.В.
Кропочева. «Усилительные устройства»
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
..................................................................................
3
Глава
1. Усиление электрических сигналов при
помощи
электронных
приборов
...................................................... 4
§1.
Понятие об усилении электрических
сигналов ................... 4
§2.
Принципы усиления электрических
сигналов ..................... 5
Глава
2. Классификация усилителей
..................................... 8
§1.
Введение
................................................................................
8
§2.
Классификация усилителей
.................................................. 9
§3.
Усилители непрерывных и дискретных
сигналов ............. 10
§4.
Усилители сигналов с различными
абсолютными
значениями
усиливаемых частот
........................................ 10
§5. Классификация усилителей по назначению ...................... 11
§6. Классификация усилителей по виду примененных
усилительных элементов ..................................................... 12
Глава 3. Основные параметры и характеристики
усилителей ........................................................................ 13
§1. Основные технические показатели усилителей ............... 13
§2. Линейные искажения ........................................................... 18
§3. Переходная характеристика ............................................... 26
§4. Нелинейные искажения ....................................................... 28
§5. Собственные помехи и динамический диапазон усилителя .... 34
Глава 4. Режимы работы усилительных элементов .......... 39
§1. Режим А ............................................................................... 39
§2. Режим В ............................................................................... 40
§3. Режим С ............................................................................... 42
§4. Режим Д ............................................................................... 42
§5. Точка покоя. Напряжение смещения ................................. 43
§6. Уравнение нагрузочного режима ....................................... 46
§7. Нагрузочные линии усилителя и их построение ............... 47
Глава 5. Обратная связь в усилителях ................................. 53
§1. Введение .............................................................................. 53
§2. Способы получения и виды обратной связи ..................... 56
– 248 –
Приложение
§3.
Коэффициент усиления каскада и
коэффициент передачи
цепи
обратной связи
............................................................. 61
§4. Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики ... 63
§5. Амплитудная и динамическая характеристики,
нелинейные искажения ......................................................... 67
§6. Входное и выходное сопротивление усилителя ................ 71
§7. Устойчивость работы, стабильность параметров и
характеристик усилителя ..................................................... 75
Глава 6. Усилители на биполярных транзисторах ............ 79
§1. Однокаскадный усилитель на биполярном транзисторе с
общим эмиттером ................................................................ 79
§2. Усилители с емкостной связью .......................................... 86
§3. Каскад в области средних частот ..................................... 87
§4. Внутренняя обратная связь ................................................ 92
§5. Полный анализ ..................................................................... 95
§6. Каскад в области больших времен и низших частот ...... 99
Влияние переходных емкостей ..................................................... 100
Влияние блокирующей емкости в цепи эмиттера ...................... 102
Совместное влияние емкостей ..................................................... 104
Коррекция искажений вершины .................................................. 106
§7. Каскад в области малых времен и высших частот....... 107
Переходные характеристики ......................................................... 108
Частотные характеристики ........................................................... 114
Коррекция фронта ......................................................................... 116
§8. Расчет резисторного каскада на биполярном транзисторе.... 120
Глава 7. Усилители с трансформаторной связью ............. 126
§1. Введение .............................................................................. 126
§2. Коэффициент трансформации ................................................ 127
§3. Область средних частот....................................................... 129
§4. Область низших частот ........................................................ 132
§5. Максимальная частота генерации транзистора .................... 134
§6. Однотактный трансформаторный усилитель мощности ....... 136
§7. Двухтактные бестрансформаторные усилители мощности ... 138
§8. Расчет бестрансформаторного каскада ............................... 143
Глава 8. Эмиттерные повторители ................................... 148
§1. Однокаскадный усилитель на биполярном транзисторе с
– 249 –
Л.В.
Кропочева. «Усилительные устройства»
общим
коллектором
........................................................... 148
§2. Динамический диапазон.................................................... 151
§3. Сложные эмиттерные повторители ................................. 152
Повторитель на составном транзисторе (по схеме Дарлингтона) .. 153
Составной повторитель с внутренней обратной связью ................ 154
Повторитель с динамической нагрузкой ........................................ 157
Глава 9. Операционные усилители ................................... 159
§1. Общие сведения ................................................................ 159
§2. Идеальный операционный усилитель .............................. 162
Дифференциальное включение ................................................... 163
Инвертирующее включение ......................................................... 165
Неинвертирующее включение ..................................................... 165
§3. Внутренняя структура операционных усилителей.......... 166
Стандартная схема операционного усилителя ............................ 170
§4. Схема замещения операционного усилителя .................. 172
Входное сопротивление схемы .................................................... 173
Выходное сопротивление схемы .................................................. 173
§5. Коррекция частотной характеристики ............................. 175
Полная частотная коррекция ........................................................ 177
Подстраиваемая частотная коррекция ........................................ 179
Скорость нарастания ..................................................................... 181
Компенсация емкостной нагрузки ............................................... 181
§6. Параметры операционных усилителей ............................ 182
Динамические параметры ОУ ..................................................... 186
§7. Типы операционных усилителей ....................................... 187
Глава 10. Функциональные устройства на операционных
усилителях ...................................................................... 191
§1. Линейные аналоговые вычислительные схемы на ОУ . 191
Схема суммирования ................................................................... 191
Схема интегрирования .................................................................. 192
Схема дифференцирования .......................................................... 195
§2. Схемы линейного преобразования сигналов. Источники
напряжения, управляемые током ...................................... 197
Источники тока, управляемые напряжением ............................. 198
Источники тока с незаземленной нагрузкой ............................... 198
Источники тока с заземленной нагрузкой ................................... 200
Источники тока для нагрузки, один из полюсов которой имеет
постоянный потенциал, отличный от потенциала общей точки ... 202
– 250 –
Приложение
§3.
Преобразователь отрицательного
сопротивления.......... 203
§4.
Фильтры нижних
частот.................................................... 205
§5.
Фильтры верхних частот
.................................................. 209
Полосовые
фильтры
.....................................................................
209
Заграждающие
(режекторные) фильтры
..................................... 211
Реализация
фильтров на операционных усилителях
................... 212
§6.
Измерительный усилитель на одном ОУ
........................ 217
Измерительный
усилитель на трех ОУ
......................................... 219
§7.
Схемы нелинейного преобразования
сигналов на ОУ.
Логарифмирующие
и экспоненциальные преобразователи
.. 221
§8. Прецизионные выпрямители на ОУ ................................. 225
§9. Генераторы сигналов на ОУ ............................................. 230
Релаксационные генераторы ....................................................... 231
Автоколебательный мультивибратор .......................................... 232
Ждущий мультивибратор (одновибратор) .................................. 233
Генератор прямоугольного и треугольного напряжений .......... 235
Условия возбуждения ................................................................... 236
Приложение ........................................................................ 240
Рекомендуемая литература ............................................... 247
– 251 –
Л.В.
Кропочева. «Усилительные устройства»
Учебное
издание
Кропочева
Людмила Владимировна
УСИЛИТЕЛЬНЫЕ
УСТРОЙСТВА
Учебное
пособие
Редактор
Н.Н. Красницкая
Компьютерная
вёрстка: Р.Н. Баранчик
Сдано
в набор 12.08.2003. Подписано в печать
30.06.2004.
Формат
60×84/16. Бумага офсетная.
Печать RISO. Гарнитура Таймс.
Усл.печ.л. 14,62. Уч.-изд.л. 13,86. Тиражэкз. Заказ
Учреждение образования «Гродненский государственный
университет имени Янки Купалы».
ЛИ №02330/0133257 от 30.04.2004. Ул. Пушкина, 39, 230012, Гродно.
Отпечатано на технике издательского центра Учреждения образования
«Гродненский государственный университет имени Янки Купалы».
ЛП №02330/0056882 от 30.04.2004. Ул. Пушкина, 39, 230012, Гродно.
– 252 –