Операционный усилитель (оу)

В основе ОУ лежат дифференциальные усилители. Основными характеристиками ОУ являются:

• R_вх=;

• R_вых=0;

• Полоса усиливаемых частот f=.

• Коэффициент усиления К=.

Эти характеристики отвечают требованиям идеального ОУ. Для реального ОУ:

• R_вх – порядка десятков ГОм;

• R_вых – порядка десятков Ом;

• Полоса усиливаемых частот достигает 10 ГГц.

• Коэффициент усиления К=10⁶.

В ОУ входят 4 каскада:

1. дифференциальный усилитель;

2. каскад сдвига уровня выходного сигнала

3. эмиттерный повторитель

4. каскад защиты

С хема ОУ К140УД1А.

Первый каскад ОУ выполнен по схеме симметричного дифференциального усилителя. В цепи эмиттеров обоих транзисторов – VT1 и VT2 включен генератор стабильного тока, обеспечивающий постоянство суммы протекающих эмиттерных токов за счёт введения ООС с термостабилизирующим транзистором VT6, включенным по диодной схеме. Второй каскад VT4-VT5 - несимметричный дифференциальный каскад, т.к. VT4 включен по схеме с общим коллектором. Его нагрузочным сопротивлением является R6. Это позволяет из дифференциального выходного напряжения с VT1-VT2 получать однофазное на выходе VT5. VT7 – эмиттерный повторитель, позволяющий снизить уровень выходного сигнала. Диод VD1 служит отрицательной обратной связью (ООС) VT7. VT8 является элементом положительной обратной связи для эмиттерного повторителя VT9, что способствует снижению выходного сопротивления.

Дрейф нуля упт.

Дрейфом нуля УПТ (постоянного тока) называют явление наличия выходного напряжения при холостом ходе в условиях короткого замыкания на входе или U_вх=0.

« » - инвертирующий вход

«+» - неинвертирующий вход.

Осциллограф обладает R_вх порядка сотни ГОм и полосой пропускания на всех частотах.

В течение 30 дней ведём наблюдение (см график).

С течением времени виден на выходе дрейф нуля. Дрейф нуля можно разложить на две составляющие: 1 – низкочастотная составляющая, характеризуется изменением температуры и старением полупроводниковых элементов.

Температурное изменение выходного напряжения зависит от свойств полупроводника и концентрацией примесей в нём. Для кремниевых полупроводников U_вых составляет 0.60.8 мкВ/град, а для германиевых 2030 мкВ/град. Полевые транзисторы обладают меньшим дрейфом, чем биполярные. Это объясняется тем, что с ростом температуры увеличивается разность потенциалов между затвором и каналом, что приводит к увеличению тока через канал. С другой стороны рост температуры ведет к снижению подвижности неосновных носителей заряда, таким образом компенсируется рост тока через канал.

Высокочастотная составляющая 2 характеризуется внешними помехами, создающимися как по цепи общего источника питания, так и от наводок электромагнитных колебаний.

Методы борьбы с дрейфом нуля

Существует несколько путей борьбы с дрейфом нуля:

1. Применение мостовых или дифференциальных схем включения транзисторов в каскадах ОУ.

Существует четыре типа включения:

а) включение ОУ с несимметричным входом и несимметричным выходом;

б) … с несимметричным входом и симметричным выходом;

в) … с симметричным входом и несимметричным выходом;

г) … с симметричным входом и симметричным выходом;

2. Включение в общую цепь дифференциальных усилителей отрицательных обратных связей стабилизирующий общий ток при воздействии дифференциального сигнала. Данный метод позволяет снижать коэффициент усиления синфазного сигнала и увеличивать коэффициент усиления дифференциального сигнала.

3. П рименение модуляции входного сигнала его усиления с последующей демодуляцией.

Выходной сигнал поступает на модулятор (М), где модулируется высокой частотой генератора Г и превращается в сигнал переменного тока который подаётся на усилитель переменного тока . УПерТ принципиально не обладает дрейфом нуля и входной сигнал усиливается до необходимого уровня и затем передаётся на демодулятор, который представляет собой синхронный детектор. С синхронного детектора сигнал поступает на фильтр, где отсекается высокочастотная составляющая генератора.