14.7. Широкополосный операционный усилитель
На рис. 14.9 была приведена схема дифференциального усилителя, обладающего хорошими характеристиками при больших сигналах и имеющего нулевой потенциал покоя на выходе. При использовании его как операционного усилителя коэффициент усиления по напряжению должен быть большим, в выходное сопротивление малым.
Большой коэффициент усиления по напряжению можно получить, если исключить сопротивление Rc. Тогда коэффициент усиления по напряжению будет определяться большим внутренним сопротивлением схемы (ri) в этой точке. Ширина полосы усилителя при этом уменьшится примерно во столько раз, во сколько возрастет его усиление. Однако произведение коэффициента усиления на полосу частот при этом не изменится.
Для получения желаемого низкого выходного сопротивления следует ввести в схему преобразователь полного, сопротивления. В качестве такого преобразователя может быть использован, например, двухтактный эмиттерный повторитель, схема которого была приведена на рис. 14.11
Для того чтобы в таком усилителе можно было использовать внешнюю отрицательную обратную связь, необходимо обеспечить в нем большой запас по фазе, с тем чтобы суммарный коэффициент отрицательной обратной связи принимал значение меньшее единицы, прежде чем фазовый сдвиг составит —180°. Для этого в принципе к выходу дифференциального усилителя можно подключить RС- цепь. Однако при этом снижается скорость нарастания выходного сигнала. Значительно лучше обеспечивать необходимые характеристики переходного процесса вариацией сопротивления токовой отрицательной обратной связи re.
Низкочастотные характеристики схемы, конечно, существенно хуже, чем в обычных -интегральных операционных усилителях. Наличие необходимого для стабилизации усилителя сопротивления отрицательной обратной связи по току служит причиной низкого коэффициента усиления постоянных сигналов и большого напряжения сдвига. Поскольку для обеспечения требуемой ширины полосы усилителя входные транзисторы работают в режиме относительно больших коллекторных токов, схема будет иметь и большой входной ток покоя.
Указанные недостатки схемы можно устранить, если объединить широкополосный усилитель ОУ 2 с усилителем постоянного напряжения ОУ 1 (рис. 14.13). Тогда широкополосный усилитель будет определять высокочастотные характеристики, а усилитель постоянного напряжения- низкочастотные характеристики схемы. Единственный недостаток этой схемы состоит в том, что используется только инвертирующий вход.
Коэффициент усиления схемы на низких частотах равен А = —АD1АD2. При этом сигнал на входе операционного усилителя ОУ 2 будет достаточно большим (усиленным в ад1) раз).
Рис. 14.13. Широкополосный усилитель со стабилизацией по постоянному напряжению.
Рис. 14.14. Частотные характеристики усиления.
Следовательно, напряжение сдвига усилителя ОУ 2 уже не играет роли. Входной ток покоя операционного усилителя ОУ 2 протекает через сопротивление R2 и не попадает на вход схемы. Поэтому входной ток покоя схемы будет определяться низким входным током усилителя постоянного напряжения.
На высоких частотах выходное напряжение операционного усилителя ОУ 1 равно нулю. В этом случае общий коэффициент усиления составляет
Фильтр нижних частот R1С1 служит для того, чтобы исключить передачу сигналов высоких частот на вход усилителя постоянного напряжения, что позволяет избежать возникновения нежелательных эффектов.
Частотные характеристики коэффициентов усиления каждого из входящих в схему операционных усилителей и всей схемы приведены на рис. 14.14 [14.4].