4.4.6. Программируемые оу

Программируемым называют ОУ, важнейшие параметры которых (R_вх.д, K_д, I_потр и др.) могут изменяться (программироваться) при помощи внешнего сигнала управления (сигнала установки). На рис.4.20 приведена упрощенная схема программируемого ОУ типа К1407УД3. Этот ОУ является широкополосным с малым уровнем шума. На упрощенной схеме не указаны неглавные компоненты (обслуживающие компоненты). Схема ОУ содержит три каскада:

1-й каскад  1ДУ на транзисторах V1, V2 с резисторными коллекторными нагрузками R1, R2, аналогичен ДУ на рис. 4.5, 4.7;

2-й каскад – 2ДУ на транзисторах V3, V4 с активной нагрузкой (ГСТ 3), аналогичен схеме ДУ на рис. 4.13;

3-й каскад выполнен на транзисторах V5, V6 и является усилителем тока. В этом каскаде происходит перераспределение стабилизированных токов I₄, I₅ между базами выходных транзисторов V7, V8 и транзисторами V5, V6. Эта часть схемы представляет еще один распространенный в ОУ вариант токового управления выходным каскадом. Все токи в схеме, кроме цепи выходных транзисторов V7, V8, стабилизированы. ГСТ 1 стабилизирует ток эмиттеров транзисторов V1, V2 (1ДУ), точно так же, как в схеме на рис 4.7. ГСТ 2 стабилизирует ток эмиттеров транзисторов V3, V4 (2ДУ). ГСТ 3 выполняет функции активной нагрузки 2ДУ. ГСТ 4 стабилизирует ток I₄ , являющийся суммой тока эмиттера V5 и тока базы V8:

.

ГСТ 5 стабилизирует ток I₅, являющийся суммой тока эмиттера V6 и тока базы V7:

.

Рис. 4.20

ГСТ 1 … ГСТ 4 выполнены по схеме, показанной на рис 4.6,б, т.е. в этих ГСТ выходной (ведомый) повторяет (отражает) задающий ток в масштабе (k не равно 1). ГСТ 5 выполнен по схеме на рис 4.6,а.

Работа схемы. Работа 1ДУ и 2ДУ подробно описана ранее. Выходной каскад (УМ) управляется током. В схему токового управления входят стабилизаторы тока ГСТ 4, ГСТ 5, транзисторы V5, V6 и выходные транзисторы V7, V8. Транзисторы V7, V8 образуют двухтактный усилитель мощности класса AB по схеме, показанной на рис. 4.17,а. Выходной сигнал с выхода 2ДУ (с коллектора V4) ΔI_вых.4 поступает в базы транзисторов V5, V6, соединенные параллельно.

При увеличении сигнала ΔI_вых.4 положительной полярности ток эмиттера I_э5 транзистора V5 повышается, а ток базы I_б8 транзистора V8 уменьшается (от тока покоя I_б8А небольшой величины). Ток I_б8 быстро уменьшается до нуля и весь ток I₄ переводится в цепь эмиттера V5. С этого момента I_э5 = I₄ и увеличиваться больше не может. С этого же момента устанавливается ток ГСТ 5 – I₅ = I_к5  I₄ . Сигнал ΔI_вых.4 положительной полярности является закрывающим для транзистора V6, ток его коллектора I_к6 уменьшается и точно на такую же величину увеличивается ток базы I_б7 транзистора V7 (ΔI_б7 = -ΔI_к6). Увеличивается выходной ток I_э7 транзистора V7. При токовом управлении выходное напряжение U_вых определяется величинами выходного тока (I_э7) и сопротивления нагрузки R_н:

.

Ток I_э7 и U_вых растут до тех пор, пока не закроется транзистор V6 и весь ток I₅ не будет переведен в базу V7 (I_б7 = I₅ = I₄). При этом I_вых и U_вых достигнут максимального значения.

При увеличении ΔI_вых.4 отрицательной полярности ток транзистора V6 быстро достигает величины I₅ (I_Э6 = I₅) и больше не изменяется (при этом I_б7 = 0). Транзистор V5 начинает закрываться, его ток I_э5 уменьшается и ток I₄ переводится в базу транзистора V8 (точно так же, как при противоположной полярности ΔI_вых.4 ток I₅ переводился в базу V7). В результате растет отрицательный ток выхода - I_э8 и отрицательное напряжение выхода (U_вых = I_э8  R_н). Максимального значения отрицательной полярности выходной сигнал (I_вых, U_вых) достигает после полного закрывания транзистора V5 и перевода всего тока I₄ в базу V8 (I_б8 = I₄). Максимальные токи баз выходных транзисторов равны и определяются током I₄:

.

Резистор R3 в цепи коллектора транзистора V7 является элементом (частью) цепи защиты V7 от перегрузки (к.з.), аналогичной цепи защиты в схеме на рис 4.19.

Программирование режима. Все ГСТ в схеме взаимосвязаны: выходной ток одного ГСТ является входным током другого. Ток выхода ГСТ 5 I₅ определяется величиной тока I₄ (при положительном сигнале I₅ = I₄). Ток выхода ГСТ 4 I₄ – входным (задающим) током ГСТ 1. Ведущий транзистор в ГСТ 1 и ГСТ 4 общий, как в схеме на рис. 4.18.Выходной ток ГСТ 2 I₂ задается суммой токов коллекторов транзисторов V1, V2, т.е. I₂ тоже задается током ГСТ 1. Таким образом, при изменении задающего (входного) тока ГСТ 1 пропорционально ему изменяются токи всех ГСТ. Входной (задающий) ток ГСТ 1 через вывод 1 задается от внешнего источника и является током управления I_упр (или установки I_уст). На рис 4.20 вывод 1 через резистор R_упр подключен к шине +Е_п (цепь указана пунктиром), т.е. задан постоянный ток I_упр и тем самым задан постоянный режим ОУ.Вывод 1 может быть подключен к устройству управления, которое может изменять ток I_упр (режим ОУ) в соответствии с заданной программой. В этом и заключается программирование режима ОУ. Ток I_упр может изменяться от единиц до сотен мкА. Изменяя величину I_упр, один и тот же ОУ можно перевести в нормальный режим с током потребления в единицы мА, или в микромощный режим с током потребления в единицы (или десятки) мкА. Микромощный режим широко используется в аппаратуре, работающей с батарейным питанием. В паспортных данных на ОУ приводятся сведения (графики) зависимости тока потребления I_потр от тока управления I_упр и графики зависимости основных параметров от тока I_потр.