5.1. Схемотехника оу
1) Входной каскад
Во всех поколениях ОУ входной каскад обобщённо выполняется по схеме дифференциального каскада, т.к. именно он позволяет получить два входа. Дифференциальные каскады могут быть построены как на биполярных, так и на полевых транзисторах.
Типовая схема:
Типовая схема:
Элементарная схема, хотя и позволяет получить два входа, но входное сопротивление невелико. Чтобы его увеличить транзисторы VT1 и VT2 заменяются составными транзисторами, включенными по так называемой схеме Дарлингтона:
.
Это использовалось в ОУ 2-ого поколения.
Кроме бесконечно
большого входного сопротивления от
входного каскада надо также получить
очень большой коэффициент усиления.
,
где
–
сопротивление в коллекторной цепи.
Возникает сложность: с увеличением
уменьшается.
В этом можно наглядно убедиться, задаваясь
конкретными значениями. Чтобы увеличить
,
а
–
оставить постоянным, надо увеличить
.
Но это сводит на «нет» все достоинства
микроэлектроники. Поэтому в 3-ем поколении
вместо омического резистора –
,
у которого сопротивление остаётся
одинаково как для постоянного, так и
для переменного тока – стали применять
активные сопротивления (двухполюсники),
которые для постоянного тока имеют
–малое, а для переменного – очень
большое сопротивление. Вместо биполярных
используются – полевые транзисторы.
Схема с полевыми транзисторами и активной нагрузкой:
–
для постоянного тока
–
для переменного тока
С учётом того, что
ОС по току даёт увеличение выходного
сопротивления в величину
–
активная нагрузка выглядит:
.
VT3 – является эмиттерным повторителем для сигнала, полученного на выходе VT1 и предназначен для того, чтобы полностью реализовать дифференциальный выход схемы (К при этом увеличивается в два раза).
Примечание: вход
каскада симметричный
,
а выход – асимметричный.
2) Промежуточные каскады
Промежуточные каскады в ОУ 1-ого поколения выполнялись так же, как и входные по схемам дифференциальных каскадов, при этом их отличительной особенностью было то, что схема не имела ГСТ; имела асимметричный выход; в коллекторной цепи 1-ого транзистора отсутствовало сопротивление, то есть возможности использовались в два раза меньше. Т.к. ОУ является усилителем постоянного тока по существу, т. е. межкаскадные связи – гальванические, нельзя применять разделительные конденсаторы. Но принцип равных потенциалов (две точки можно соединить, если потенциалы равны – если наоборот, то необходим блок сдвига уровня) должен соблюдаться. Поэтому в задачу промежуточных каскадов также входит обеспечение сдвига уровня предыдущих каскадов к уровням последующих.
3) Оконечные каскады
Выходной каскад строится по схеме с общим коллектором с целью получения ничтожно малой величины выходного сопротивления и в него заводится ПОС по току, которая способствует уменьшению выходного сопротивления:
Оконечные каскады в ОУ 1-ого поколения были однотактными. ОУ 2-ого и 3-его поколений строятся по двухтактным схемам.
Схема выходного каскада ОУ широкого применения:
В ОУ 3-его поколения схемы – двухтактные и введены элементы защиты от КЗ на выходе.