2.1 Параметры и характеристики оу

Ниже приведена таблица 2.1 с основными параметрами ОУ.

Таблица 2.1

Параметр	Идеальный ОУ	Реальный ОУ
КU 103		10 1000
RВХ, кОм		10 102 (БТ) 103 1012 (ПТ)
RВЫХ, Ом	0	1 1000
f1, МГц		0,1100
KОС СФ, дБ		40110

К_U- коэффициент усиления ОУ К_U=U_ВЫХ  (U_ВХ2- U_ВХ1), R_ВХ- входное сопротивление (БТ- входной каскад выполнен на биполярных транзисторах, ПТ- на полевых транзисторах), R_ВЫХ- выходное сопротивление, f₁- частота единичного усиления, т. е. частота, на которой коэффициент усиления снижается до единицы, K_{ОС СФ}- коэффициент ослабления синфазного сигнала

K_{ОС СФ}= К_U К_{U СФ}. К_{U СФ}= U_ВЫХ U_ВХ. U_ВХ= U_ВХ1= U_ВХ2.

Характеристика прямой передачи приведена на рисунке 2.2а. Пунктиром показаны идеализированные характеристики. Цифрой 1 обозначена характеристика по инвертирующиму входу, цифрой 2 – по неинвертирующему. Однако реальные характеристики отличаются тем, что на выходе при

а)

б)

Рисунок 2.2

отсутствии входного сигнала имеется некоторое напряжение (положительное или отрицательное, как показано на рисунке 2.2а) из-за не идеальности элементов схемы. Напряжение смещения U_СМ – напряжение, которое необходимо приложить на входе, чтобы на выходе получить нулевое напряжение. В современных усилителях предусмотрены специальные выводы (NC) для балансировки (получения нуля на выходе).

Пример АЧХ приведен на рисунке 2.2б. Частота, на которой коэффициент усиления снижается до единицы и есть частота единичного усиления f₁. Частота, при которой К_U снижается в , называется предельной f_ПР. В области от 3 f_ПР до f₁ действует соотношение К_U(f)ff₁.

2. Структура оу

Современные ОУ имеют, как правило, четыре структурных элемента. Входной дифференциальный усилитель (ДУ), который усиливает разностный сигнал. Промежуточный усилитель (ПУ). В случае ОУ с низким коэффициентом усиления ПУ может отсутствовать. В ОУ с большим

Рисунок 2.3

коэффициентом усиления в качестве ПУ могут использоваться так же дифференциальные каскады, но с однотактным выходом. Схема сдвига уровня (ССУ) осуществляет установку на выходе нулевого потенциала, так как на выходе ПУ как правило, напряжение отличается от нуля. Эмиттерный повторитель (ЭП) обеспечивает малое выходное сопротивление. Между каскадами существует непосредственная связь (без разделительных конденсаторов).

2.3 Дифференциальный усилитель

Дифференциальный усилитель (ДУ) предназначен для усиления разности двух напряжений U_{ВЫХ ДУ}=К_{U ДУ}(U_ВХ2-U_ВХ1). В идеальных ДУ выходное напряжение пропорционально только разности входных напряжений и не зависит от их абсолютной величины.

Принципиальная схема ДУ на биполярных транзисторах приведена на рисунке 2.4а. А принцип работы поясняется с помощью рисунков 2.4б и 2.4в.

а)

б)

в)

Рисунок 2.4

Если на вход 1 подать гармонический сигнал (рисунок 2.4б), а вход 2 соединить с общим проводом, то ток коллектора первого транзистора I_К1 будет изменяться в соответствии с сигналом. При положительном полупериоде сигнала на входе ток коллектора VT1 увеличивается, падение напряжения на резисторе R1 также увеличивается и напряжение на коллекторе транзистора VT1, (на выходе 1) уменьшится. Таким образом, выход 1 по отношению ко входу 1 является инвертирующим. Если теперь напряжение подавать на вход 2, то при положительном полупериоде сигнала на входе ток коллектора I_К2 также будет расти, но на эту же величину снизиться ток I_К1 (в цепи эмиттеров стоит источник тока I_К1+ I_К2= I₀) и напряжение на выходе 1 будет увеличиваться. Т. е. вход 2 по отношению выхода 1 является неинвертирующим.

Коэффициент усиления дифференциального усилителя в первом случае равен

K_{U ДУ}=U_{ВЫХ 1} / U_{ВХ 1} (1),

U_{ВЫХ 1}= I_К1R1 (2). I_К1= h_21Э I_Б1 (3)

Входное напряжение распределяется на двух эмиттерных pn-переходах

U_{ВХ 1} =(I_Б1h_11Э+ I_Э2 h_11Б). (4)

I_Э2= (h_21Э+1) I_Б1 (5) и h_11Б= h_11Э / (h_21Э+1) (6)

Подставляя (2, 3, 4, 5 и 6) в (1) получим K_{U ДУ}= h_21ЭR1 / 2h_11Э. Входное сопротивление R_ВХ= U_{ВХ 1}/ I_Б1= 2h_11Э.

Таким образом, для получения большого входного сопротивления необходимо работать при малых токах базы, но при этом значительно снижается коэффициент передачи по току h_21Э, а, следовательно, и К_{U ДУ}.

В ДУ, выполненных таким образом, коэффициент усиления составляет

K_{U ДУ}=10-20, а входное сопротивление десятки кОм, что далеко от идеала.