31. Применение ду: парафазный, каскадный усилители. Операционный усилитель, назначение, условное обазначение, зависимость напряжения выходного сигнала от входных напряжений. Реальные параметры оу.

В общем виде дифференциальный усилитель имеет два входа и два выхода. Однако, в такой полной комплектации используется редко. Обычно усиливается один сигнал, поступающий на один из входов, и далее используется один из выходных сигналов.

Типовые применения дифференциальных усилителей показаны на рис 9.5. Парафазный усилитель применяется для получения двух противофазно изменяющихся выходных сигналов, например, для отклонения луча в ЭЛТ.

К аскодный усилитель (Рис.9.5б) используется в тех случаях, когда необходимо ослабить до пренебрежимо малой величины действие обратной проходной проводимости транзистора у₁₃. Усиливаемый сигнал поступает на управляющий электрод VT1, а усиленный снимается с выходного электрода другого транзистора –VT3. При этом VT1 имеет общий сток, а VT3 – общий затвор. Благодаря малой величине обратной проходной проводимости каскодный усилитель позволяет усиливать сигналы с очень широким спектром.

Данные примеры не исчерпывают множества применений дифференциальных усилителей. Один из них рассмотрим отдельно.

Операционные усилители (ОУ) первоначально создавались для реализации линейных операций над сигналами, однако впоследствии круг их применений значительно расширился.

К числу линейных операций относятся умножение сигнального напряжения на постоянный множитель (u_вых=ku_вх), суммирование нескольких сигналов, умноженных на постоянные множители (u_вых=k₁u_вх1+k₂u_вх2+…), дифференцирование сигнального напряжения (u_вых=kdu_вх/dt), интегрирование сигнального напряжения (u_вых=k∫u_вхdt). Для реализации этих операций требуется базовый линейный элемент с дифференциальным входом и возможно большим коэффициентом усиления, который был назван операционным усилителем. Его условное обозначение показано на рис.10.1. Операционный усилитель (ОУ) рассчитан на двухполярное питание (Е_п1, Е_п2). Имеет два входа, напряжения входных сигналов обозначены u₁₁, u₁₂. Усиленный сигнал – u₂ снимается с выходной клеммы, причем в активном режиме ОУ

u₂=k(u₁₁-u₁₂) (10.1)

В ход ОУ, сигнальное напряжение с которого (u₁₁) усиливается с положительным коэффициентом, называется неинвертирующим. Другой вход (u₁₂), соответствующий отрицательному коэффициенту усиления, называется инвертирующим. Он помечен на обозначении ОУ кружком – значком инверсии.

Коэффициент усиления – k у идеального ОУ должен быть бесконечно большим. Реальные ОУ имеют конечный коэффициент усиления от 10⁴ до 10⁶. Очевидно, что базовое соотношение (10.1) между сигнальными напряжениями может выполняться только в ограниченном диапазоне выходного напряжения – u2. Реальная зависимость u₂ от разности u₁₁-u₁₂ выражается графиком, показанном на рис.10.2. В виду огромной величины коэффициента усиления, активный режим ОУ реализуется только в узком интервале разности входных напряжений от долей до единиц милливольт |u₁₁-u₁₂|<10^-3B. Тем не менее, удается удерживать ОУ именно в этом линейном режиме работы.

В нутренняя структура ОУ включает в себя три каскада: дифференциальный усилитель, промежуточный усилительный каскад, выходной эмиттерный повторитель. На рис.10.3 показана упрощенная схема ОУ. Два транзистора, обозначенные D1, D2 фактически являются диодами цепи смещения рабочих точек транзисторов (VT4-VT5) эмиттерного повторителя. Промежуточный усилительный каскад состоит из VT3 и балластного резистора R3. Входной дифференциальный усилитель образован VT1, VT2 и резисторами R1, R2. Реальные ОУ в микроэлектронном исполнении вместо резисторов используют стабилизаторы тока и имеют дополнительные цепи для защиты выходных и входных транзисторов от перенапряжений и больших токов. Однако структура их не отличается от показанной на рис. 10.3.