11.6. Оу общего применения

Для большинства современных интегральных ОУ базовой моделью можно рассматривать операционный усилитель К140УД7. Принципиальная схема которого представлена на рис. 11.6. По форме АЧХ и ФЧХ этот операционный усилитель близок к двухкаскадному усилителю.

Входной дифференциальный каскад с симметричным входом и несимметричным выходом собран на транзисторах VT₁–VT₈. Работа его описана при рассмотрении дифференциальных каскадов с активной нагрузкой.

Промежуточный каскад выполнен на транзисторах VT₁₃–VT₁₅. С несимметричного выхода ДУ (коллектор транзистора VT₈) сигнал поступает на базу транзистора VT₁₃, включенного по схеме с ОК, высокое входное сопротивление схемы не нагружает выход ДУ. Сигнал с выхода эмиттерного повторителя поступает на вход усилительного каскада транзистора VT₁₅, включенного по схеме с ОЭ, с динамической нагрузкой двухколлекторного p–n–p транзистора VT₁₄, для этого используется один из его коллекторов В. Рабочий режим транзистора VT₁₄ задается транзистором VT₁₀ в диодном включении. За счет динамической нагрузки промежуточный каскад обеспечивает высокое усиление по напряжению.

Для устойчивой работы в диапазоне частот используется внутренняя коррекция, роль которой выполняет корректирующий конденсатор C₁, включенный в цепь местной обратной связи промежуточного каскада. Возникающая при этом местная ОС изменяет работу ОУ на высоких частотах: происходит заметное увеличение входной емкости промежуточного каскада. При расчете частоты среза входного сигнала можно считать, что емкость обратной связи С₁ ведет себя как конденсатор емкостью C₁(l+K_U), подключенный между входом и землей. Эффективное увеличение емкости С₁ называют эффектом Миллера. ОС одновременно уменьшает выходное сопротивление промежуточного каскада.

Эмиттерный повторитель, собранный на транзисторе VT₁₈ (эмиттер А) с динамической нагрузкой (транзистор VT₁₄, коллектор А), не снижает усиление промежуточного каскада. Режим работы VT₁₄ задается транзистором VT₁₀ по принципу токового зеркала, собранного на транзисторах VT₁₁,VT₁₂. Выходной каскад построен по двухтактной схеме на комплементарных транзисторах VT₂₃ и VT₂₄ и работает в режиме класса АВ. Необходимое напряжение смещения транзисторов VT₂₃ и VT₂₄ обеспечивается источником опорного напряжения собранного на транзисторах VT₁₆ и VT₁₇. На транзисторах VT₂₁ и VT₂₂ собрана схема защиты выходного каскада от перегрузки и короткого замыкания. Обычно эти транзисторы закрыты, ибо падение напряжения на резисторах R₁₀ и R₁₁ не велико. При большом выходном токе напряжение на R₁₀ настолько возрастает, что транзистор VT₂₁ открывается, шунтируя вход транзистора VT₂₃ и препятствует увеличению входного тока, т.е. осуществляется защита каскада от короткого замыкания (КЗ) на . Таким же образом осуществляется защита выхода от КЗ на . При открывании транзистора VT₂₂ начинает работать источник стабильного тока на транзисторах VT₁₉ и VT₂₀, который препятствует возрастанию базового тока транзистора VT₁₃ и выходного тока транзистора VT₂₄. Для получения больших значений входных сопротивлений и малых входных токов входные каскады ОУ строятся на полевых транзисторах. Примером ОУ общего применения может служить ОУ К544УД1, выполненный по двухкаскадной схеме, принципиальная схема которого представлена на рис. 11.7. Дифференциальный каскад построен на полевых транзисторах VT₁ и VT₂ с каналом n-типа. Активной нагрузкой этих транзисторов служат коллекторные цепи транзисторов VT₃ и VT₄. Данная нагрузка задает одинаковые токи стоков, что приводит к уменьшению синфазной составляющей и температурного дрейфа каскада. Для стабилизации тока в истоковой цепи дифференциального каскада и уменьшения разброса параметров, характерного для полевых транзисторов, включен источник стабильного тока на биполярных транзисторах VT₆, VT₇, который обеспечивает автоматическую регулировку тока стока транзисторов VT₁ и VT₂.

Транзистор VT₅ задает уровень смещения на транзисторы VT₃ и VT₄, а так же служит повторителем коллекторного напряжения транзистора VT₃ на базе транзистора VT₄. Каскад на транзисторе VT₄ инвертирует этот сигнал, и на коллекторе его получается сумма сигналов, существующих между коллекторными цепями транзисторов VT₃ и VT₄, в связи с чем дифференциальный выход преобразуется в несимметричный. Каскад на транзисторах VT₃ и VT₄ служит источником тока, а совместно с повторителем на транзисторе VT₅ называют

токовым инвертором. Сигнал с несимметричного выхода дифференциального каскада поступает на вход каскада промежуточного усиления, собранного на транзисторе VT₁₀ по схеме с ОЭ. Нагрузкой данного каскада является большое динамическое сопротивление источника стабильного тока, собранного на транзисторе VT₈, за счет чего достигается большой коэффициент усиления. Выходной каскад собран на комплементарных транзисторах VT₁₄ и VT₁₈, работающих в режиме класса АВ. Смещение на базах выходных транзисторов осуществляется источником опорного напряжения на транзисторах VT₁₁ и VT₁₂.

Защита выходного каскада от перегрузки и короткого замыкания осуществляется транзисторами VT₁₆ и VT₁₇. Работает схема аналогично как и у ОУ К140УД7.