7.4. Контрольные вопросы по теме

1. Каковы причины дрейфа нуля? Методы снижения дрейфа нуля.

2. Приведите принципиальную и эквивалентную схемы УПТ.

3. Нарисуйте типичные амплитудную, частотную и фазовую характеристики УПТ.

4. Укажите особенности обеспечения стабильности работы многокаскадных УПТ.

5. Почему дрейф нуля в усилителях переменного тока значительно меньше, чем в УПТ?

6. Какие вы знаете схемные методы уменьшения дрейфа нуля?

7. Какие вы знаете конструктивные методы уменьшения дрейфа нуля?

8. Каково назначение схемы сдвига уровня?

9. Как осуществляется согласование потенциалов на входе УПТ?

10. Поясните особенности схемного построения усилителей постоянного тока.

Литература по разделу 7: [2; с. 268 — 278]; [3, с. 267 — 274]; [5, с. 294 — 320].

8. Операционные усилители

8.1. Основные понятия

Операционным усилителем (ОУ) называют усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и несимметричным выходом, имеющий весьма высокие коэффициенты усиления и входное сопротивление. В аналоговой вычислительной аппаратуре эти усилители используют для проведения различных математических операций (отсюда термин «операционный усилитель»).

Идеальный операционный усилитель имеет следующие свойства: коэффициент усиления в бесконечно широкой полосе частот бесконечно велик, входное сопротивление бесконечно велико, а выходное — близко к нулю. Как правило, в современных ОУ удается получить за счет других одну из характеристик ОУ, близкую к идеальной.

Состояние, когда при входном напряжении равном нулю, выходное напряжение (U_вых) также равно нулю, называется балансом ОУ. Однако в реальных ОУ условие баланса обычно не выполняется, т. е. наблюдается разбаланс.

Входным напряжением смещения нуля U_вх.см называют напряжение, которое необходимо подать на вход ОУ для создания баланса. Напряжения U_вх.см и U_вых связаны соотношением

U_вх.см = U_вых / К ,

где U_вх.см — входное напряжение смещения нуля;

U_вых — напряжение на выходе ОУ, обусловленное разбалансом;

К — коэффициент усиления операционного усилителя.

Основными причинами разбаланса ОУ являются:

1) существующий разброс параметров элементов операционного усилителя;

2) зависимость от температуры параметров ОУ, которая вызывает температурный дрейф входного напряжения смещения нуля и температурный дрейф выходного напряжения.

Обычно балансировку осуществляют с помощью внешних цепей, подключаемых к специальным выводам ОУ.

8.2. Структурная схема операционного усилителя

Структурная схема устройства типичного операционного усилителя изображена на рис. 8.1.

Рис. 8.1 — Структурная схема типичного ОУ

На входе ОУ включен дифференциальный каскад (ДК). Вход ОУ, обозначенный кружком, называют инвертирующим, другой вход — неинвертирующим. При подаче сигнала на неинвертирующий вход выходной сигнал будет синфазен с входным. В этом случае усилитель называют неинвертирующим. При подаче сигнала на инвертирующий вход выходной сигнал будет в противофазе с входным и усилитель называют в этом случае называют инвертирующим. Дифференциальный каскад обычно имеет внешние выводы для осуществления балансировки ОУ.

Усилитель напряжения (УН) предназначен для основного усиления сигнала. В нем обычно принимаются все меры для получения максимального коэффициента усиления.

Каскад сдвига уровня (КСУ) предназначен для сдвига уровня постоянного выходного напряжения таким образом, чтобы при подаче на вход нулевого напряжения (u_вх(t) = 0) выходное напряжение также было бы равно нулю (u_вых(t) = 0).

Выходной усилитель (ВУ) — это обычно двухтактный каскад на комплиментарных транзисторах, работающий в режиме АВ.

Корректирующая цепь (Кор) может быть включена либо в усилителе напряжения (УН), либо на входе или выходе выходного усилителя и предназначена для устранения возможности возникновения паразитной генерации в ОУ на высоких частотах (самовозбуждения ОУ).