- •Предисловие
- •Глава 1. Основные сведения об электронных схемах
- •1.1. Единство электронных схем
- •1.2. Виды технической документации
- •1.3. Пассивные элементы рэа
- •1.4. Свободные электрические колебания в контуре
- •1.5. Вынужденные колебания в последовательном контуре
- •1.6. Вынужденные колебания в параллельном контуре
- •1.7. Связанные колебательные контуры
- •1.8. Электрические фильтры
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 2. Полупроводниковые диоды и транзисторы
- •2.1. Полупроводниковые диоды
- •2.2. Биполярные транзисторы
- •2.3. Тиристоры
- •2.4. Полевые транзисторы
- •2.5. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы
- •2.6. Интегральные активные и пассивные элементы
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 3. Электровакуумные приборы 3.1. Электронно-управляемые лампы
- •3.2. Электронно-лучевые трубки
- •3.3. Газоразрядные приборы
- •3.4. Фотоэлектрические приборы
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 4. Общие сведения об усилителях
- •4.1. Структурная схема электронных усилителей и их классификация
- •4.2. Основные технические показатели и характеристики усилителей
- •4.3. Виды обратных связей в усилителях
- •4.4. Влияние обратной связи на коэффициент усиления
- •4.5. Влияние обратной связи на входное сопротивление
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 5. Усилители переменного напряжения
- •5.1. Принцип усиления переменного напряжения
- •5.2. Усилительные каскады на полевых транзисторах
- •5.3. Усилительные каскады на биполярных транзисторах
- •5.4. Динамические характеристики
- •5.5. Динамические параметры
- •5.6. Эквивалентные схемы
- •5.7. Анализ частотных свойств усилителей напряжения
- •5.8. Широкополосные усилители
- •В вус на бт время установления определяется выражением
- •5.9. Коррекция ачх усилителей переменного напряжения
- •5.10. Повторители напряжения
- •5.12. Интегральные усилители переменного напряжения
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 6. Усилители мощности
- •6.1. Режимы работы усилительного каскада
- •6.2. Однотактные усилители мощности
- •6.3. Двухтактные усилители мощности
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 7. Усилители с гальваническими связями
- •7.1. Общие сведения
- •7.2. Простейшие угс прямого усиления
- •7.3. Балансные усилители
- •7.4. Дифференциальные усилители
- •7.5. Дифференциальные усилители с генераторами стабильного тока
- •В качестве диода vd в интегральных ду обычно используется транзистор в диодном включении.
- •7.6. Структура и основные параметры интегральных операционных усилителей
- •7.7. Схемотехника интегральных операционных усилителей
- •7.8. Применение интегральных операционных усилителей
- •7.9. Усилители постоянного и медленно меняющегося напряжения с преобразованием сигнала
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 8. Генераторы синусоидального напряжения
- •8.1. Условия самовозбуждения
- •8.4. Стабилизация частоты колебаний -автогенератора
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 9. Основные понятия импульсной техники
- •9.1. Виды и параметры импульсных сигналов
- •9.2. Спектральный состав импульсных сигналов
- •9.3. Формирование импульсов яс-цепями
- •9.4. Амплитудные ограничители
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 10. Логические функции и базовые логические элементы
- •10.1. Основные положения алгебры логики
- •10.2. Электронные ключи
- •10.3. Параметры логических элементов
- •10.4. Базовые логические элементы на биполярных структурах
- •10.5. Базовые логические элементы на мдп- и кмдп-структурах
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 11. Формирователи и генераторы электрических импульсов
- •11.1. Виды генераторов -электрических импульсов и их особенности
- •11.2. Мультивибраторы
- •11.3. Одновибраторы
- •11.4. Антидребезговые формирователи одиночных импульсов и перепадов напряжения
- •11.5. Генераторы линейно изменяющегося напряжения
- •11.6. Компараторы напряжений
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 12. Триггерные структуры
- •12.1. Общие сведения
- •12.2. Симметричный триггер на биполярных транзисторах V с коллекторно-базовыми связями
- •2.3. Структура и классификация интегральных триггеров
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 13. Цифровые и комбинационные электронные устройства
- •13.1. Двоичная система счисления
- •13.2. Регистры
- •13.3. Двоичные счетчики импульсов
- •13.4. Двоично-десятичные счетчики
- •13.5. Шифраторы и дешифраторы
- •13.6. Мультиплексоры и демультиплексоры
- •13.7. Устройства сдвига и сравнения кодов чисел
- •13.8. Сумматоры
- •13.9. Типы запоминающих устройств и их основные характеристики
- •13.10. Запоминающие элементы на биполярных структурах
- •13.11. Запоминающие элементы на мдп-структурах
- •13.12. Запоминающие устройства на функциональных приборах .
- •13.13. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 14. Микропроцессоры и микроэвм 1
- •4.1. Общие сведения о микропроцессорах
- •14.2. Структура микропроцессора
- •14.3. Система команд микропроцессора
- •14.4. Области использования микроэвм в народном хозяйстве
- •14.5. Программируемые калькуляторы как разновидность микроэвм
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 15. Источники стабилизированного напряжения
- •15.1. Структура источников стабилизированного напряжения
- •15.2. Однофазные неуправляемые выпрямители
- •2 . 15.3. Однофазныеуправляемые выпрямители
- •15.4. Сглаживающие фильтры
- •15.5. Электронные стабилизаторы постоянного напряжения
- •Контрольные вопросы и задания
7.6. Структура и основные параметры интегральных операционных усилителей
Общие сведения. Операционными усилителями (ОУ) называют широкий класс усилителей с гальваническими связями, работающих при наличии глубокой обратной связи. Эта обратная связь настолько велика, что параметры и характеристики устройства на ОУ практически полностью определяются видом и характеристиками элементов, входящих в цепь ОС.
Впервые ОУ были разработаны около 40 лет назад и предназначались для выполнения некоторых математических операций (сложения, вычитания, интегрирования и др.) в аналоговых вычислительных машинах. В современных ЭВМ математические операции выполняются логическими (цифровыми) ИМС, а усилители с большим коэффициентом усиления и глубокими обратными связями для этих цепей не используются. Однако термин «операционные усилители» за ними сохранился.
Реализовать высококачественный ОУ на дискретных элементах — задача очень трудная, а для серийного производства почти неразрешимая. Поэтому широкое распространение получили лишь интегральные ОУ, стабильные параметры которых достигнуты благодаря обеспечению высокой симметрии плеч входящих в них балансных каскадов и повышению сложности электрической схемы.
Структура ОУ. Независимо от сложности принципиальной схемы почти все ОУ имеют структурную схему, показанную на рис. 7.13. Операционные усилители, построенные по такой структурной схеме, имеют два входа и один выход. По отношению к выходу один из входов является инвертирующим, другой — неинвертирующим. Наличие в ОУ инвертирующего и неинвертирующего входов значительно облегчает введение в него различных ОС и с их помощью реализацию различных функций.
Отклонения от данной структурной схемы носят непринципиальный характер. Например, могут быть три каскада усиления напряжения, схема защиты выхода от короткого замыкания и схема защиты входного каскада от перенапряжений.
Рис. 7.13. Структурная схема ОУ
Каскады усиления служат для обеспечения заданного коэффициента усиления. В современных ОУ коэффициент усиления составляет от единиц до десятков тысяч. Каскад сдвига уровня напряжения предназначен для исключения постоянной составляющей напряжения, которая возникает в ОУ при непосредственной связи между каскадами. Благодаря этому каскаду на выходе ОУ устанавливается нулевое напряжение при отсутствии сигналов на его входах.
Выходной (оконечный) каскад служит для получения малого выходного сопротивления ОУ в целях лучшего согласования ОУ с нагрузкой. Он выполняется по одно-тактной, а чаще всего — по двухтактной схеме. В некоторых ОУ в выходных каскадах предусмотрена схема защиты от перегрузок, с помощью которой ограничивается максимальный ток транзисторов выходного каскада.
Питание ОУ осуществляется от разнополярных источников, благодаря чему облегчается задача компенсации смещения нуля на выходе ОУ при отсутствии входных сигналов и исключается постоянная составляющая тока и напряжения в нагрузке. Для большинства современных ОУ напряжения питания можно изменять в широких пределах: от ±3 до ±15 В (важно лишь, чтобы по абсолютному значению напряжения «положительного» и «отрицательного» источников оставались одинаковыми).
Для обеспечения устойчивости в операционных усилителях широко используются частотно-зависимые обратные связи (цепи коррекции).
Хорошие шумовые свойства ОУ обеспечиваются специальными технологическими операциями при производстве транзисторов с минимальной площадью контакта р — n-переходов с поверхностью, уменьшением абсолютных размеров транзисторов, высококачественной изоляцией и использованием во входных каскадах полевых транзисторов.
Большинство интегральных ОУ изготовляют по полупроводниковой технологии (серии K140, К153, К553, К740, К744 и др.) и лишь некоторые — по гибридной (серии 284, 287).
Параметры и характеристики ОУ. Наиболее употребительные параметры интегральных ОУ:
коэффициент усиления напряжения Ку и, или коэффициент усиления диф- ференциального сигнала;
коэффициент усиления синфазных входных напряжений Ку.сф;
коэффициент ослабления синфазных входных сигналов Кос.сф;
напряжение смещения UCM — значение напряжения на входе ОУ, при котором выходное напряжение равно нулю;
входные токи Iвх1,Iвх2 и разность входных токов ΔIвх = |Iвх1– Iвх2|, определяемые в заданном режиме (обычно при uвых = 0).
Параметры UCM, Iвх и ΔIвх изменяются с изменением температуры. Поэтому эти параметры дополнительно характеризуются температурным дрейфом, который численно равен отношению отклонения соответствующего параметра от его значения при комнатной температуре к изменению температуры окружающей среды.
Кроме указанных параметров, свойства интегральных ОУ характеризуются выходным Iвых и потребляемым Iпот токами, входным Rвх и выходным Rвых сопротивлениями, максимальными и минимальными входными и выходными напряжениями и др.
Перечисленные параметры составляют группу так называемых статических параметров ОУ. Быстродействие ОУ характеризуется динамическими параметрами, основными из которых являются следующие:
в ерхняя граничная частота полосы пропускания fв, на которой коэффициент усиления ОУ уменьшается в √2 раз по сравнению с его значением при f = 0;
частота единичного усиления f1, на которой коэффициент усиления ОУ равен 1;
скорость нарастания выходного напряжения υивых> определяемая при подаче на вход ОУ напряжения прямоугольной формы с амплитудой, равной максимальному входному напряжению. Этот параметр выражают в вольтах на микросекунду (В/мкс).
Реакцию ОУ на воздействие ступенчатого входного
Рис. 7.14. Характеристики ОУ:
а — амплитудная; 6 — АЧХ
напряжения оценивают временем установления ty выходного напряжения (см. § 5.8).
Основными характеристиками ОУ являются амплитудная и амплитудно-частотная (рис. 7.14).