Операционные усилители

Операционные усилители.

Вершиной схемотехники УПТ называются операционные усилители постоянного тока.

Операционный усилитель (ОУ) – это унифицированный многокаскадный УПТ с дифференциальным входом и обычно монофазным (одним) выходом, обладающий характеристиками, близкими к идеальному УПТ. Предназначен для обработки аналоговых сигналов, обычно в схемах с обратной связью.

Характеристики идеального ОУ	Характеристики реального ОУ
Кu → ∞ W=(0 ÷ ∞)	Кu=104 ÷106 w=0; Кu~1 f=2÷15 мГц
Uвых мах=+∞	Uвых= ±Еп ─1.5 В; Еп= ±3 ÷±15 В
Rвх=∞	Rвх=200 кОм÷200 мОм
Rвых=0	Rвых=20÷500 Ом

Реальные УПТ строятся на основе 2-х или 3-х каскадных УПТ.

Первый каскад (транзисторы VT1 и VT2) представляет собой дифференциальный усилитель, в котором для задания эмиттерного тока транзисторов используется схема токового зеркала на транзисторах VT3 и VT4.

Резисторы R_э1 и R_э'1, обеспечивая введение в каждую цепь каждого транзистора дифференциального каскада ООС по току нагрузки увеличивают входное сопротивление усилителя.

Согласующий (промежуточный) каскад на транзисторах VT5 и VT6 выполнен по схеме дифференциального усилителя, к выходу которого подключён каскад на транзисторе VT7 по схеме с общим эмиттером.

Особенностью согласующего каскада является использование в ДУ транзисторов, проводимость которых противоположна транзисторам входного каскада. Применен несимметричный (монофазный) выход, поэтому резистор в коллекторной цепи VT6 отсутствует.

Режим по постоянному току каскада на транзисторе VT7 стабилизируется введением ООС по току нагрузки (R_э3)

Резистор Rк3 является нагрузочным для каскада VT7. Выходной каскад представляет собой двухтактный усилитель мощности, работающий в классе АВ. Необходимое для этого начальное смещение задаётся диодами VD1 и VD2. Эти же диоды обеспечивают стабилизацию режима покоя выходного усилителя. Выходные резисторы R_э4 и R_'э4 обеспечивают согласование параметров комплиментарной пары транзисторов выходного каскада (VT8, VT9), и ограничивают его выходной ток.

Основные параметры:

· Ku по напряжению.

· U_вх смещения – напряжение обусловлено неидентичностью транзисторов входного каскада ОУ. Оно проявляется в том, что при Uвх=0 выходной сигнал усилителя не равен 0.Численно определяется как напряжение смещения, которое необходимо подать на вход усилителя, чтобы его выходное напряжение было равно 0.

Типичное значение 1-10мкВ

· Выходной ток смещения (_{I вх. см})

· Разность входных токов (ток сдвига) – (I_вх)

Передаточная характеристика

Коэффициент усиления по напряжению равен отношению ΔU_вых к ΔU_вх. Ku=

Входное напряжение смещения численно определяется как напряжение, которое нужно приложить ко входу усилителя, чтобы выходное напряжение было равно 0 (из-за несимметричности параметров транзисторов выходного каскада при ∆U_вх=0 следовательно U_вых≠0).

Это напряжение называют напряжением сдвига нуля: U_см=10^-5 ─10^-8 В.

Входной ток (ток смещения) – ток, втекающий во входные выводы операционного усилителя, необходимый для обеспечения требуемого режима транзистора, входного каскада по постоянному току.

I_вх=1мкА─ 100нА

Разность входных токов (ток сдвига) ∆I_вх численно равен модулю разности входных токов.

Различают R_{вх диф} и синфазное входное сопротивление R_{вх синф.}

R_{вх диф} определяется как сопротивление между входами операционного усилителя(от 10 МОм до нескольких ГОм).

R_{вх синф} определяется как сопротивление между входами операционного усилителя и нулевой шины источника питания. R_вых - сопротивление выходного каскада(от 10 до сотни Ом).

Коэффициент подавления синфазного сигнала определяется как степень подавления синфазной составляющей сигнала, приблизительно равной

Максимальная скорость изменения выходного напряжения определяется при подаче на вход ОУ напряжения ступенчатой формы.

Частота единичного усиления – это частота сигналов, при которой модуль коэффициента усиления по напряжению равен 1.

Параметры:

- Максимально допустимое напряжение питания U пит (+\- 15 В)

- Максимальный допустимый выходной ток I _вых.

- Максимальная допустимая рассеиваемая мощность P _{p max}

- Диапазон рабочих температур.

- Максимальное допустимое входное синфазное напряжение ≈+\- U_пит

- Максимальное допустимое входное диф. напряжение ≈+\- U_пит