По принципу действия эта схема не отличается от схемы рис. 2.3 Аналогично выполняется источник стабильного суммарного г., истоков /и. Схема применяется также с динамическими нагрузка В настоящее время техника усиления электрических сигналов зируется на интегральной электронике. Как известно, реактив элементы трудны в интегральной реализации. Учитывая это, по ляющее большинство усилителей различного назначения выполн, на основе УПТ с непосредственной связью. По такому принцц. в частности, создают усилители звуковых частот, усилители высо частоты, широкополосные и линейные импульсные усилители, уа полосные (избирательные) усилители. На базе УПТ с непосредств; ной связью выполняют также генераторы синусоидальных колеба и многие импульсные схемы (см. гл. 3).

вх.и 0-

6х.Н&-

вых

Рис. 2.39. Обозначение ОУ в электронных схемах

§ 2.8. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Термин операционный усилитель относится к усилителям пос янного тока с большим коэффициентом усиления, имеющим диф

ренциальный вход (два входных вывод один общий выход (один вывод). Назва~ этих усилителей связано с первоначаль их применением главным образом для полнения различных операций над аналс выми величинами (сложение, вычитание, тегрирование и др.). Однако благодаря д: тижениям в области микроэлектроники широкому выпуску операционных усилш лей в интегральном исполнении открыли их более широкие схемотехнические возмо? ности. В настоящее время операционные усилители (ОУ) играют рол многоцелевых элементов при построении аппаратуры самого разлв ного назначения. Они применяются в усилительной технике, устро ствах генерации сигналов синусоидальной и импульсной форм,} стабилизаторах напряжения, активных фильтрах и т. д.

Условное обозначение ОУ показано на рис. 2.39- Один из вход усилителя (Ubx.k, + ) называется неинвертирующи а второй (UBX.n, - ) - и нве р ти р у ющ и м. При подаче сигнал на неинвертирующий вход приращение выходного сигнала совпада по знаку (фазе) с приращением входного сигнала. Если же сигна подан на инвертирующий вход, то приращение выходного сигна имеет обратный знак (противоположный по фазе) по сравнению' приращением входного сигнала. Инвертирующий вход часто испол зуют для введения в операционный усилитель внешних отрицател ных обратных связей.

Основу ОУ составляет дифференциальный каскад, применяемы в качестве входного каскада усилителя. Выходным каскадом ОУобы но служит эмиттерный повторитель (ЭП), обеспечивающий требуему. нагрузочную способность всей схемы. Поскольку коэффициент ус лени я по напряжению эмиттерного повторителя близок к единиц

Рис. 2.40. Принципиальная схема операционного усилителя

бходимое значение Киоу операционного усилителя достигается не°мощью дополнительных усилительных каскадов, включаемых С ждУ дифференциальным каскадом и ЭП. В зависимости от коли-ме ва каскадов, используемых для получения требуемого значения ч5 ОУ подразделяют на двух- и трехкаскадные.

В двухкаскадных ОУ в усилении входного сигнала участвуют ходной дифференциальный каскад и один дополнительный каскад, а в трехкаскадных - входной дифференциальный и два дополнительных каскада. В трехкаскадных ОУ входной дифференциальный каскад обычно выполняют с резистивными нагрузками, а в двухкаскадных - с динамическими нагрузками. Помимо этого, операционные усилители могут содержать вспомогательные транзисторные каскады и элементы, предназначенные, например, для сдвига уровней напряжения в тракте усиления, создания источников стабильного тока, отрицательных обратных связей по синфазным ошибкам усиления и т. д.

Для иллюстрации рассмотрим принципиальную схему простейшего трехкаскадного ОУ, приведенную на рис 2.40 (микросхема 140УД1). Питание схемы осуществляется от двух источников -\-Ек1 и -Ек2 с одинаковым напряжением. Источники питания имеют общую точку: j£Hl = }Ен2\ = Ек.

Входной усилительный каскад выполнен на транзисторах Ти Т2 по дифференциальной схеме рис. 2.33, а. Выходы первого каскада связаны с входами второго каскада на транзисторах Г5, Г6 также по дифференциальной схеме. Резистор в цепи коллектора транзистора Т5 отсутствует, так как выходной сигнал второго каскада снимается только с коллектора транзистора Т6. Источник стабильного тока во втором дифференциальном каскаде не используется. Требуемая стабильность суммарного тока /э транзисторов Тъ, Т6 достигается с помощью резистора R3 = R5. Падение напряжения на резисторе £?5 °т протекания тока /э обоих транзисторов повышает потенциал их эмиттеров, что необходимо для непосредственной связи баз транзис-ТоРов с выходами предыдущего каскада.

Третий усилительный каскад выполнен на транзисторах Т7, Тв. £>ыход его связан с входом транзистора Т9, на котором реализован выходной эмиттерный повторитель. Построение третьего усилительного каскада таково, что транзисторы Т7, Т8 представляют собой как бы управляемые элементы входного делителя эмиттерного повторителя. Управление транзистором Г7 производится по цепи базы

выходным сигналом второго каскада, управление транзистором 7? по цепи эмиттера напряжением на резисторе Rn, создаваемым протекания через этот резистор тока эмиттера транзистора Т8. Tpv зистор Ts входит в контур положительной обратной связи, поз ляющей обеспечить высокий коэффициент усиления третьего каска^ Совместное действие транзисторов Т7 и Т8 направлено либо на у личение, либо на уменьшение (в зависимости от сигнала на вх транзистора 7,6) входного напряжения эмиттерного повторите! т. е. потенциала базы транзистора Тъ относительно шины - £к2. Ц вышение напряжения на базе транзистора Т9 обусловливается уме шением сопротивления постоянному току транзистора Г7, а так. увеличением сопротивления транзистора Т8, и наоборот.

Рассмотрим характер изменения выходного напряжения ОУ изменении сигнала на базе транзистора Тг

При входных напряжениях ОУ Ubx.b = VBX.B = 0 напряжен на коллекторе транзистора 7Л таково, что близкие по величине -тенциалы базы и эмиттера транзистора Тд относительно шины - равны 4- Ек и напряжение на выходе ОУ Уъи^ =0.

Если под действием входных сигналов (показанных на рис. 2. в виде полуволн) напряжение на коллекторе транзистора Т6 увел чится (положительная полуволна), то увеличатся также токи /0, транзистора Тг Это приводит к увеличению токов /б, /э транзисто Т9. Напряжение на резисторе R i2 повышается, что уменьшает нап~ жение £)бэ и токи /б, / транзистора 7V Ввиду возрастания тока транзистора Т7 и уменьшения тока / транзистора Т8 потенция базы и эмиттера транзистора 7,в относительно шины - Ек2 етановят больше -iEa. На выходе усилителя воздается напряжение полож тельной полярности UBsa > 0 (на рис. 2.40 показана без скобо.

При снижении напряжения на коллекторе транзистора Тй то транзисторов Т7, Т9 уменьшаются, а токи транзистора Т8 увелич ваются. Это приводит к уменьшению потенциалов базы и эмитте транзистора Гв относительно шины -~Бк2, на выходе усилителя бу действовать напряжение отрицательной полярности UBblK<. 0 (, рис 2.40 показана в скобках).

Очевидно, максимальное выходное напряжение Шахты отр цательной полярности будет близко к - ERi = - i?K, а максимальа, напряжение положительной полярности Utbm max - к -f Ек1 - -г Б

Реакцию усилителя на воздействие входных сигналов легко пр следить, рассмотрев прохождение усиливаемого сигнала по все' тракту усиления (как показано на рис. 2.40, например, при пода., положительной полуволны напряжения на неинвертирующий вхс> при заземленном инвертирующем входе).

Операционные усилители характеризуются усилительн ми, входными, выходными, энергетическими, дрейфовыми, частотными и скоростными па раметрами. Рассмотрим наиболее существенные из них.

Важнейшими характеристиками ОУ являются его а м п л и т у ные (передаточные) характеристики (рис. 2.41} Их представляют в виде двух кривых, относящихся соответственн