Согласование ОУ с нагрузкой по току и по напряжению

Максимальный выходной ток ОУ общего применения обычно находится в пределах 5...20 мА. Иногда этого может оказаться недостаточно. В то же время мощные ОУ сравнительно дороги. Альтернативой их применению в некоторых случаях может быть усиление выходного тока маломощных ОУ. Можно легко увеличить выходной ток ОУ примерно в 100 раз. Для этого достаточно использовать двухтактные эмитгерные повторители на комплементарных транзисторах в режиме класса В (рис. 6). Однако из-за низкого быстродействия операционных усилителей общего назначения даже при наличии обратной связи возникают ощутимые переходные искажения. Их можно ослабить, введя в схему резистор R1.

Рис. 6.

При малых выходных токах, допустимых для данного ОУ, транзисторы закрыты и нагрузка питается только от усилителя. При увеличении выходного тока напряжение база-эмиттер соответствующего транзистора также увеличивается, транзистор открывается и начинает отдавать ток в нагрузку.

Если необходимо повысить выходное напряжение на изолированной нагрузке не более чем в 2 раза без увеличения выходного тока, то наиболее просто эта задача решается включением выходных каскадов ОУ по мостовой схеме (рис. 7).

Рис. 7.

Усилитель У1 — ведущий, а усилитель У2, на котором выполнен инвертирующий повторитель, — ведомый. Выходное напряжение У2 относительно общей точки равно по абсолютной величине выходному напряжению У1, но имеет противоположную полярность. Как следствие, размах напряжения на нагрузке R_L вдвое больше размаха одиночного ОУ того же типа и при том же питании.

Если удвоения напряжения недостаточно, или нагрузка обязательно должна одним полюсом соединяться с общей точкой, а также в случае, когда требуется одновременно увеличить и напряжение, и ток, можно применить схему, показанную на рис. 8 и представляющую собой развитие схемы на рис. 6.

Рис. 8.

Здесь ОУ питается от эмиттерных повторителей на транзисторах VT1 и VТ2 для ограничения напряжений питания в безопасных пределах. Величины этих напряжений (обычно номинальные для данного типа ОУ) устанавливаются делителями на резисторах R3, R4. Токи коллекторов транзисторов VT1 и VТ2 практически совпадают с токами их эмиттеров, поэтому оконечные транзисторы VT3 и VТ4, как и в прототипе, управляются токами, потребляемыми ОУ. Резистор R6 сопротивлением в несколько десятков Ом, обеспечивают нужную зависимость этих токов от выходного тока ОУ. Резисторы R5 выбираются из условия, чтобы в режиме покоя (при нулевом сигнале на входе) токи в цепях питания ОУ создавали на них падения напряжения, достаточные для установления начальных токов транзисторов VT3 и VТ4, обеспечивающих отсутствие нелинейных искажений в области нулевых выходных сигналов. Конденсатор С предназначен для коррекции частотной характеристики усилителя. Он обеспечивает снижение коэффициента усиления оконечного каскада на высоких частотах до единицы. Напряжения питания схемы ±Vs могут превосходить номинальные напряжения питания ОУ в два и более раз. Рекомендуется дополнить эту схему цепями защиты от короткого замыкания и перенапряжений.