В таблице классификации усилителей ОУ относится к усилителям постоянного тока (УПТ) с большим коэффициентом усиления, имеющим дифференциальный вход (два входных вывода) и один общий выход. В электронных схемах ОУ обозначается следующим образом (рисунок 2.37):
Рисунок 2.37 – Условное изображение ОУ |
Один вход ОУ (U вх.н, «+») – называется не инвертирующим, а второй (U вх.и, «−») – инвертирующим. При подаче сигнала на не инвертирующий вход приращение выходного сигнала совпадает по знаку (фазе) с приращением входного сигнала. Если же сигнал подан на инвертирующий вход, то приращение выходного сигнала имеет обратный знак по сравнению с приращением входного сигнала. Инвертирующий вход часто используется для введения в ОУ внешний ООС.
|
|
Основу ОУ составляет дифференциальный каскад, который используется в качестве выходного каскада усилителя. Выходным каскадом ОУ обычно является эмиттерный повторитель (ЭП), который 101 обеспечивает нагрузочную способность всей схемы. Т. к. Ku (ЭП) = 1, то необходимое значение Ku ОУ обеспечивается подключением дополнительных каскадов между дифференциальным каскадом и ЭП. В зависимости от количества используемых каскадов, ОУ подразделяются на двух- и трехкаскадные. В трехкаскадных ОУ входной дифференциальный каскад обычно выполняют с резистивными нагрузками, а в 2-х каскадных – с динамическими нагрузками.
Для иллюстрации рассмотрим принципиальную схему простейшего трехкаскадного ОУ (микросхема 140УД1) (рисунок 2.38).
Рисунок 2.38 – Принципиальная схема трехкаскадного ОУ |
Питание схемы осуществляется от двух источников + Ek 1 и – Ek 2 с одинаковым напряжением, имеющим общую точку, модуль Ek 1 равен модулю Ek 2. Входной каскад выполнен на транзисторах VТ 1, VT 2 по дифференциальной схеме, который связан со вторым каскадом (транзисторы VТ 5, VТ 6). Резистор в цепи коллектора VТ 5 отсутствует, т. к. выходной сигнал 2-го каскада снимается только с коллектора VТ 6. R 5 = R э стабилизирует суммарный ток I э VТ 5 и VТ 6. Т. о. падение напряжения на R 5 от протекания тока I э обоих транзисторов повышает потенциал их эмиттеров, что необходимо для непосредственной связи баз транзисторов с выходами предыдущего каскада.
|
|
Третий усилительный каскад выполнен на VТ 7, VТ 8, который связан с ЭП на VТ 9. Если 1 и 2 каскады были включены по дифференциальной схеме, то 3 каскад представляет собой входной делитель ЭП.
Управление транзистором VТ 7 производится по цепи базы выходным сигналом 2 каскада, а управление транзистором VТ 8 - по цепи эмиттера напряжением на R 12, которое создается при протекании через этот резистор I э VТ 9. VТ 8 входит в контур «+» обратной связи, позволяющей обеспечить 102 высокий коэффициент усиления 3-го каскада. Совместное действие VТ 7, VТ 8 направлено либо на увеличение, либо на уменьшение (в зависимости от сигнала на входе VТ 6) входного напряжения эмиттерного повторителя, т. е. потенциала базы VТ 9 относительного шины – Е к2. Повышение напряжения на базе VТ 9 обусловлено уменьшением сопротивления постоянному току VТ 7 и увеличением сопротивления VТ 8, и наоборот.