Схемотохника ОУ

ОУ – усилитель постоянного тока, имеющий не менее двух входов, один из которых инвертирует поступающий входной сигнал.В этом случае говорят о наличие у ОУ дифференциального входа благодаря которому ОУ усиливает разность входных сигналов.

По способу компенсации дрейфа нуля различают ОУ с параметрической компенсацией дрейфа, с преобразованием сигнала, с автоматической коррекцией.(Горошков с172).

В усилителях с непосредственными связями компенсация дрейфа нуля осуществляется за счет построения входных каскадов по симметричной, балластной или дифференциальной схеме. В усилителях с преобразованием сигнала для усиления постоянной составляющей используется усилитель с импульсной стабилизацией типа «модуляция – усиление - демодуляция».

Наиболее распространенным типом ОУ являются схемы без преобразования сигнала. Как правило это трех каскадные схемы: дифференциального усилителя, схемы смещения уровня напряжения, выходного усилителя мощности.

Рис №3.Операционный усилитель, вариант схемного решения.
Сх 1.электрическая схема ДУ каскада	СХ 2. — каскад со смешением постоянного уровня напряжения	Сх3. двухтактный усилитель мощности

Сх1. Простой дифференциальный каскад построен на трех транзисторах (рис. 1 ). Транзистор VT3 работает в режиме генератора тока. Коллекторный ток этого транзистора задается стабильным напряжением на делителе R₁, R₂ и сопротивлением R_Э,. При равенстве U_1вх = U_2вх ток транзистора VT2— I₃ раздваивается и протекает равными частями через транзисторы VT1 и VT2. В коллекторах этих транзисторов устанавливается напряжение U₁= U₂ = E₁- R_1вх*I₃/2 = E₁ – R_2вх*I₃/2. Напряжения U_{1в х} и U_2вх делают равны Е₁/2. В зависимости от соотношения между U_1вх и U_2вх выходные напряжения меняются, как показано на рис. 5..

Сх 2. Схема смешения уровня постоянного напряжения, которое устанавливается в коллекторах транзисторов дифференциального каскада, показана на рис. 2. В базе транзистора VT2 устанавливается напряжение Е₂ / 2. Через этот транзистор протекает ток I_э == E₂ / 2R₄. В эмиттере транзистора VT1 от предыдущего каскада подается напряжение U_K = Е|/2 (положительной полярности). Коллекторный ток транзистора VT2 - I _к = I _э создает падение напряжения на резисторе R₃I_K =E₂/2. В результате напряжение положительной полярности эмиттера VT1 полностью падает на резисторе R₃. Напряжение U_C будет равняться нулю.

Сх 3. Выходной каскад ОУ построен на сдвоенном эмиттерном повторителе.. Когда напряжение U_C делается положительным, otkывается транзистор VT1 и обеспечивает выходной ток. Для отрицательной полярности U_C. открывается транзистор VT2 и обеспечивает выходной ток (рис.3 ).

Рис №4. УГО ОУ и характеристики отражающие его основные свойства.
Сх 4. Схема ОУ	Сх 5. переключательная (передаточная) характеристика	Сх 6. АЧХ ОУ (или частотная характеристика)
1 — инвертирующий вход; 2 — неинвертируюший вход; 3 — подключение «положительного» источника питания; 4 — подключение «отрицательного» источника питания; 5 — выходной сигнал; 6, 7 — подключение цепей.

Основные параметры ОУ.

1.. Входное сопротивление — дифференциальное сопротивление переменному току

2. Средний входной ток при отсутствии сигнала не превышает сотен наноампер.

3.Входной ток сдвига — разность между вх. токами. Он в несколько раз меньше среднего входного тока.

4.Напряжение смещения, которое прикладывается к одному из входов, чтобы получить U_вых = 0. Это напряжение приблизительно равно 1 мВ.

5. Температурный дрейф напряжения смещения = 1...5мкВ/^оС.

6.Выходное сопротивление равняется 1... 5 кОм.

7.Коэффициент усиления равен 1*10²... 1*10⁵.

8.Полоса пропускания — полоса частот, в которой выходное напряжение уменьшается не более чем на 0,7 от максимального значения.

9.Скорость нарастания выходного напряжения

10.Время установления выходного напряжения определяется между уровнями 0,1 и 0,9 и составляет единицы микросекунд.

11.Максимальный выходной ток более 5 мА.

Для ОУ принципиальное значение имеют три параметра: ρ, R_вх,

Любой из этих параметров может быть улучшен, но за счет ухудшения других. По этим параметрам ОУ делятся на: прецизионные — предназначенные для применения в контрольно-измерительной аппаратуре; быстродействующие — для схем, где требуются широкая полоса пропускания, высокая скорость нарастания выходного напряжения и малое время установления; универсальные (средней точности); микромощные и программируемые, где рабочий ток усилителя задается внешним резистором; усилители с высоким входным сопротивлением; малошумящие; многоканальные (2, 3, 4); мощные.

Прецизионные, быстродействующие, микромощные, малошумящие, широкополосные ОУ относятся к классу специализированных, поскольку один или несколько параметров у них имеют значение близкое к предельному.

Параметры ОУ подразделяются на статические и динамические. К статическим параметрам относятся входные и выходные сопротивления, коэффициент усиления, шумовые значения. К динамическим относятся скоростные, частотные и временные параметры.

К точностным параметрам ОУ относятся паразитные напряжения и токи в режиме покоя, которые оказывают влияние на выходной сигнал (напряжение смещения нуля, средний входной ток, разность входных токов).

Примечание. Некоторые серии микросхем, схемы которых приведены ниже, уже не ыпускаются.

Рис №5. Микросхема ОУ К140УД1 - широкополосный трехкаскадный усилитель постоянного тока

Первый каскад усилителя выполнен по параллельной балансной схеме на транзисторах VT1 и VT2 со стабилизатором тока на транзисторе VT3 и цепочкой температурной компенсации на транзисторе VT6. Второй каскад усилителя выполнен по несимметричной балансной схеме на транзисторах VT4 и VT5 Выходной каскад является сложным эмиттерным повторителем на транзисторах VT7, VT9 со стабилизатором тока на транзисторе VT8 . К выводу 5 подключается внешняя нагрузка и цепи обратной связи, а к выводам 1 и 7—источник питания. Выводы 1 — 3 и 12 предназначены для подключения корректирующих цепей