Глава VI операционный усилитель

Операционный усилитель (ОУ) – усилитель, совершающий определенную операцию над входным сигналом. Название связано с применением ОУ на их ранней стадии развития в решающих устройствах для выполнения математических операций. Современный ОУ имеет громадное применение во многих областях электроники: усилители, фильтры, генераторы, компараторы, стабилизаторы и т.д. Такое широкое применение стало возможным благодаря микроэлектронике.

Операционный усилитель относится к усилителям постоянного тока.

+Е_{к к}

ДК

вх

вых

УН

УТ

ЭП

вх

Е_к

Рис.6.1. Блок-схема операционного усилителя и его обозначения на схемах

На условных обозначениях ОУ слева – входы, справа – выход.

Входы – инвертирующий (-) и неивертирующий (+). При подаче сигнала на (+) вход на выходе получается сигнал такой же полярности, а при подачи сигнала на (-) вход полярность входного сигнала меняется на противоположный.

Входы ОУ могут использоваться как симметричные, так и несимметричные. Генератор может включаться к обоим входам сразу – симметричный вход, или два генератора заземленных к двум входам, или заземленный генератор включается на один вход, а на второй вход сигнал не подается.

Выход ОУ – несимметричный, используется заземленная нагрузка.

6.1. Схемотехника оу.

В настоящее время существует большое число разнообразных ОУ, однако, блок-схема ОУ имеет целый ряд общих элементов. На входе ОУ стоит дифференциальный каскад (ДК), далее следует каскад усиления по напряжению (УН), по току (УТ), и на выходе ставится эмиттерный повторитель. ЭП обычно двухтактный. В целом получается усилитель постоянного тока (УПТ) с большим коэффициентом усиления. Идеальный ОУ имеет . В дальнейшем коэффициент усиления ОУ по напряжению будет обозначатся - . Для обеспечения режима ОУ используется двухполярный источник питания со средней точкой.

Кроме простых ДК используют сложные схемы.

6.1.1. ДК по схеме Дарлингтона.

Рис.6.2. Дифференциальный каскад на составных транзисторах

В данной схеме используется основное достоинство схемы Дарлингтона . Оно обеспечивает большой коэффициент передачи по напряжению. Еще больше коэффициент передачи можно поднять, если использовать «супербета»-транзисторы. Если первые транзисторы плеч ДК работают в микрорежиме, но получаются большие дифференциальные сопротивления эмиттерных переходов этих транзисторов и, следовательно, очень большое входное сопротивление ДК. Сильная температурная зависимость обратных токов коллекторных переходов и других параметров транзисторов не играет роли, лишь бы все в плечах менялось одинаково.

В эмиттерных цепях транзисторов ДК обычно вместо резистора ставят ГСТ, который запускает транзисторы ДК, освобождая базовые цепи для подключения сигнальных, а не вспомогательных цепей, отслеживает помехи за счет большой своей динамической нагрузки.