2.2.6 Вихідні каскади підсилення

Б езтрансформаторні вихідні каскади підсилення розроблені внаслідок подальшої мініатюризації пристроїв промислової електроніки, а трансформаторні вихідні каскади у виробництві аналогових інтегральних мікросхем вже не застосовуються. На відміну від схеми з трансформаторним входом безтрансформаторні вихідні каскади є схемами з послідовним живленням і паралельним ввімкненням навантаження. Схема вихідного каскаду, в якій використовується комбіноване ввімкнення транзисторів (загальний колектор — загальний емітер) на однотипних транзисторах n—p—n, показана на рис. 2.28.

Підсилювальні сигнали надходять на входи транзисторів підсилювача із зміщенням за фазою 180 ел. градусів. При цьому транзистори поперемінно відкриваються позитивними півперіодами вхідного сигналу, зумовлюючи поперемінне перетікання струму в навантаженні назустріч один одному. Якщо транзистори і сигнали однакові, то постійний струм через R_Н не протікає. Для одержання двох протифазних напруг на вході каскаду підсилення використовують фазоінверсний резистивний каскад на транзисторі VT1 (рис. 2.29). Такий вихідний каскад застосовується і в цифрових інтегральних мікросхемах.

2.3 Операційні підсилювачі

2.3.1 Призначення та основні властивості операційних підсилювачів

Схемотехніка операційних підсилювачів була відома ще до появи лінійної інтегральної схемотехніки. В класичній електроніці до класу операційних підсилювачів відносили багатокаскадні підсилювачі постійного струму зі зворотним зв'язком, які використовували в аналоговій обчислювальній техніці для виконання операцій алгебраїчного додавання, віднімання, множення, ділення, диференціювання, інтегрування, логарифмування та інших операцій. Це зумовило їх назву — операційні (розв'язувальні) підсилювачі.

У спіхи планарної технології зумовили появу серійних партій операційних підсилювачів у вигляді інтегральних мікросхем, що дозволило значно удосконалити їх технічні й експлуатаційні показники. Такі операційні підсилювачі тепер використовують не лише д ля виконання математичних операцій, а й для підсилення, перетворення, формування і обробки електричних сигналів. Все це суттєво розширило універсальність і функціональну орієнтацію лінійних інтегральних підсилювачів.

Інтегральні операційні підсилювачі будують за схемою підсилення з безпосереднім зв'язком між окремими каскадами з диференціальним входом і біполярним по відношенню до амплітуди сигналу, що підсилюється, виходом. Це забезпечує нульові потенціали на вході і виході операційного підсилювача при відсутності керуючих сигналів на його вході. Тому такі підсилювачі легко з'єднувати послідовно при безпосередньому зв'язку між каскадами, а також досить просто охопити будь-якими електричними колами зворотного зв'язку.

Майже всі інтегральні операційні підсилювачі використовують диференціальний каскад підсилення як вхідний каскад. Завдяки низькому рівню дрейфу нуля вони забезпечують високу стабільність вихідної напруги. Отже, операційний підсилювач має два входи: інвертуючий і неінвертуючий, що розширює функціональні можливості підсилювача. Для забезпечення універсальності операційний підсилювач повинен мати також два виходи ( рис. 2.30), з яких можна зняти дві протифазні напруги U_ВИХ1 та U_ВИХ2. При цьому кожна із вихідних напруг може бути позитивна або негативна по відношенню до потенціалу загальної (заземленої) точки двох джерел живлення . Обидві різнополярні вихідні напруги повинні бути приблизно однаковими за рівнем, тому необхідно, щоб були однакові за абсолютною величиною напруги обох джерел живлення.

Стандартні інтегральні операційні підсилювачі мають, як правило, один вихід (рис. 2.31). При цьому вихідна напруга U_ВИХ знаходиться у фазі з напругою U_ВХ1 і в протифазі з напругою U_ВХ2, яку прикладено до інвертувального входу. Другий вихід можна одержати, приєднуючи декілька додаткових елементів. Необхідно зазначити, що напруга, яка прикладена між входами і дорівнює різниці напруг U_ВХ1 і U_ВХ2, називається диференціальною. Наруги U_ВХ1 і U_ВХ2 по відношенню до загальної точки називаються напругами загального виду.

В інженерній практиці переважно застосовують підсилювачі напруги. Операційні підсилювачі, які випускаються промисловістю, характеризуються великим вхідним, низьким вихідним опорами і дуже високим коефіцієнтом підсилення за напругою.

Я кщо уявити операційний підсилювач ідеальною моделлю, то він повинен мати такі властивості: Вхідний опір нескінченно великий (R_ВХ  ); вихідний опір дорівнює нулю (R_ВИХ  0); коефіцієнт підсилення за напругою нескінченно великий (К_ПU  ).

Звичайно досягти цього повністю не можна, бо неможливо одержати на виході підсилювача сигнал нескінченно великої потужності при досить малих розмірах структури мікросхеми. Але аналізують ці схеми, вважаючи, що через нескінченно великий вхідний опір входи операційного підсилювача споживають струм від джерела сигналу, і оскільки К_ПU  , то напруга керування між входами дорівнює нулю.