§3. Внутренняя структура операционных усилителей
Для достаточной устойчивости и выполнения математичес-
ких операций над сигналами с высокой точностью реальный опе-
рационный усилитель должен обладать следующими свойствами:
1) высоким коэффициентом усиления по напряжению, в том
числе и по постоянному;
2) малым напряжением смещения нуля;
3) малыми входными токами;
4) высоким входным и низким выходным сопротивлением;
5) высоким коэффициентом ослабления синфазной составля-
ющей (КОСС);
– 166 –
Глава 9. Операционные усилители
6) амплитудно-частотной характеристикой с наклоном в об-
ласти высоких частот –20дБ/дек.
Операционный усилитель должен быть усилителем постоян-
ного тока (УПТ) с высоким коэффициентом усиления по напряже-
нию и, следовательно, содержать несколько каскадов усиления
напряжения. Как будет показано ниже, с ростом числа каскадов
усиления напряжения увеличивается опасность нарушения устой-
чивости ОУ с обратными связями и усложняются цепи коррек-
ции. Даже усилители с тремя каскадами усиления напряжения
(например, 140УД2, 153УД1, 551УД1) имеют сложные схемы вклю-
чения, и разработчики стараются их не применять. Это вызывает
необходимость применения усилительных каскадов с очень вы-
соким коэффициентом усиления по напряжению. Большие трудно-
сти проектирования усилителей постоянного тока связаны также
со смещением нуля ОУ.
Смещение нуля ОУ проявляется в том, что при входном диф-
ференциальном напряжении, равном нулю, выходное напряжение
не равно нулю. Обычно определяют смещение нуля, приведенное
к входу, как такое дифференциальное напряжение, которое нужно
приложить к входу усилителя, чтобы его выходное напряжение
было бы равно нулю. Смещение нуля, по сути, является аддитив-
ной погрешностью выполнения математических действий ОУ над
входными сигналами. Смещение нуля может иметь существен-
ные температурный и временной дрейфы. Операционные усили-
тели на дискретных транзисторах имели неудовлетворительное
смещение нуля, связанное с неидентичностью транзисторов. Толь-
ко применение и усовершенствование интегральной технологии,
позволившей изготавливать парные транзисторы дифференциаль-
ного каскада в едином производственном цикле и на расстоянии
несколько микрон друг от друга, привело к существенному сни-
жению смещения нуля и дрейфов.
Блок-схема операционного усилителя, в большой мере удов-
летворяющего требованиям, предъявляемым к ОУ, приведена на
рис. 9.7.
– 167 –
Л.В.
Кропочева. «Усилительные устройства»
Рис.
9.7. Блок-схема ОУ
Первый
каскад определяет важнейшие точностные
парамет-
ры ОУ, такие, как напряжение смещения нуля, коэффициент ос-
лабления синфазной составляющей, входные токи и входное со-
противление, поэтому он выполняется по схеме дифференциаль-
ного усилителя (рис. 9.8).
Рис. 9.8. Схема простейшего дифференциального усилительного
каскада
Коэффициент усиления по дифференциальному напряжению
каскада определяется выражением:
K диф =
RK ,
2rЭ
(9.10)
где r
Э – динамическое сопротивление эмиттера транзисто-ра. Дифференциальное напряжение обычно усиливается таким
каскадом не более, чем в 100 раз.
– 168 –
