9.2 Сурет – ок функционалды схемасы

Кіріс дифференциалды күшейткіш операциялық күшейткіште екі кіріс сигналдың арасындағы сигналды күшейту үшін қолданылады; кернеу күшейткіші күшейткіштің кіріс-шығысын шешу үшін және дифференциалды күшейткіштегі сигналды күшейту үшін қолданылады; тұрақты деңгейден ауытқу тармағы кернеу күшейткіштегі шығыс кернеу деңгейі мен қуат күшейткіштің кіріс параметрлермен байланыстыру үшін қолданады; қуат күшейткіші ОК күшейту каскадтарының шығыс кедергілерін азомды жүктемемен байланыстыру үшін қолданады.

Реалды ОК күшейту коэффициенті шексіз үлкен басқару кернеуі бар идеалды кернеу көзімен қаншалықты жоғары бірдей болуы тиіс. Кіріс дифференциалды кедергісі шексіздікке тең болуы тиіс. Шығыс кедергісі 0-ге тең болу керек, сондықтан да жүктеме шығыс кернеуінен аспауы тиіс. Күшейту сигналдардың жиілік диапазоны тұрақты кернеунен өте жоғары жиілікке (ондық МГц) дейін болуы керек.

ОК кейбір параметрлерін қарастырайық.

Орташа кіріс тоғы. ОК кірістердегі сигналдардың болмауынан оның кіріс байламдарынан токтар өтеді, сол токтар кіріс биполярлы транзисторлардың базалық токтармен немесе кірісте өрістік транзисторлары бар ОК-тегі затвордағы токтармен шартталады. Кіріс сигнал көзінің ішкі кедергісінен өтетін кіріс токтар ОК кірісінде кернеуді кемітеді, солар ОК кірісінде сигнал болмаған кезде шығыста кернеудің пайда болуына себеп болады. Кернеудің түсуін қайтадан қалпына келтіруі қиын болады, себебі реалды ОК кірісіндегі токтар бір бірінен 10...20% а йырмашылықта болулары мүмкін.

ОК кіріс токтарды орташа кіріс токтар арқылы табуға болады:

(9.1)

Мұндағы: І1 және І2 – сәйкесінше инвертті және инвертті емес кіріс токтар

Биполярлы транзистордағы кіріс каскадтары бар операциялық күшейткіштердің орташа кіріс тогы 0,01-1 мкА диапазонында жатады, өрістік транзисторлар қолданғанда 1нА-дан аз болады.

Кіріс токтардың айырмасы келесідей теңдеумен анықталады:

(9.2)

Анықтамалық кітаптарды осы шаманың модулі көрсетіледі.

Тұрақты токтағы кернеуді күшейту коэффиіциенті Ку – кіріс сигналдарды қаншалықты күшейтетінін анықтайтын ОК көрсеткіші. Реалды ОК-да 1*106 санынан көп емес. Ығысу кернеу Uығ – шығыста кернеу ноль болу үшін ОК кірісіне қаншалықты кернеу беру екендігін көрсететін шама. Ол былай табылады:

. (9.3)

Мұндағы: - шығыс кернеуі, Кк – күшейту коэффициенті

Кіріс каскадтары биполярлы транзисторларда жасалған күшейткіштердің ығысу кернеуінің максималды модуль шамасы көп жағдайда 3-10 мВ болады. Ал кіріс каскадтары өрістік транзисторларда жасалған күшейткіштердің кернеуінің максималды модуль шамасы 30-100мВ-дан көп болады.

Кіріс кедергі Rкір. Оның екі түрі бар: дифференциалды кіріс кедергі мен синфазалық сигнал бойынша кіріс кедергі. Синфазалық кедергі былай анықталады:

(9.4)

Дифференциалды кіріс кедергісі ОК кірістері арасында байқалады, төмендегідей формула бойынша анықталады:

(9.5)

Мұндағы: - ОК кірістері арасындағы керенудің өзгерісі

- кіріс тоғының өзгерісі

ОК үшін кіріс дифференциалды кедергі 10кОм...10МОм арасында болады. Синфазалық сигналдың кіріс кедергінің шамасы 1-2 ретке дифференциалды кіріс кедергісінен көп болады.

Шығыс кедергі Rшығ ОК-те Ом-ның кішкентай бөлігінен ондық Омдарға дейін барады. Шығыс кедергісі шығыс сигналдың амплитудасын азайтады, әсіресе күшейткіштің жұмысы кезінде онымен салыстырылып жатқан жүктеме кедергісіне.

Шығыс кернеуінің өсу жылдамдығы VUвых кіріске кернеуді жібергендегі ОК-ң шығыс кернеуінің өзгеру шамасының оның өсу уақытының қатынасына тең. Оның өсу уақыты операциялық күшейткіштің шығыс кернеуі өзінің бекітілген шамалардың 10-90%-ға дейін өзгергендегі уақыт интервалымен анықталады.

. (9.6)

Инверттеуші күшейткіш. Инверттеуші күшейткіш болып аталуының себебі, (9.3, а сурет), оның шығыс сигналы кіріс сигналымен қарама-қарсылықта орналасқан. Оның жұмысын қарастырайық. ОК инвертті кірісіне R1 резистор арқылы оң кернеу Е1 берілген. Теріс кері байланыс R2 кері байланыс резисторымен орныдалады. (+) және (-) кірістегі кернеу шамамен 0 тең. Сондықтан ОК инвертті кірісі де нолдік потенциалда болады, яғни жерлескен потенциалда. Осы себептен (-) кіріс потенциалды жерлескен деп айтады.

Бір R1 резистордың шығысында Е1 потенциалына тең, ал келесісі – 0В тең себебтен, R1-ге берілетін кернеу Е1 ге тең. R1 арқылы өтетін I тогы Ом заңы бойынша табады: I=E1/R1.

Бар кіріс I тогы R2 рқылы өтеді, өйткені ОК-ның (-) кірісі пренебрежимо аз шамадағы токты қолданады. R2-дегі ток R2-мен, Uшығ, операционды күшейткіш параметрлерімен емес, R1 және Е1-мен табылатындығын атап өткен жөн.

R2 –ге түсірілетін кернеу IR2 тең немесе,

Бірақ R2 –нің бір шығысы R3 жүктемесіне жалғанғандығы 9.4 суреттен көрініп тұр. Осы байланысқан нүктедегі жерге қарағандағы кернеу Uшығ-тең. Екінші шығыстары R2 және R3 жер потенциалына тең. Осыдан шығатыны, Uшығ Uк.б-ге тең.. (R2-ге түсірілетін кернеуіне). Uвых полярлығын анықтау үшін тізбек бойынша сол жақтағы R2 шығысы жер потенциалына тең екендігін атап өткен жөн. Е1 беретін токтың бағыты мынадай, R2 сол шығысы теріс потенциалда. Осыдан шығады, кернеу Е1–дің оң мәнінде Uшығ кернеуі теріс. Енді Uшығ – ты Uк.б. – қа теңестіріп, Uшығ полярлығы Е1 –ге полярлығына қарама-қарсы екендігін көрсететін теріс таңбасын тіркеп, мынаны аламыз

. (*)

Кері байланыстағы күшейткіш коэффициентін (*)-дан мынадай түрде алуға болады:

. (9.7)

Тұрақты ток бойынша инвертті емес күшейткіш коэффициенті мынаған тең (9.3, б сурет)

. (9.8)

Инвертті емес күшейткіште шығыс кернеудін полярлылығы кіріс кернеудегідей.

а) б) в)

9.3 сурет. Инвертті (а), инвертті емес (б) күшейткіштер және ОК-ке қайталаушы кернеу (в)