Вопрос 10. Операционные усилители. Структура оу:

Операционный усилитель OУ — усилитель постоянного тока с дифференциальным входом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.

ОУ- усилитель универсального назначения,ключевой особенностью которого является большой избыточный коэффициэнт усиления и возможность работать в схемах с ООС.

Несмотряна сущ-е нескольких технологий, позволяющих создать ОУ, доминирует ОУ с выходным дифференциальным каскадом(УПТ- усилители постоянного тока)

Двухкаскадные и трёхкаскадные усилители.

Рис Двухкаскадный ОУ.

Рис. схемное обозначение ОУ

Упрощенная схема двухкаскадного

    Операционные усилители универсального применения должны обеспечивать значительно больший дифференциальный коэффициент усиления, чем способен дать один каскад. Поэтому они строятся в основном по двухкаскадной схеме. Входной каскад выполнен по схеме дифференциального усилителя на p-n-p транзисторах Т₁ и Т₂. В качестве нагрузки использовано токовое зеркало на n-p-n транзисторах Т₃ и Т₄. Для выходного тока входного каскада, следовательно, можно записать следующее соотношение: I_д= I_к2 -I_к1

Благодаря тому, что выходным сигналом дифференциального каскада является разностный ток, синфазные изменения коллекторных токов входных транзисторов взаимно компенсируются, что значительно ослабляет синфазные входные сигналы.  Источник тока эмиттеров выполнен на транзисторе Т₉. Вторую ступень усиления образует каскад с общим эмиттером на транзисторе Т₆. Он имеет в качестве нагрузки источник тока на транзисторе Т₁₀. Для повышения входного сопротивления этого каскада на его входе включен эмиттерный повторитель на транзисторе Т₅. Конденсатор С_к обеспечивает операционному усилителю частотную характеристику вида, приведенного на рис. 4.  

Дифференциальный усилительный каскад и оптимизация.

Первый каскад определяет важнейшие точностные параметры ОУ, такие, как напряжение смещения нуля, коэффициент ослабления синфазной составляющей, входные токи и входное сопротивление, поэтому он выполняется по схеме дифференциального усилителя.

Схема простейшего дифференциального усилительного каскада

Коэффициент усиления по дифференциальному напряжению каскада определяется выражением: (1) где r_э - динамическое сопротивление эмиттера транзистора.

Выходной каскад, защита от аварийных режимов.

Выходной каскад представляет собой двухтактный комплементарный эмиттерный повторитель на транзисторах Т₇, Т₈. Напряжение на участке цепи из двух последовательных диодов, включенных в прямом направлении, обеспечивает малый начальный ток покоя этих транзисторов (режим класса АВ), что позволяет устранить переходные искажения сигнала. Такая схема обеспечивает симметрию выходного сопротивления ОУ при различной полярности выходного напряжения. Как правило, выходной каскад включает цепи защиты от короткого замыкания выхода.

Схема смещения уровня

Принцип действия узла основан на выполнении следующих условий: а) для постоянного тока сопротивления R гораздо больше сопротивления генератора тока; б) для переменного тока, наоборот, сопротивление R гораздо меньше динамического сопротивления генератора тока. Таким образом, при отсутствии переменного напряжения на входе на резисторе R выделяется основная часть постоянного напряжения и только незначительная часть его поступает на выход. При появлении переменного напряжения узел работает как повторитель напряжения с коэффициентом передачи, близким к единице.

Рис.6