Операционные усилители без преобразования сигнала

Наиболее широкое распространение получили ОУ без преобразования сигнала, где входной каскад построен по дифференциальной схеме. ОУ этого типа состоят из каскадов: дифференциального усилителя, схемы смещения уровня напряжений, выходного усилителя мощности.

Простой дифференциальный каскад включает в себя три транзистора (рис. 5.3, а). Транзистор VT3 работает в режиме генератора тока. Коллекторный ток этого транзистора задается стабильным напряжением на делителе R₁ R₂ и сопротивлением R_э. При равенстве U_lвх и U_2вх ток I ₃ транзистора VT3 протекает равными частями через транзисторы VT1 и VT2. В коллекторах этих транзисторов устанавливается напряжение:

Напряжения U_lвых = U_2вых = Е₁/2.

Рисунок 5.3. Дифференциальный каскад ОУ без преобразования сигнала:

а- схема; б- характеристики выходных напряжений.

В зависимости от разности между U_lвх и U_2вх выходные напряжения меняются, как показано на рис. 5.3, б.

На графическом изображении ОУ (рис. 5.4 ) указаны следующие выводы: 1 — инвертирующий вход, 2 — неинвертирующий вход, 3 — подключение положительного источника питания, 4 — подключение отрицательного источника питания, 5 — выходной сигнал.

Рисунок 5.4. Графическое изображение ОУ.

Основные параметры ОУ:

1. Входное сопротивление — дифференциальное сопротивление переменному току:

2. Средний входной ток, при отсутствии сигнала не превышающий сотен наноампер.

3. Входной ток сдвига Δ I _вх = I _вх⁺ - I _вх ^-- разность между входными токами (он в несколько раз меньше среднего входного тока).

4. Напряжение смещения Uсм (прикладывается к одному из входов, для получения U _вых = 0), равное 1мВ.

5. Температурный дрейф напряжения смещения:

6. Выходное сопротивление, составляющее 1...5 кОм.

7. Коэффициент усиления в пределах 10²... 10⁵.

8. Полоса пропускания — полоса частот, в которой выходное напряжение уменьшается не более чем до 0,7 от максимального значения.

9. Скорость нарастания выходного напряжения ρ= Δ U _вых/Δ t.

10. Время установления выходного напряжения, определяемое между уровнями (0,1...0,9) U _вых и составляющее единицы мкс.

11. Максимальный выходной ток, составляющий 5 мА и более.

Для ОУ принципиальное значение имеют три параметра: р, R_BX, Δ U_CM /Δ T. Любой из параметров ОУ можно улучшить за счет ухудшения других.

Различают ОУ:

- прецизионные, предназначенные для применения в контрольно-измерительной аппаратуре (КМ551УД1);

- быстродействующие — для схем, где требуются широкая полоса пропускания, высокая скорость нарастания выходного напряжения и малое время установления (КР140УД11);

- универсальные, или средней точности (КР140УД7);

- микромощные, где рабочий ток усилителя задается внешним резистором (К1423УД1);

- с высоким входным сопротивлением (154УД1);

- малошумящие;

- многоканальные (КР140УД20);

- мощные (К157УД1).

Прецизионные, быстродействующие, микромощные, малошумящие, широкополосные ОУ относятся к классу специализированных, поскольку один или несколько их параметров имеют значения, близкие к предельным.