Главная | Обратная связь

Основные параметры и структура операционного усилителя

Операционные усилители (ОУ) строятся на основе усилителей постоянного тока (УПТ). Они широко применяются в измерительной технике, в системах автоматического регулирования и аналоговой вычислительной технике для операций сложения, умножения, интегрирования и дифференцирования и т.д. Отличительной особенностью УПТ является способность усиливать электрические сигналы в полосе частот от f = 0 до некоторой предельной частоты f_В, определяемой свойствами схемы.

ОУ характеризуются целым рядом параметров. Основными из них являются коэффициент передачи по напряжению K_{U ПАР}, K_{U СИНФ} для парафазного и синфазного сигналов, входное r_{ВХ ПАР} и r_{ВХ СИНФ} сопротивление, выходное r_ВЫХ сопротивление.

ОУ обычно строят так, чтобы выходное напряжение U_ВЫХ = 0, когда U_ВХ = j_ВХ1 – j_ВХ2 =0. Однако разброс параметров компонентов в реальных схемах приводит к появлению некоторого напряжения на выходе U_СМ⁰, называемого “напряжением смещения нуля”. Смещение нуля рассматривается как параметр схемы и задается его абсолютной величиной, либо величиной, отнесенной к значению K_U, называемой приведенным (к входу) напряжением смещения нуля.

Важным параметром ОУ является коэффициент “дрейфа нуля” DU_СМ⁰ DU_СМ⁰ = DU_ВЫХ/(DT K_{U ПАР}), характеризующий изменение выходного потенциала при U_ВХ = 0 в некотором диапазоне изменения температуры (или с течением времени).

При изменении питающих напряжений E_ПИТ выходное напряжение U_ВЫХ может изменяться, что воспринимается как некоторый сигнал. Устойчивость схемы к этим изменениям называют коэффициентомподавления изменения питающих напряжений DU_ВЫХ / (DE_ПИТK_U).

Базовые токи входных транзисторов при U_ВХ = 0 и их разбаланс также считают важной характеристикой ОУ. Их наличие создает на сопротивлении источника сигнала падение напряжения, воспринимаемое усилителем как входной сигнал, что является нежелательным.

ОУ строятся на основе дифференциальных каскадов. Они состоят обычно из одного-двух таких каскадов, схемы сдвига уровня напряжения и выходного каскада, в качестве которого используется каскад общий коллектор. Схема ОУ первого поколения приведена на рис. 5.1. Первый каскад на транзисторах VT1–VT1' и второй на VT2–VT2' являются дифференциальными. Схема сдвига уровня содержит транзисторы VTЗ и VT4. Выходным каскадом схемы является эмиттерный повторитель на транзисторе VT5. Схема содержит транзисторы только n-р-n-типа проводимости.

Рассмотрим отдельные составляющие общей схемы ОУ.

Рис. 5.1. Схема исследуемого операционного усилителя