Аналогові та підсилювальні електронні пристрої. Частина 2: Навчальний посібник, страница 8

Колами, що поділені на сектори, на схемі позначені ідеальні підсумовувачі (чорний сектор означає інверсію вхідного сигналу).

2.2 Типові структури та каскади операційних підсилювачів

Схемотехнічно напівпровідникові інтегральні ОП частіше будуються за схемою прямого підсилення з диференціальними, однаковими за електричними параметрами, входами і двополярним (за амплітудою сигналу) виходом. Якщо немає сигналів керування, входи і виходи такого ОП знаходяться під нульовим потенціалом, тому ОП можуть безпосередньо охоплюватись колами ЗЗ і з'єднуватись послідовно.

Структурна і електрична принципова схема типового ОП (К140УД1) подана на рис.2.4 – 2.5. Структурна схема ОП може мати деякі відхилення, наприклад, може бути 3 каскади підсилення, може не бути схем захисту виходу ОП від КЗ.

Рисунок 2.4 – Типова структурна схема операційного підсилювача

ОП має два входи, які позначені + –, тобто неінвертувальний та інвертувальний. Джерело живлення, як правило, двополярне.

Перший диференціальний каскад(ДК) з генератором стабільного струму(ГСС) має невеликий робочий струм, для збільшення вхідного опору. Струм другого ДК (схема переходу до несиметричного виходу) не фіксується ГСС, цей каскад має великий коефіцієнт підсилення. Зміщенням на VT6 і резисторі R7, керується ГСС вхідного каскаду і ГСС схеми зміщення сталого рівня сигналу VT8. Зміщення створюється за рахунок падіння напруги на резисторі R9, через який протікає струм ГСС2 на VT8. Вихідний сигнал знімається з виходу емітерного повторювача VT9. Діод VD1, що знаходиться під зворотним зміщенням, виконує функцію коректувальна ємності.

Основні параметри ОП К140УД1А наведені у таблиці 2.1.

ОП К140УД1А випускається вже досить давно і тому його параметри суттєво гірші за параметри сучасних ОП, перш за все це стосується вхідного опору, коефіцієнта підсилення, споживаної потужності.

Підвищення вхідного опору в ОП досягається використанням у вхідних каскадах БТ з високим коефіцієнтом підсилення у мікрострумовому режимі чи МДН транзисторів.

Кращі показники має ОП К153УД1, табл.2.1, його електричні характеристики дозволяють забезпечити використання у апаратурі різного призначення.

Рисунок 2.5 – Схема електрична принципова операційного підсилювача К140УД1

Вхідний диференціальний каскад VT1 – VT2 працює в режимі мікрострумів, що дозволяє забезпечити великий вхідний опір ОП, рис.2.6.

Для забезпечення добрих показників вхідного ДК, схема другого каскаду також диференціальна, кожне плече реалізовано за модифікованою схемою Дарлінга з вхідним опором не менше 200 кОм, VT3, VT4, VT5, VT6.

Струм другого каскаду 0,6 мА створює на VT10 у діодному включенні падіння напруги, що нормує струм VT11. Другий каскад ОП симетрично навантажений на два емітерних повторювачі VT7 та VT8. Схема зміщення сталого рівня сигналу виконана на транзисторі VT9. Вихідний каскад це двотактний емітерний повторювач VT12, VT13, VT14, що працює у режимі класу В.

За допомогою ОП вдалося стандартизувати схеми багатьох пристроїв. Подальший розвиток ОП дозволив значно спростити методику їх застосування і підвищити точність встановлення передавальних функцій.

Таблиця 2.1

ПАРАМЕТРИ	К140УД1А	К153УД1
Напруга живлення, В: Вхідна диференціальна напруга, В Синфазна вхідна напруга, В Напруга зміщення Різниця вхідних струмів , В Частота одиночного підсилення Час усталення, Вхідний диференційний опір	3 … 7 –7 …–3 –1,2…1,2 –3…3 17 мВ 2,5 мкА 500 – 4500 60 дБ 5 МГц 1,5 мкс МОм	15 –15 –10…10 5 мВ 250 нА 45000 65 дБ 1 МГц –  МОм

Для досягнення цієї мети було необхідним значно підвищити запас коефіцієнта підсилення і вхідний опір, звести до мінімуму кількість зовнішніх допоміжних елементів, покращити енергетичні показники ОП.