Усилители. Транзистор, как линейный усилитель. Реальные схемы каскадов усиления. Обратные связи в усилителях, страница 16

Таким образом, при любых изменениях входных напряжений (разрешённых для данного ОУ), выходное напряжение может меняться только в пределах от  до . Практически уровни насыщения составляют примерно 0,1 и 0,9 от , а общий размах выходного напряжения составляет .

2. Балансировка ОУ. Часто желательно иметь постоянную составляющую , когда . Особенно это удобно, если мы делаем сложную схему, содержащую несколько ОУ. Указанное условие легко реализовать, усложнив схему питания ОУ. Его надо подключить к двум последовательно включённым источникам с напряжениями , как указано на рис. 6.45. Подавая на один из входов ОУ маленькое напряжение  (порядка мв) с делителя (), мы всегда можем подобрать его так, чтобы обеспечить условие  , когда . Эту операцию и называют балансировкой ОУ. При такой схеме питания ОУ выходное напряжение будет меняться примерно от .

3. Частотная коррекция. Большой собственный коэффициент усиления ОУ делает его работу малоустойчивой. Достаточно крайне слабой обратной связи, которая всегда может возникнуть случайно (например, за счёт неудачного расположения проводников), чтобы усилитель потерял устойчивость (условие ). Он либо начинает генерировать колебания, либо входит в состояние насыщения. Случайная ОС возникает, как правило, за счёт внутренних или внешних маленьких ёмкостей (проводов, монтажа, транзисторов), поэтому она проявляет себя только на высоких частотах.

Мы всегда сознательно делаем внешние ООС, если хотим получить хороший устойчивый усилитель. Однако эти ООС легко могут превратиться в положительные, когда дополнительный фазовый сдвиг в усилителе на высоких частотах достигнет значения . Если усиление усилителя на этих частотах ещё значительно, то он может возбудиться. Подавляющее большинство ОУ усиливают и постоянную составляющую входного напряжения, поэтому они не содержат дифференцирующих цепей на входах или между каскадами. Следовательно, дополнительных набегов фазы на низких частотах не возникает. Но интегрирующие цепочки (инерция) всегда есть в каждом каскаде. Поэтому в многокаскадных усилителях (реальные ОУ имеют три и больше каскадов) общий сдвиг фазы с увеличением частоты растёт и может вполне достигнуть значения  и больше.

 По этой причине, с целью уменьшения усиления на высоких частотах и улучшения устойчивости, во многих ОУ делают внутреннюю ООС на высоких частотах. Это и называют частотной коррекцией. Она действует, фактически, как основная интегрирующая цепочка, определяющая верхнюю граничную частоту полосы пропускания ОУ без внешней ОС. При этом , а верхняя граничная частота . В результате, общая полоса пропускания становится меньше, но устойчивость, стабильность работы ОУ улучшается.

Существуют ОУ и с внешней частотной коррекцией. Внутри её нет. Мы сами должны её сделать за счёт внешних элементов (соответствующие микросхемы имеют специальные выводы). Преимущество такого способа состоит в том, что мы можем цепь коррекции подобрать сами, оптимальным образом, максимально используя индивидуальные возможности данного ОУ.

Теперь рассмотрим некоторые примеры применения ОУ.

6.8.1. Линейный инвертирующий усилитель.

Схема усилителя и необходимые обозначения приведены на рис. 6.46а. ОУ работает в линейном режиме, без насыщения. . Примем для оценок , а собственное  входное сопротивление  ом. Пусть мы хотим сделать усилитель с коэффициентом усиления . Пишем законы Ома для сопротивлений , а также баланс токов в узле. . Упростим эти выражения, учитывая приведённые выше неравенства. По определению  и . Теперь пишем другую цепочку неравенств: ;  ;  ; . Отсюда следует, что для идеального ОУ ()  .

В итоге, получаем такие результаты: ;   ; ;  ; .      (6.12) Выходное напряжение меняется пропорционально входному напряжению или току (линейность). Генератор нагружен на сопротивление . Коэффициент усиления определяется отношением сопротивлений в цепи ОС и практически не зависит от . Знак минус указывает на инверсию фазы. Если сопротивления в цепи ООС активны (), то .