Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 [75] 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169


Рис. 10.13. Операционный усилитель:

а -условное обозначение; б - эквивалентная схема; е - более точна схема входной цепи

его эквивалентная схема. Входная цепь операционного усилителя представлена на рис. 10.13,6 одним сопротивлением Rax- Более точное представление о входной цепи операционного усилителя дает схема на рис. 10.13, е. Обычно входным каскадом операционного усилителя является дифференциальный усилитель. Сопротивление между его замкнутыми входами и землей при подаче на его входные зажимы относительно земли синфазного сигнала равно Rc0. С другой стороны, для разностного сигнала входное сопротивление между входами усилителя равно R9u0-

В дифференциальном усилителе Rau02hn3< а Rc0 примерно того же порядка, что и 1 г22б. Ввиду того, что при этом RcфRдuф, в схеме на рис. 10.13, в можно пренебречь сопротивлениями 2Rafi и таким образом получить схему на рис. 10.13,6.

Если же на входах дифференциального каскада включены эмиттерные повторители, то /?э« и Rcф одного порядка, но так как они очень велики, то вопрос о том, какая схема более точна в этом случае, не имеет большого значения.

Выходная цепь операционного усилителя представлена на рис. 10.13,6 выходным эквивалентным генератором, развивающим напряжение, пропорциональное внутреннему коэффициенту усиле- ния Кв и разности напряжений на неинвертирующем и инвертирующем входах. Выходной генератор имеет сопротивление Rebix-

Начальные входные и выходные напряжения операционных усилителей относительно земли равны нулю. Это позволяет непосредственно соединять операционные усилители покаскадно, не применяя разделительных конденсаторов. Равенство нулю выходных напряжений достигается применением двух источников питания, имеющих относительно земли одинаковые по величине положительное и отрицательное напряжения. Обычно применяются источники питания, имеющие номинальное напряжение ±6,3 и 12,6 В, с допуском по напряжению ±(5--10)%. Применяют также источники напряжением ±15 и ±18 В. Источники питания должны иметь высокую стабильность напряжения и малое выходное сопротивление. Последнее необходимо для отсутствия обратной связи через цепи питания между каскадами, образующими операционный усилитель.



10.7. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

В качестве примера рассмотрим принципиальные схемы двух операционных усилителей.

Операционный усилитель К140УД1. На рис. 10.14 показана схема одного из самых простых, но надежных операционных усилителей - усилителя К140УД1. Усилитель имеет два дифференциальных каскада. В качестве эмиттерного сопротивления транзисторов VT1 и VT2 используется транзистор VT3.

Эмиттерный ток транзистора VT3 задается с помощью транзистора VT6.

Операционный усилитель К140УД1 выпускается в трех модификациях: А, Б и в. Микросхема А имеет номинальные напряжения питания -1-6,3 и -6,3 В. Микросхемы Б и В - соответственно ±12,6 В. Допустимые отклонения напряжения питания от номинальных значений ±5%. Для микросхемы К140УД1В определи.м режим по постоянному току при номинальных значениях напряжений питания.

Коллекторный ток транзистора VT6 /Ke=(fii-"БЭб)/(Лб-Ь/?7) = = (12,6-0,7)/7,75= 1,54 мА.

Отношение эмиттерных токов транзисторов VT3 и VT6 обратно пропорционально отношению их эмиттерных сопротивлений. Следовательно, /эз = =/?7/вб ?2=2,75-1,54/9,7=0,436 мА, откуда /э1=/в2=/эз/2=0,218 мА.

Из паспортных данных микросхемы известно, что /вж1=/в12=9 мкА. Следовательно, hjg-f l = hg-f 1=/э1 92=218/9»24. Входное сопротивление для

дифференциального сигнала (;?вх/2) «411-SS/Zki = 23-25/0,2=2870 Ом = =2,87 кОм.

Напряжение на коллекторе VT2 относительно земли Уя2= Un- ilk2rs+lKiRi+lk2ri) = 12,6-0,21 (10-f2 -9,7) = 6,4 В. Напряжение на эмиттере VT4 (784 = 6я2-Ивэ4 = 6,4-0,7 = 5,7 В.

вкод Ч-1

вход-! Эо-


К"

г,7к

S -о

выход

Рис, 10.14. Принципиальная схема усилителя К140УД1



Сумма эмиттерных токов транзисторов VT4 и VT5

/в4+/8б=5,7/3,6=1,58 мА,

откуда /эб=0,79 мА.

Напряжение коллектора VT5

(7д5=(7„-/д5/?8= 12,6-0,79-5= 12,6-3,9=8,7 В.

Для сдвига уровня этого постоянного напряжения до нуля на выходном зажиме 5 падение напряжения на эмиттерном сопротивлении транзистора VT7 должно равняться

AU=(7K5-t/B87-bB89=8,7-l,4=7,3 В.

Следовательно, эмиттерный ток транзистора VT7

/87 = Д /?9=7,3/10=0,73 мА.

Пренебрегая током базы транзистора VT9, считаем /л8=/87=0,73 мА. Чтобы найти эмиттерный ток VT9, нужно знать потенциал правого конца резистора R10. Этот потенциал равен -/K6/?6-fE88-/88/?io=-1,54-5,0-0,7-0,73-2,1 = =-7,7-0,7-1,53=-9,93 В, откуда эмиттерный ток транзистора VT9

/89=9,93/2,7=3,66 мА, Сумма токов /88+/89=0,73-ьЗ,66»4,4 мА.

Падение напряжения на R12

(/884-/э9)/?12=4,4-0,6 = 2,64 В. Общее падение напряжения на двух сопротивлениях в цепи эмиттера VT9

9,93-1-2,64=12,57 В.

На самом деле оно равно 12,6 В, что указывает на достаточно высокую точность расчета режима операционного усилителя по постоянному току.

Операционный усилитель хА741. На рис. 10.15 показана схема одного из самых распространенных операционных усилителей хА741 фирмы Фейрчальд. Имея довольно простую схему со сравнительно малым числом транзисторов, усилитель обладает большим коэффициентом усиления и высоким входным сопротивлением.

Описание схемы. Транзисторы VT1 и VT3 являются эмиттерными повторителями. Их нагрузкой служат эмиттеры транзисторов VT2 и VT4, включенных по схеме с ОБ. Базы транзисторов VT2 и VT4 соединены вместе и «заземлены» на плюс верхнего источника питания через малое выходное сопротивление со стороны эмиттера трчнзистора VT9. Суммарный базовый ток транзисторов VT2 и VT4, примерно равный 10 мкА, задается токовыми зеркалами на транзисторах VT8, VT9 и VT18, VT19. Этот ток равен разности коллекторного тока транзистора VT18 и эмиттерного тока транзистора VT9. Схема имеет свойство авторегулирования. При увеличении суммы коллекторных токов транзисторов VT1 и VT3 напряжение база - эмиттер транзистора VT8 увеличивается, что приводит к увеличению эмиттерного тока транзистора VT9, уменьшающего сумму базовых токов транзисторов VT2 и VT4, так как эмиттерный ток /89 вычитается из стабильного коллекторного тока транзистора VT18.

Нагрузкой транзисторов VT2 и VT4 служит активная нагрузка, образованная транзисторами VTJ5-VT17.

Сумма приращений коллекторных токов транзисторов VT2 и VT4 снимается с коллектора VT4 и подается на базу транзистора VT5, образующего вместе с транзистором VT6 каскад по схеме Дарлингтона. Их коллекторной нагрузкой является генератор стабильного тока на транзисторах VTIO и VTll. Цепочка, состоящая из транзистора VT12 и резисторов R6 и R7, создает постоянное напряжение между базами и эмиттерами выходных транзисторов VT14 и VT7, Эта схема сдвига уровня напряжения соответствует рис. 10.11, е. Согласно вы» ражению (10.20) сдвиг уровня напряжения

«БЭ12(И-/?в ?7) = 0,7 (1-ь4,5/7,5) = 1,12 В.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 [75] 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169



0.0087