1.2.1.2 Классификация ОУ (Материалы по всему курсу схемотехники (необработанное))

Классификация ОУ.

Операционные усилители характеризуются большим числом параметров, значения которых варьируются в широких пределах в зависимости от предъявляемых к ОУ требований. Учитывая это, естественно классифицировать усилители по значению наиболее важных параметров. Нередко делят ОУ на прецизионные, или усилители высокой точности(УВТ), усилители средней точности(УСТ) и усилители малой точности (УМТ), разбивая их параметры на три класса.

Однако для разработки ОУ недостаточно классификации по параметрам. Необходима классификация по принципам построения или структурным схемам ОУ. Такая классификация приведена на рисунке 1. Все усилители делятся на ОУ с дифференциальным входом(ДОУ) и ОУ только с инвестирующим входом(Ин ОУ). Каждая группа может быть построена без преобразования сигнала(ОУ БП) и с преобразованием сигнала(ОУ ПС). Преобразование сигнала может быть реализовано в схемах с однократной модуляцией и демодуляцией(ОУ МДМ-1) или с двукратной(ОУ МДМ-2), с управляемыми генераторами(ОУ УГ), а также с периодической компенсацией дрейфа(ОУ ПКД). Каждый из перечисленных классов ОУ может выполняться с применением параллельного высокочастотного канала(ВЧС) или без него. Кроме того, ОУ могут быть выполнены либо как преобразователи напряжения в напряжение, т. е. без повторителя тока(ПТ) на входе, либо как преобразователи тока в напряжение с ПТ на входе.

Операционные усилители без преобразования сигнала просты, удобны для интегральной технологии изготовления и потому получили наибольшее распространение. Их, в свою, очередь можно разбить на различные подгруппы в зависимости от построения входных и выходных каскадов. Наиболее часто их делят по типу входных транзисторов на ОУ с обычными биполярными транзисторами, с транзисторами «супер - »(со сверхвысоким усилением по току), с полевыми транзисторами с p-n - переходом и ОУ с МОП - транзисторами. Операционные усилители БП всех этих подгрупп имеют высокое применение: первых двух - благодаря простоте изготовления и низкой стоимости, вторых двух - благодаря сочетанию сравнительно малого входного тока с малым дрейфом нуля. Операционные усилители с полевыми транзисторами обладают еще меньшим IВХ, особенно с МОП - транзисторами на входе, они позволяют также иметь большую VМАКС, но по дрейфу ЕСМ значительно уступают первым двум группам.

Усилители с дифференциальным входом обладают существенно большими функциональными возможностями, чем только инвертирующие. Однако ДОУ не могут полностью заменить Ин ОУ, так как последние позволяют получать большее быстродействие и лучшую стабильность.

Операционные усилители с преобразованием сигнала обычно сложней и дороже, чем ОУ БП, но они необходимы для обеспечения минимальных значений дрейфа и низкочастотных шумов. Причём ОУ МДМ-1 позволяют обеспечить минимальный дрейф нуля, но они имеют больший уровень шумов, чем ОУ МДМ-2. Операционные усилители с управляемыми генераторами имеют преимущества при обеспечении высокого входного сопротивления, малого входного тока и при гальванической развязке цепей. Операционные усилители с периодической компенсацией дрейфа по электрическим параметрам несколько уступают ОУ МДМ-1, но оказываются более технологичными по реализации по полупроводниковой интегральной технологии.

Усилители с ВЧК по сравнению с одноканальными(без ВЧК) позволяют получить больший запас устойчивости, увеличить частоту среза и максимальную скорость нарастания сигнала.

Для получения минимального времени установления выходного напряжения с заданной погрешностью существенными преимуществами обладают ОУ с повторителем тока на входе.

Очевидно, при разработке ОУ необходимо учитывать не только требования к их параметрам, но и те возможности, которые обеспечивает каждый из приведённых на рисунке 1 принципов построения ОУ, а также возможность и целесообразность изготовления их по полупроводниковой интегральной технологии, гибридной интегральной технологии или в виде модулей из дискретных и интегральных элементов.

Рис. 1 Классификация операционных усилителей

Как результат поисков и эволюции схемотехнических и технологических решений был создан ряд ОУ, которые согласно квалификации по ГОСТ 4.465-86 делится на: универсальные (общего применения; например КР140УД6, КР140УД7, КР140УД608, КР544УД1 и др), у которых KyU = 10 3... 10 5; fI = 1,5 ... 10 МГц; прецизионные (инструментальные, например КР140УД13, КР140УД17, КР140УД21, КР140УД24 и др) с KyU > 0,5.10 6 и гарантированными малыми уровнями UСМ мВ и его дрейфа; быстродействующие (например КР140УД11, КР544УД2 и др.) со скоростью нарастания выходного напряжения VUвых В/мкс; регулируемые (микромощные; например КР140УД12, КР140УД1208, 154УД1 и др) с током потребления IПОТ < 1 мА. Также можно выделить многоканальные ОУ (несколько ОУ в одном корпусе, например КР140УД20, КР157УД2 - двухканальные, серия КР1401УД1-УД4 - четырех канальные) и мощные и высоковольтные ОУ (с повышенными характеристиками UВЫХ и IВЫХ; например К157УД1 - ток нагрузки до 1А, КР1408УД1 - выходное напряжение 19В).