Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Поэтому попытка повысить усиление дифференциального каскада приводит к снижениях входного сопротивления усилителя. Разрешениго этого противоречия способствует использование в первом каскаде схемы активной нагрузки (см, $6.6). Такое схемомхкнческое решение стало возможным после освоения технологии н1готовления на общей подложке ИС биполярных транзисторов различного типа проводимости с ндентнчнымк характеристиками. В качестве прпмера на рнс. 7.5 приведена упрощенная схема двухкаскадного ОУ типа К544УД1.
Входной каскад уснлнтеля выполнен по дифференциальной схеме на п-канальных полевых транзнсторах УТ2 н УТ5 с управляющим р-п.переходом. В качестве нагрузки использована схема «токового зеркала» на транзнсторах УТ1, УТ4, а ток нстоков стабнлизнрован генератором тока на транзисторах УТб, УТ7. Выходной каскад образуют усилнтель ка транзисторе УТ8, включенном по схеме с ОЭ н охваченном цепью последовательной ООС по току нагрузки (Вб) н двухтактный усилитель мощностн на комплементарных транзисторах УТ10, УТ11. Использованне в этом каскаде схемы дннамнческой нагрузки на транзисторе УТ9 позволяет повыснть его коэффицнент усиления.
Частотные свойства выходного каскада корректируют внутреиннм нли вкешням конденсатором С„„шунтнрующнм коллекторный переход транзистора УТВ. В настоящее время серийно выпускаются интегральные ОУ, выполненные по двух- н трехкаскадным схемам. 7.2. ОСНОВНЫЕ НАРАМЕТРЫ ОПЕРАНИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ Операционный усилитель является сложным электронным устройством, правильное применение кото!гого зависит от понимания особенностей его работы н знания основных требований, которые он предъявляет к схемам разрабатываемого ЭС.
Ниже приводятся основные параметры ОУ, характеризующие его работу. Коэффициент усиления по напрязгеиняз Кгя характернзует способность ОУ усиливать подаваемый на гго входы дифференцнальиый сигнал Киэ = А11-*)д(1» . Тнповое значенне коэффициента усиленна ОУ составляет до !0« ...!О«или 100 ... 120 дБ. Входное напрязгение смещения — это напряженке, которое обусловлено, в основном, иендентнчностью напряжений эмнттерных переходов транзнсторов входного днфференцнального усилителя.
Налнчне этого напряження приводят к нарушению условия, согласко которому (1»„„=0 при (1., 0 (см. рнс, 74). Численно входное напряжение смещении определяется как напряжение, которое необходимо приложить ко входу усилителя для того, чтобы его выходное напряженке было равно нулю. Иногда это напряженке называют напряженнем сдвига нуля ((1. ). Типовое значе. ние этого напряжения единицы — десятки миллнвольт.
Входной тон 1.„(входной ток смешения) — ток. протекающнй во входных выводах ОУ и необходимый для обеспечения требуе- 27$ мого режима работы его транзисторов по постоянному н~ку, Тини вое значение э~ого гола единицы микроампер — сотни ня»овмвр Ризность входных токов Л),„(ток сдвига). Природа мого ил»а кроется, » основном, в неодинаковости коэффициентов передачи тока Ь|1э транзисторов входного каскада ОУ. Численно он рв~ин модулю разносгн входных токов усилителя ! (Тм ! .! Типовое значение параметра — от единиц микроампер до единиц и десятых долей наноампера. Входное сопротивление )т,„.
Различают дифференциальное входное сопротивление )7„ хьь н сннфазное входное сопротнвле»ие Й„„„. )7,~г ь определяется как сопротивление между входами усилителя, а В„... — как сопротивление между объединенными входными выводами и нулевой шиной. Повышение входного сопротивления дифференциального усилителя достигается снижением базовых токов покоя транзисторов УТ! и Ъ'Т2 (см. рис, 7.3) до ничтожно малых значений (единицы наноампер), но это )худшает работу дифференциального усилителя из-за уменьшения его динамического диапазона, под которым понимают выраженное в децибелах отношение максимального сигнала к минимальному.
Для предотврашення этого фактора в качестве УТ! н УТ2 применяют супербета транзисторы, отлнчаюшиеся большими коэффициентами усиления по току (единицы тысяч) за счет использован»» в них предельно тонкой базы. Однако применение таких транзисторов зачетно усложняет задачу стабилизации дифференциального усилителя. Поэтому в ряде слу. чаев повышение входного сопротивленн» ОУ достигается использованием в его входном канале полевых транзисторов. Типовое значение входного сопротивления — сотни кнлоом.
Выходное сопротивление И,„, — это сопротивление усилителя, рассматриваемого как эквивалентный генератор. Типовое значение выходного сопротивления †сот ом. Коэффициент подавления синфазного сигнала К„,ь определяет степень подавления (ослабления) синфазной составляющей вход. ного сигнала. Его типовое значение — 50 ... 70дБ. Максимальная скорость изменения выходного напряжения ( У) характеризует частотные свойства усилителя при его работе в нм пульсных схемах; измеряется прн подаче на вход ОУ напр»жени» ступенчатой формы, Типовое значение скорости изменен»» вы»их ного напряжения — единицы вольт/микросекунд.
Частота единичного усиления Р „ — это частота, на ком»н а модуль коэффициента усиления ОУ равен епнннцс. Обычш»» частота не превышает нескольких мегагерц. 19 Кроме перечислсппыь обычно задзютсп и предельно допустнмые значения основных экспл)атаннопиых параметров: макснмально допустнмос напряжеине питания: макснмально допустимый выходной ток; диапазон рабочнх температур'„ максимально допустнмая рассеиваемая мошность; максимально допустимое входпог сннфазиое напрм кение; максимально допустимое входное дифференпнальное напряженне и др. Вольшннство перечисленных параметров снльно зависит от условий эксплуатация, Этн завнсимостн обычно задаются графнчески.
73. ЧАСТОТНЫЕ СВОЙСТВА ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ Частотные свойства ОУ и зависимости от условий его применения характеризуются двумя группами параметров. К первой группе относятся параметры, нспользуемыс прн построении аналоговых схем. К ним в первую очередь относятся передаточная функцпя усилнтеля и соответствуюгцне ей ЛАЧХ и ФЧХ. Вторая группа параметров, а именно макснмальная скорость изменения выходного снгкзла (скорость отклнка уснлнтеля), характеризуюшегося временем установления выходного нанряження н временем восстановлення после перегрузкн, применяется для характеристики работы ОУ в импульсных схемах. Прн рассмотрении частотных свойств ОУ необходимо приннмать во вниманнс следующее: ОУ может как содержать, так н не содержать собственные (внутреннне) цепи коррекции; ОУ является многокаскадным усилителем, поэтому его «мплнтудная и фазочастотная характеристики могут быть получены простым суммированием соответствующих характеристик входящих в него каскадов.
Следует отметить, что на частотные свойства ОУ кроме применяемых полупроводннковых приборов н внутренннх цепей коррекция сильное влияние оказывают паразнтные емкостн самой ИС. Однако в дальнейшем для простоты рассмотрения влиянием этнх паразнтных емкостей будем пренебрегать.
Сделанные допущения позволяют предположнть, что передаточная функция каждого каскада ОУ без учета элементов цепей внутренней коррекции в первом приближения может быть описана выражением Агоос!(у~р+ )) где 7;-твl((+ЬюсКм) — постоянная временн каскада. Вполне очевядно, что в разлнчных каскадах из-за неодкнаковых свойств приборов н разной глубнны местной ООС постоянные 280 Ркс. 7.6.
ЛАЧХ трахкаскаакага ОУ Рас. 7.7. ЛАЧХ авухкаскад- нага ОУ времени Т~ будут различны. Различными будут и соответствующие нм частоты среза. Следовательно, результирующие ЛАЧХ н ФЧХ можно построить суммированием ЛАЧХ н ФЧХ отдельных каскадов. На рис. 7,6 приведена ностроениая таким образом ЛАЧХ трехкаскадного ОУ. Следует отметить, что если значения Т, близки, то суммарный наклон ЛАЧХ будет менее — 20 дБ/дек. Это создает определенные трудности при использовании такого ОУ. Объясняется это тем, что прн разработке конкретных схем сам ОУ, как правило, охва.
тывают цепью ООС. Прн наклоне ЛАЧХ менее — 20дБ/дек происходит потеря устойчивости (см. $5.5). В этом случае в ОУ вводят дополнительную внешнюю или внутреннюю цепи коррекции, формирующие наклон его ЛАЧХ вЂ” 20дБ/дек во всем диапазоне частот, пок» К(аа) > Е Такая коррекция обычно сужает полосу пропускання усилителя. Если постоянная времени одного нз каскадов усилителя существенно больше других, то наклон — 20 дБ/дек во всем диапазоне частот формируется самим усилителем н дополнительная коррекция может ие понадобиться. Таким образом, в любом случае типовая логарифмическая амплитудно-частотная характеристика ОУ во всем диапазоне частот имеет постоянный наклон — 20 дБ/дек н его передаточная функция опясывается выражением )а'от = Кот/(ТотР+ ))~ (У.Зу где Кот — собственный коэффициент усиления ОУ, равный Кив, Ток — постоянная времени ОУ.
тат Формирование ъ всех ОУ однотипной ЛАЧХ продиктовано удоб"твом его практического применения. Поэтому сделанное выше допущение о пренебрежении паразитными емкостями конструкции ОУ вполне оправдано. Следует отметить, что формирование ЛАЧХ, соответствующей передаточной функции (7.3), в схеме двухкаскадного ОУ достигается более простыми средствами, чем в схеме трехкаскадного усилителя. Объясняется это теч, что максимальный наклон ЛАЧХ двухкаскадного ОУ составляет лишь — 40дБ/дек. в то время как в трехкаскадном ОУ ои равен — 60дБ/дек.
Поэтому для коррекции двухкаскадного ОУ достаточно одной цепи коррекции, а для трехкаскадного ОУ таких цепей необходимо две. Для коррекции частотных свойств двухкаскадного ОУ (см. рнс. 7.5) используется конденсатор С,, Постоянная времени выходного каскада определяется его емкостью Тт- — С„р(1+ + Ко) Авык хк, где Ко~1 — коэффициент усилении каскада с ОЭ по постоянному току, Р®„,х, — выходное сопротивление дифференциального каскада.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
