ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Особого внимания среди выпускаемых промышленностью ми­кросхем заслуживают операционные усилители (ОУ) серий К140 К153, К284, К544, К553, К710, К740 и др. Интегральные ОУ по­зволяют осуществить до сотни различных схем включения и исполь­зовать одну и ту же микросхему для создания усилителей ВЧ, ПЧ, НЧ, преобразователей, генераторов, детекторов, компарато­ров, активных фильтров и др.

Состав наиболее распространенных серий ОУ и основные па­раметры микросхем приведены в табл. 2.7.

За последние годы значительно расширена номенклатура и повышено качество как ОУ общего применения, так и микромощ­ных, быстродействующих, прецизионных и других ОУ. Благодаря совершенствованию технологии и развитию схемотехники достигну­то повышение коэффициента усиления и коэффициента подавления синфазного сигнала, расширен частотный диапазон, повышено быстродействие и входное сопротивление, уменьшены входные токи и их разности, обеспечена защита выходных каскадов млогих ОУ от перегрузки при коротком замыкании в нагрузке.

В современных ОУ широко применяют супер-|3-транзисторы (Р — несколько тысяч), двухэмиттерные транзисторы, полевые транзисторы, двухколлекторные боковые р-n-р транзисторы, яв­ляющиеся эквивалентами высокоомных генераторов стабильного тока с малыми токами эмиттера, и др.

На рис. 2.31 приведены некоторые варианты применения раз­личных ОУ.

Рассмотрение схемотехнических особенностей ОУ проведем на примере микросхем К140УД1 и К140УД7.

Микросхема К140УД1 представляет собой широкополосный операционный усилитель, принципиальная схема которого показана на рис. 2.32,а.

Усилитель состоит из входного и промежуточного дифферен­циальных усилительных каскадов, каскада смещения уровня и вы­ходного каскада. Он имеет два входа (инвертирующий — вывод 9 и неинвертирующий — вывод 10} и один выход (вывод 5). Напря­жение питания подают на выводы 1 и 7 (соответственно — Еп и +Еп). Вывод 4 — общий, а остальные используют для контроля режима или подключения внешних элементов в зависимости от конкретного применения микросхемы.

Таблица 2.7

Операционный усилитель	K', тыс.	KОС.Сф, дБ	Uсм, МВ	ДUсм/дT, мкВ/°С	Iвх, НА	ДIвх, нА	Rвх кОм	fт. МГц	Uип в	Iпот, мА
140УД1А	0,9	60	7	20	5000	1000	4	5	6,3	4,2
140УД1Б	2	60	7	20	8000	2000	4	5	12,6	8
140УД2	35	80	5	20	700	200	300	2	12,6	16
14СУД5А	0,8; 2	60	7	45	800; 1000	200	150; 100	8	6; 12	5; 10
140УД5Б	1,4;3	80	4,5	5	3600;	1500	10	14	6; 12	5; 10
					5100
140УД6А	70	80	5	20	30	10	2000		15	2,8
140УД6В	50	70	8	—	50	15	1000		15	2,8
140УД7	50	70	4	6	200	50	400	0,8	15	2,8
140УД8А	50	64	20	20	0,2	0,15	—		15	5
140УД8Б	50	64	—	100	0,2	0,15	—		15	5
140УД9	35	80	5	15	350	100	300		12,6	8
140УД10	50	80	4	—	250	50	1000.	15	15	8
140УД11	25	70	10	. —	500	300	—	15	—	8
140УД12	50	70	5	—	7,5	3	—	0,3	3-М6.5	0,03
140УД13	0,01	ПО	0,05	—	0,5	0,2	50000	0,01	15	2
140УД14	20	85	2	20	2	0,2	30000	0,5	5-4-18	0,6
153УД1	20	65	5	30	600	250	100	1	15	6
153УД2	50	70	5	20	500	200	300	1	15	3
153УДЗ	25	80	2	15	200	50	—	1	15	3,6
153УД4	5	70	5	50	400	150	200	0,7	6	0,7
153УД5А	1000	110	1,5	5	100	20	1000	0,1	15	3,5
153УД5Б	1000	100	1,5	10	100	20	1000		15	3,5
153УД6	50	80	2	15	75	15		0,7	15	3
284УД1А	20	70	10	50	1	—	5000	4	9	2,5
284УД1Б	20	70	10	50	1	—	5000	4	9	2,5
284УД1В	20	60	10	100	1	—	5000	4	9	2,5
284УД2	5	40	20	600	10	—	200000	—	6	2,5
544УД1А	50	64	20	20	0,15	0,05	1000000	1	15	3,5
544УД1Б	20	64	50	—	1	0,5	1000000	1	15	3,5
544УД1В	20	64	50	—	1	0,5	1000000	1	15	3,5
544УД2А	20	70	30	—	0,1	0,1	—	—	15	7
544УД2Б	10	70	50	—	0,5	0,5	—	—	15	7
544УД2В	20	70	50	—	1	1	—	—	15	7
553УД1А	15	—	7,5	—	1500	500	—	—	15	7
553УД1Б	10	—	7,5	—	2000	600	—	—	15	6
553УД1В	25	—	2	—	200	50	—	—	15	6
553УД2	20	—	7,5	—	1500	500	—	—	15	6
710УД1	4	70	7	50	400	150	200	1	6	6
740УД1А	15	65	7,5	30	1500	500	100	—	15	0,7
740УД1Б	12	65	2,5	—	—	—	100	—	15	4,5
740УД2	20	65	5	30	—	—	100	—	15	4,5
740УДЗ	0,4	60	10	20	8000	3000	—	5	6,3	4,5
740УД4	50	70	8	20	50	15	2000	1	15	6
740УД5	20	70	7,5	1500	500	300	1	15	3	2,8

Рис. 2.31. Варианты примене­ния микросхем ОУ:

а — источник опорного напряжения с плавной регулировкой выходного напряжения на микросхеме К544УД1; б — микрофонный усили­тель на микросхеме К153УД1А; в — усилитель мощности (50 Вт) на микросхеме К140УД7

Входной каскад выполнен по дифференциальной схеме на тран­зисторах Т1 и Т2, в общую эмиттерную цепь которых включен то-костабилизирующий двухполюсник с большим внутренним сопро­тивлением на транзисторе Т3 с термокомпенсирующим диодом (транзистор Т6 в диодном включении) в цепи базы. Основное на­значение входного каскада операционного усилителя — большое усиление дифференциального сигнала при максимально возможном подавлении синфазной помехи.

Выходной сигнал первого дифференциального каскада микро­схемы снимается с дифференциального выхода (резисторы ri и R2) и подается на второй дифференциальный каскад на транзисто­рах Т4 и Т5. Так как требования по подавлению синфазной помехи в этом каскаде ниже, чем в первом, вместо токостабилизирующего элемента в эмиттерной цепи использован резистор. Различие диф­ференциальных каскадов заключается также в отсутствии рези-стивной нагрузки в цепи коллектора транзистора 74, в которой нет необходимости при переходе от симметричного входа к несим­метричному выходу. Так как выходное напряжение каждого дифференциального каскада содержит не только полезный сигнал, но и постоянную составляющую напряжения коллектор — база транзистора, на коллекторе транзистора Т5 относительно «земли» имеется постоянное напряжение. Его необходимо нейтрализовать, сохранив передачу полезного сигнала, причем использование разделительного конденсатора недопустимо, поскольку ОУ является усилителем постоянного тока. Для решения этой задачи перед выходным каскадом помещен каскад смещения уровня на тран­зисторах Т7 и Ts. Смещение уровня происходит на резисторе R9 вследствие протекания через него коллекторного тока транзистора Т8, который использован в качестве генератора стабильного тока.


Так как резистор Rg и сопротивление коллекторного перехода транзистора Т& образуют делитель с большим сопротивлением ниж­него (транзисторного) плеча, сигнал почти без затухания посту­пает на базу транзистора Т9 выходного каскада. Компенсацию температурного дрейфа тока кол­лектора транзистора Т$ обеспе­чивает транзистор tq.

Выходной каскад ОУ на транзисторе Г9 выполнен по схе­ме эмиттерного повторителя. Он предназначен для усиления по мощности. Повышению усилении способствует положительная об­ратная связь за счет передачи части выходного напряжении с делителя R10 — R12 на эмиттер транзистора T8. Часть сигнала синфазной помехи, которая про­сачивается на выход усилителя, по цепи обратной связи воздей­ствует на базу транзисгорз T3, ослабляя действие помехи. Вклю­ченный между базами транзисто­ров Т-; и Тэ диод Д1 предназна­чен для дополнительного отбора тока при коротком замыкании на выходе усилителя.

Устойчивость работы усили­теля достигается подключением корректирующей цепи между выводами 1 и 12. На НЧ в качестве корректирующей цепи целесообразно подключить к выводу 3 кон­денсатор емкостью 0,01 мкФ.



Рис. 2.32. Микросхемы ОУ КНОУД1 (а) и КНОУД7 (б),

Микросхему К140УД1 выпускают в двух модификациях, раз­личие между которыми показано в табл. 2.7.

Микросхема К140УД7 (рис. 2.32,6) по числу каскадов, внося­щих основной вклад в обеспечение общего коэффициента усиления, относится к двухкаскадным ОУ. Входной каскад усилителя вы­полнен по сложной схеме на транзисторах Т&, Гц, Тд, Г)2 с допол­няющими проводимостями. Плечи каскада построены по схеме ОК. — ОБ. На транзисторах T2 и T20 выполнен стабилизатор раз­ности токов, что позволяет поддерживать постоянство токов вход­ного каскада. Смещение на базы этих транзисторов подано с тран­зисторов в диодном включении.

Выходное напряжение первого каскада усиливается вторым каскадом на транзисторах Т13, Т15. Каскад нагружен на параллель­но включенные внутреннее сопротивление генератора стабильного тока (на двухколлекторном транзисторе T4) и сопротивление двух-эмиттеркого транзистора Т16.

Выходной каскад ОУ выполнен на транзисторах Т$ и 722. Он работает в режиме АВ. Транзисторы Т6 и Гю обеспечивают сме­щение рабочей точки транзисторов выходного каскада. Транзисторы Т7 и T17 предназначены для защиты выходного каскада от пере­грузки. Они открываются при недопустимом увеличении падения напряжения на резисторах R3 и R4. Транзисторы Г23 и Т16 (по цепи второго эмиттера) предназначены для линеаризации амплитудной характеристики ОУ.

Конденсатор С1 полностью корректирует АЧХ ОУ. Для повы­шения скорости нарастания выходного напряжения можно умень­шить степень коррекции, подключив к выводу 8 конденсатор емко­стью 150 пФ. Для балансировки ОУ рекомендуется включить пере­менный резистор между эмиттерами транзисторов Tiu и 719 (выводы 1 и 5).


Содержание раздела

---

---