ДК по схеме эмиттерной связки.

 

 

Рис.6.4. Дифференциальный каскад по схеме эмиттерной связки

 

 

На входе ДК стоит схема с общим коллектором ОК, что обеспечивает большое . и - p-n-p-типа – схемы ОБ.

 

Под можно понимать в том числе и динамические нагрузки. ГСТ обеспечивает режим ОБ и . и , работая на малое ОБ обеспечивая усиление по току, раскачивают и . и , работая на динамическую нагрузку, обеспечивают большое усиление по напряжению.

 

Свойства эмиттерной связки были подробно рассмотрены в главе III.

 

 

ДК по каскодной схеме.

 

 

Рис.6.5. Дифференциальный каскад по каскодной схеме

 

На рис.6.5. показана принципиальная схема устройства. - и - - каскоды. и - схемы ОБ - обеспечивают режим с помощью ГС . и работают в режиме КЗ и дают усиление по току.

ДК запускается с помощью ГС и т.о. на базах и нулевой потенциал никаких базовых делителей не ставят.

и дают усиление по напряжению. Можно и - “супербета”, а и - “высоковольтные”.

Запуск каскодных плеч ДК осуществляется ГС . Режим ОБ транзисторов и обеспечивает ГС . Транзисторы и , работая на малое входное сопротивление транзисторов и , выполняют роль усилителей тока.

Свойство входных транзисторов каскода – независимость напряжений на коллекторах от входного сигнала (см. тему «Каскод») – позволяет использовать «супербета»-транзистор. В качестве и в этом случае могут быть выбраны высоковольтные транзисторы, что обеспечивает получение в целом схемой очень больших коэффициентов передачи по напряжению.

 

Кроме того, ГС по отношению и - динамическая нагрузка для синфазных сигналов. Они отслеживаются на эмиттере и и поступают на базу - схема ОК. через диод подает сигнал на коллектора и и далее через повторители и . В точке А встречаются с одной стороны прошедший через и проинвертированный синфазный сигнал, а с другой

стороны непроинвертированный сигнал с ГС . В т. А происходит противофазное сложение и почти полное отслеживание синфазных сигналов.

Итак, ГС - - - и - схема отслеживания синфазного сигнала. Из-за режима КЗ на выходе и перепад напряжений и не зависит от входных сигналов. Сл-но и ослабляется влияние емкостей коллекторных переходов и на частотные свойства ДК.

Но в схеме есть и недостаток – триггерный режим. Т.к. есть обратная связь - - - , то возможен переход ДК в такое состояние. Когда одно плечо ДК входит в режим насыщения, а другое – в режим отсечки. Такое устойчивое состояние характерно для работы бистабильного генератора прямоугольных импульсов – триггера с эмиттерными связями. Вывести ДК из устойчивого состояния можно тоько путем выключения питания.

 

6.1.5. Схема перехода к несимметричному (заземленному) выходу.

 

 

Рис.6.6. Схема перехода к несимметричному выходу

 

Рассмотрим рис.6.6.

Транзистор усиливает входной ток и инвертирует его сразу. Часть этого выходного коллекторного тока через резистор поступает вновь на вход, где происходит противофазное сложение токов. С точки зрения теории цепей мы имеем инвертирующий усилитель со стопроцентной отрицательной обратной связью. В целом, работает как «единичный инвертор» входного сигнала. Проинвертированный без усиления сигнал, с через поступает на , где в «фазе» встречается со второй частью дифференциального сигнала. Происходит синфазное сложение или по-другому удвоение половины дифференциального сигнала. Т.о. усиливает полный дифференциальный сигнал, который можно подавать с коллектора на заземленную нагрузку.

 

6.1.6. Выходная схема

 

Рис.6.7. Схема выходного каскада операционного усилителя

 

Пример выходной схемы показан на рис.6.7.

и - составной транзистор – работает как сложный эмиттерный повторитель.

работает как выходной транзистор ГСТ и создает на напряжение сдвига постоянного уровня .

Сигнал проходит и и поступает на и делитель и . С делителя сигнал поступает через на эмиттер - схема ОБ. Т.о. - - эмиттерная связка, которая не дает инверсии фазы сигнала. Сигнал с транзистора встречается в фазе на базе с сигналом, усиленным связкой. Получается положительная обратная связь (ПОС). Делитель - обеспечивает малый коэффициент обратной связи ( ). Т.О. усилитель не возбуждается. Такое построение выходной схемы с одной стороны обеспечивает дополнительный коэффициент усиления операционного усилителя по напряжению, с другой стороны обеспечивает сдвиг постоянного уровня выходного сигнала на нулевой потенциал схемы и позволяет использовать заземленную нагрузку и, наконец, дает усилитель мощности для увеличения нагрузочной способности ОУ.

 

Схемы защиты ОУ

 

В связи с тем, что транзисторы, на которых строятся ОУ, имеют предельные режимы работы, разработаны схемы защиты входа и выхода ОУ от перегрузок. Защита ОУ по входу обеспечивается, например, диодными ограничителями. Между базами входных транзисторов ДК ставят два параллельно включенных диода так, чтобы анод одного и катод другого попадали в один токовый узел. Такая схема обеспечивает ограничение сигнала любой полярности на уровне напряжения прямосмещенного диода (менее 1 Вольта). Вместо диодов используются транзисторы в диодном включении. Ограничители предотвращают перегрузку входных транзисторов по напряжению как для синфазных, так и для дифференциальных сигналов.

Защита по выходу ОУ в простейшем случае сводится к предотвращению короткого замыкания в нагрузке. Из рис.49 видно, что в режиме КЗ нагрузки ток транзистора ничем не ограничен. Транзистор войдет в режим теплового пробоя. Для предотвращения выхода транзистора из строя последовательно с ОУ на его выход ставится ограничитель тока – резистор. Номинал резистора обычно указывается в типовой схеме включения ОУ.

 

Параметры ОУ.

 

ОУ характеризуется усилительными, входными, выходными, энергетическими, дрейфовыми, частотными и скоростными параметрами.

Важнейшими характеристиками ОУ являются амплитудные (передаточные) характеристики.

 

 

Рис.6.8. Передаточная характеристика операционного усилителя

 

Характеристики снимают при подаче сигнала на один из входов при нулевом сигнале на другом.

При подаче на вход достаточно большого сигнала Т шага ЭП окажется в режиме насыщения и выходное напряжение не зависит от входного. Это горизонтальные участки. Им соответствуют напряжения и . Эти напряжения близки к напряжению источников питания.

Наклонным участкам (линейным) соответствует пропорциональная зависимость выходного напряжения от входного. Угол наклона участка определяется коэффициентом усиления ОУ по напряжению.

 

 

Для различных типов ОУ составляет от нескольких сотен до сотен тысяч и более.

Для идеального ОУ при подаче сигнала на один вход и при нулевом потенциале на другом получить конечное значение напряжения на выходе можно лишь при бесконечно малом значении входного напряжения. Т.е.мы получаем, что в этом случае разность потенциалов между входами идеального ОУ равна или одинакова. Такое свойство входов назвали виртуальным (фактическим) нулем. Основываясь на этом свойстве существенно упрощается задача определения параметров ОУ, охваченного цепями обратной связи.

Из передаточных характеристик следует, что при =0 получается =0, т.е. графики проходят через ноль. Такое состояние ОУ называется балансом ОУ. Для реальных ОУ это состояние не выполняется и наблюдается разбаланс. Обусловлен он реальностью входного ДК. Основная причина разбаланса ОУ – это разброс обратных токов эмиттеров транзисторов, разброс значений резисторов . В результате мы имеем напряжение смещения нуля и . Естественно, что характеристика может быть смещена не только вправо, но и влево.

Зависимость от температуры вызывает температурный дрейф напряжения смещения нуля и температурный дрейф выходного напряжения.

Наличие на входе ДК обуславливает и такие дрейфовые параметры или параметры ОУ как УПТ, как средний входнойток и разностный входной ток. Протекая по источникам сигнала они создают мнимые синфазные и дифференциальные сигналы, которые усиливаются ОУ и поступают на вход. Основная причина этих токов – разброс коэффициентов усиления транзисторов по току входного ДК. В реальных схемах, если используется

лишь один вход ДК, то второй должен быть заземлен через резистор, равный по величине резистору сигнального канала.

Если входные токи (+) и (-) входов ОУ одинаковые, то резисторы в базовых цепях не равны, то на входах ОУ образуется мнимый входной дифференциальный сигнал, т.е. наблюдается разбаланс ОУ.

В целом же наличие разностного входного тока, среднего входного тока и напряжения смещения нуля заставляет в обязательном порядке дополнять ОУ элементами, предназначенными для начальной балансировки ОУ. Для конкретного типа ОУ существуют конкретные, типовые схемы балансировки. Кратко рассмотрим другие параметры ОУ.

Максимальное дифференциальное входное напряжение – оно обусловлено предельным напряжением превышение которого вызовет пробой эмиттерного перехода входных транзисторов.

Коэффициент ослабления синфазного сигнала

- параметр аналогичный параметру ДК

Входное сопротивление

- обусловленно схемой входного ДК и режимом его работы. Например, если во входном ДК по схеме ОЭ стоят составные “супербета” транзисторы, из которых первый работает в микрорежиме, то может доходить до сотен Ом.

Выходное сопротивление

- обусловлено сопротивлением выходного эмиттерного повторителя и составляет для ОУ десятки и сотни Ом.

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться: