книги / Электронные усилители

ется и до третьей точки происходит плавный спад усиления с нак* лоном 6 дБ/окт.

Коррекция АЧХ ОУ с помощью высокочастотного параллельно­

частотный канал при таком способе коррекции должен иметь нак­ лон АЧХ в области единичного усиления не более 40 дБ/дек. Структурная схема (а) и АЧХ (б) скорректированного усилителя приведены на рис. 6.23. Указанный способ нашел применение в уси­ лителе мощности многофункциональных генераторов Г6-31, Г6-28 '(рис. 7.15). В качестве низкочастотного (НЧ) канала служит ОУ. Для того чтобы пол,оса усилителя не ограничивалась малым быстродействием ОУ, применен высокочастотный (ВЧ) параллель­ ный канал, обеспечивающий устойчивость в определенном диапа­ зоне изменения коэффициента передачи замкнутой системы. ВЧканал при таком способе коррекции должен иметь наклон АЧХ в области частоты единичного усиления не более 40 дБ/дек.

Коррекция АЧХ с помощью обратной связи обеспечивает устойчивость системы при работе ОУ на емкостную нагрузку. Ем­ костная нагрузка С„ и выходное сопротивление образуют фазо­ сдвигающую цепь, вследствие чего усилитель возбуждается даже при небольшом запасе устойчивости. В схему (рис. 6.24) включа­ ют RK и С.к , образующие сопротивление нагрузки для высоко­ частотной составляющей сигнала, что повышает -устойчивость уси­ лителя.

Рис. 6.22

ОУ при воздействии импульса максимального входного напряже­ ния прямоугольной формы. Скорость нарастания выходного сиг­

ние); fp — самая высокая частота, при которой сохраняется номи­ нальное значение выходной мощности.

Из формулы видно, что скорость нарастания выходного сигна­ ла прямо пропорционально зависит от граничной частоты ОУ. Для расширения динамических параметров применяется каскодное включение усилителя. При последовательном включении неинвер­ тирующих усилителей с коэффициентом усиления К граничная

частота определяется: /о,?=/о.7(1 -h^v) /.(1 + V К), где /о,? — гранич­ ная частота одного усилителя без ООС.

Построение структурных схем операционных усилителей. Пер­ вые ОУ — К140УД1, К140УД5, К153УД1— имели трехкаскадную структурную схему из-за того, что технология не позволяла полу­ чить высокоомные сопротивления нагрузок н хорошие р—п—/7-транзисторы. Для ОУ с трехкаскадной структурой тре­ буется много вспомогательных компонентов частотной коррекции, балансировки, защиты от перегрузки по входу и выходу, а также триггерного режима. В настоящее время разрабатываются ОУ ис­ ключительно с двухкаскадной структурой, так как за один техно­ логический цикл можно получать п—р—/г- и р—п—/7-транзисто­ ры, которые используются как в режиме усиления, так и в режиме активной погрузки. Двухкаскадные ОУ работают с меньшими то­ ками питания, имеют повышенный коэффициент усиления. Рас­ смотрим принципиальные схемы трехкаскадного и двухкаскадного

по дифференциальной схеме. Резистор в цепи коллектора транзис­ тора VT5 отсутствует, так как выходной сигнал второго каскада снимается только с коллектора транзистора VT6. Источник ста­ бильного тока во втором дифференциальном каскаде ме исполь­

зисторов повышает потенциал их эмиттеров, что необходимо для непосредственной связи баз транзисторов с выходами предыдуще­ го каскада.

Третий усилительный каскад выполнен на транзисторах VT7, VT8. Выход его связан с входом транзистора VT9, на котором реа-

лизован выходной эмиттерный повторитель. Построение третьего усилительного каскада таково, что транзисторы VT7, VT8 пред­ ставляют собой как бы управляемые элементы входного делителя эмиттерного повторителя. Управление транзистором VT7 произво­ дится по цепи базы выходным сигналом второго каскада, управле­ ние транзистором VT8 — по цепи эмиттера напряжением на резис­

увеличением сопротивления транзистора VT8, и наоборот. Упрощенная принципиальная схема двухкаскадного ОУ приве­

дена на рис. 6.26. Она содержит входной дифференциальный уси­

включен двухтактный усилитель мощности — эмиттерный повтори-

значению 1\, поэтому одинаковы и токи эмиттеров транзисторов

Полная принципиальная схема двухкаскадного ОУ отличается от приведенной упрощенной схемы большим числом вспомогатель­ ных элементов, обеспечивающих работу ОУ при изменяющихся внешних условиях (температуре, напряжении питания).

Операционные усилители, характеризуются рядом электричес­ ких параметров. Количественная оценка этих параметров позво­ ляет условно разделить ОУ на следующие виды: общего назначе­ ния, быстродействующие, прецизионные, микромощные, мощные и высоковольтные. К ОУ общего назначения относятся: К140УД1,

К140УД14, К1409УД1. Прецизионные ОУ— К140УД13, К140УД17,

оснозные параметры некоторых, наиболее широко применяемых в измерительной технике ОУ.

Основные способы включения ОУ для усилительных уст­ ройств— инверсный и неинверсный. При выборе способа включе­ ния ОУ для усилительных устройств необходимо учитывать сле­ дующее.

мы со значением входного сигнала. В схему усилителя необходимо ввести ООС, что позволит уменьшить влияние помех, шумов, тем­ пературных и временных нестабильностей на значение выходного напряжения;

поскольку входное напряжение UByi незначительное, им можно пренебречь;

через цепь ОС выходное напряжение усилителя стремится к компенсации разности входных напряжений на инверсном и пря­

схем значением входного тока можно пренебречь.

Инвертирующий усилитель. Принципиальная схема инвертирую­ щего усилителя приведена на рис. 6.27. Входной ток определяется по закону Ома из условия, что разность входных потенциалов рав­ на нулю, потенциал входа равен нулю:

В величину Ri входит также сопротивление источника сигнала. Из

UttJX— --- (R'il'R I ) E DX>

где «—» означает сдвиг выходного сигнала относительно входного

что дрейф нуля усилителя прямо пропорционально зависит от /?2. При расчете усилителя необходимо стремиться к минимальному значению R2. Минимальное значение R-2 определяется максимально допустимым выходным током ОУ. В большинстве случаев можно

Ri и R2 ухудшаются динамические характеристики и помехоустой­ чивость.

Неинвертирующий усилитель. Принципиальная схема неинвер­ тирующего усилителя приведена на рис. 6.28.

Из условия, что UBX =0, следует, что оба входа характеризуют­

= E tx (l+R2/Ri)-

Коэффициент усиления К и = ^ ВЫх /Евх = l+ R 2/Ri.

Входное сопротивление с учетом последовательной обратной связи RBX« (1 + рК)R вх , где $=ZR I/(R I +R2) ■

Значение входного сопротивления достигает 1012 Ом. Поскольку входное сопротивление повторителя велико, для предотвращения пробоя ОУ по входу надо исключить возможность обрыва вход­ ной цепи. При наличии высокоомных источников сигнала в цепь

ния неинвертирующего усилителя примерно в [(1—/()•/(] раз больше полосы пропускания инвертирующего усилителя;

высокое входное сопротивление.

При введении в цепь обратной связи комбинации линейных — нелинейных элементов можно реализовать требуемую передаточ­ ную функцию.

К наиболее часто реализуемым схемам на ОУ в измерительных приборах относятся интеграторы, дифференциаторы, логарифми­ рующие схемы, фильтры.

Контрольные вопросы

1.Перечислите основные достоинства дифференциальных каскадов.

2.Приведите схему дифференциального каскада и поясните прохождение дифференциального и синфазного сигналов.

3.Что называется коэффициентом подавления синфазного сигнала?

4.Как влияет на процесс усиления дифференциального сигнала применение несимметричного дифференциального каскада?

5.Приведите примеры применения дифференциальных каскадов в схемах.

6.Приведите основные параметры и характеристики операционных усили­

телей.

7.Рассмотрите структурные схемы двух- и трехкаскадных ОУ. Поясните

преимущества двухкаскадного ОУ.

8.Приведите основные требования, предъявляемые к ОУ.

9.Приведите основные схемные решения, позволяющие обеспечить требова­

ния, предъявляемые к ОУ.

10.Приведите методы, позволяющие: увеличить входное сопротивление ОУ; расширить полосу пропускания ОУ.

11.Приведите инверсный и неинверсный способы включения ОУ. Рассмотри* те параметры: коэффициент усиления, входное сопротивление, выходное сопро­ тивление. Поясните достоинства указанных схем.

ГЛАВА 7

ШИРОКОПОЛОСНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Широкополосные усилители предназначены для усиления сиг­ налов в диапазоне частот, составляющем от десятков герц до со­ тен мегагерц. При усилении импульсных сигналов широкополос­ ные усилители называются импульсными. Широкополосные усили­ тели подразделяются на линейные и нелинейные. В линейных уси­ лителях форма импульсов воспроизводится с заданной точностью. В нелинейных усилителях преднамеренно искажается форма им­ пульсов для их преобразования: по амплитуде, по длительности или одновременно по амплитуде и по длительности.

Искажения в импульсных усилителях характеризуются искаже­ ниями формы импульса. Полоса усиливаемых сигналов характе­

ре