Структура и основные параметры интегральных операционных усилителей

Общие сведения.Операционными усилителями (ОУ) называют широкий класс усилителей с гальваническими связями, работающих при наличии глубокой обратной связи. Эта обратная связь настолько велика, что параметры и характеристики устройства на ОУ практически полностью определяются видом ихарактеристиками элементов, входящих в цепь ОС.

Впервые ОУ были разработаны около 40 лет назад ипредназначались для выполнения некоторых математических операций (сложения, вычитания, интегрирования и др.) в аналоговых вычислительных машинах. В современных ЭВМ математические операции выполняются логическими (цифровыми) ИМС, а усилители с большим коэффициентом усиления и глубокими обратными связями для этих цепей не используются. Однако термин «операционные усилители» за ними сохранился.

Реализовать высококачественный ОУ на дискретных элементах — задача очень трудная, а для серийного производства почти неразрешимая. Поэтому широкое распространение получили лишь интегральные ОУ, стабильные параметры которых достигнуты благодаря обеспечению высокой симметрии плеч входящих в них балансных каскадов и повышению сложности электрической схемы.

Структура ОУ.Независимо от сложности принципиальной схемы почти все ОУ имеют структурную схему, показанную на рис. 7.13. Операционные усилители, построенные по такой структурной схеме, имеют два входа и один выход. По отношению к выходу один из входов является инвертирующим, другой — неинвертирующим. Наличие в ОУ инвертирующего и неинвертирующего входов значительно облегчает введение в него различных ОС и с их помощью реализацию различных функций.

Отклонения от данной структурной схемы носят непринципиальный характер. Например, могут быть три каскада усиления напряжения, схема защиты выхода от короткого замыкания и схема защиты входного каскада от перенапряжений.

Структура и основные параметры интегральных операционных усилителей

Рис. 7.13. Структурная схема ОУ

Каскады усиления служат для обеспечения заданного коэффициента усиления. В современных ОУ коэффициент усиления составляет от единиц до десятков тысяч. Каскад сдвига уровня напряжения предназначен для исключения постоянной составляющей напряжения, которая возникает в ОУ при непосредственной связи между каскадами. Благодаря этому каскаду на выходе ОУ устанавливается нулевое напряжение при отсутствии сигналов на его входах.

Выходной (оконечный) каскад служит для получения малого выходного сопротивления ОУ в целях лучшего согласования ОУ с нагрузкой. Он выполняется по одно-тактной, а чаще всего — по двухтактной схеме. В некоторых ОУ в выходных каскадах предусмотрена схема защиты от перегрузок, с помощью которой ограничивается максимальный ток транзисторов выходного каскада.

Питание ОУ осуществляется от разнополярных источников, благодаря чему облегчается задача компенсации смещения нуля на выходе ОУ при отсутствии входных сигналов и исключается постоянная составляющая тока и напряжения в нагрузке. Для большинства современных ОУ напряжения питания можно изменять в широких пределах: от ±3 до ±15 В (важно лишь, чтобы по абсолютному значению напряжения «положительного» и «отрицательного» источников оставались одинаковыми).

Для обеспечения устойчивости в операционных усилителях широко используются частотно-зависимые обратные связи (цепи коррекции).

Хорошие шумовые свойства ОУ обеспечиваются специальными технологическими операциями при производстве транзисторов с минимальной площадью контакта р — n-переходов с поверхностью, уменьшением абсолютных размеров транзисторов, высококачественной изоляцией и использованием во входных каскадах полевых транзисторов.

Большинство интегральных ОУ изготовляют по полупроводниковой технологии (серии K140, К153, К553, К740, К744 и др.) и лишь некоторые — по гибридной (серии 284, 287).

Параметры и характеристики ОУ.Наиболее употребительные параметры интегральных ОУ:

коэффициент усиления напряжения Ку и,или коэффициент усиления диф- ференциального сигнала;

коэффициент усиления синфазных входных напряжений Ку.сф;

коэффициент ослабления синфазных входных сигналов Кос.сф;

напряжение смещения UCM— значение напряжения на входе ОУ, при котором выходное напряжение равно нулю;

входные токи Iвх1,Iвх2 и разность входных токов ?Iвх = |Iвх1– Iвх2|, определяемые в заданном режиме (обычно при uвых = 0).

Параметры UCM, Iвхи ?Iвх изменяются с изменением температуры. Поэтому эти параметры дополнительно характеризуются температурным дрейфом, который численно равен отношению отклонения соответствующего параметра от его значения при комнатной температуре к изменению температуры окружающей среды.

Кроме указанных параметров, свойства интегральных ОУ характеризуются выходным Iвых и потребляемым Iпот токами, входным Rвх и выходным Rвых сопротивлениями, максимальными и минимальными входными и выходными напряжениями и др.

Перечисленные параметры составляют группу так называемых статических параметров ОУ. Быстродействие ОУ характеризуется динамическими параметрами, основными из которых являются следующие:

Структура и основные параметры интегральных операционных усилителей Структура и основные параметры интегральных операционных усилителей верхняя граничная частота полосы пропускания fв, на которой коэффициент усиления ОУ уменьшается в v2 раз по сравнению с его значением при f = 0;

частота единичного усиления f1, на которой коэффициент усиления ОУ равен 1;

скорость нарастания выходного напряжения ?ивых определяемая при подаче на вход ОУ напряжения прямоугольной формы с амплитудой, равной максимальному входному напряжению. Этот параметр выражают в вольтах на микросекунду (В/мкс).

Реакцию ОУ на воздействие ступенчатого входного

Рис. 7.14. Характеристики ОУ:

а — амплитудная; 6 — АЧХ

напряжения оценивают временем установления ty выходного напряжения (см. § 5.8).

Основными характеристиками ОУ являются амплитудная и амплитудно-частотная (рис. 7.14).

Случайные записи:

Основные параметры операционного усилителя


Похожие статьи:

Добавьте постоянную ссылку в закладки. Вы можете следить за комментариями через RSS-ленту этой статьи.
Комментарии и трекбеки сейчас закрыты.