Лекция 11

2.5. Операционный усилитель (оу).

Операционный усилитель – полупроводниковое устройство интегрального исполнения, предназначенное для усиления электрических сигналов начиная с нулевой частоты.

2.5.1. Принципиальная схема, состав, функциональное назначение.

Упрощенная принципиальная схема операционного усилителя приведена на рис.81. Кружками на схеме показаны выводы интегральной микросхемы операционного усилителя.

П

Рис.81. Принципиальная схема операционного усилителя.

ервый каскад выполнен на транзисторах VT1 и VT2 ипредставляет собой дифференциальный усилитель. Для стабилизации токов эмиттеров дифференциального усилителя предназначен источник стабильного тока на транзисторе VT3.

Выходной каскад выполнен по схеме сложного эмиттерного повторителя. Это объясняется свойствами эмиттерного повторителя: малым выходным сопротивлением, большим коэффициентом усиления по мощности. Однако нужно учитывать, что напряжение подаваемое на базы транзисторов VT5, VT6 при отсутствии сигнала должно быть равно нулю. Но, напряжение на выходе дифференциального каскада (на коллекторе транзистора VT2) примерно равно половине напряжения питания Uп1. Следовательно, непосредственно соединить коллектор VT2 и базы транзисторов VT5 и VT6 нельзя, так как эти точки имеют разные потенциалы. Поэтому между первым и вторым каскадами нужно установить устройство, которое выравнивает потенциалы выхода первого каскада и входа последнего каскада.

Д

Рис.82. Изображения операционного усилителя.

анную функцию выполняет устройство на транзисторе VT4. Для того чтобы не снижать коэффициент усиления первого каскада, и увеличения входного сопротивления каскада на транзисторе VT4 введена, отрицательна обратная связь по току установкой резистора R5. При этом на этом каскаде можно получить дополнительное усиление, определяемое отношением R6/R5. Так как операционный усилитель имеет один выход целесообразно определить качество входов (инвертирующий или неинвертирующий). Если на первый вход будем подавать возрастающее напряжение, то соответственно должен возрастать ток базы и ток коллектора транзистора VT1. Возрастание тока коллектора VT1 приводит к уменьшению тока коллектора VT2. Падение напряжения на резисторе R1 будет уменьшаться, и возрастать напряжение на коллекторе VT2. Так как выходное напряжение каскада на транзисторе VT4 снимается с коллектора, то этот каскад инвертирует, и напряжение на коллекторе VT4 будет уменьшаться. Выходной каскад – эмиттерный повторитель входного напряжения не инвертирует, следовательно, на выходе операционного усилителя напряжение будет уменьшаться. Таким образом, при подаче на первый вход возрастающего напряжения на выходе будем иметь уменьшающееся напряжение (показано соответствующими изображениями периодов в точках схемы), следовательно, первый вход является инвертирующим, а второй неинвертирующим. На рис. 82 показано изображение операционного усилителя, используемое на принципиальных электрических схемах устройств регламентируемое ГОСТом (а) и изображение, используемое в литературе (б). На рисунке 82а приняты обозначения: кружок на выводе микросхемы обозначает выполнение операции инвертирования (инвертирующий вход), + и – обозначают подключение источников питания, F – коррекция частотной характеристики, NN – подключение внешних неинформационных цепей (балансировка).