Операційні підсилювачі загального призначення

Широкий розвиток схемотехніки інтегральних підсилювачів почався з розробки інтегральних ОП загального призначення, технічні і експлуатаційні характеристики яких постійно удосконалюються. До ОП загального призначення відносять універсальні і багатофункціональні підсилювачі, які застосовуються в аналоговій техніці як розв’язувальні підсилювачі для виконання різних математичних операцій, а також як повторювачі напруг, логарифмічні і антилогарифмічні підсилювачі, компаратори, прецизійні підсилювачі та ін. На основі ОП загального призначення будують різні види підсилювачів спеціального призначення (імпульсні, широкосмугові, вибіркові та ін.), автогенератори гармонічних коливань і коливань імпульсної форми (прямокутної, трикутної, експоненційної та ін.), регулятори, перетворювачі і стабілізатори напруги і т. ін.

Схему ОП загального призначення типу 140УД7 показано на рис. 11.5.

Це ОП другого покоління, він має два каскади підсилення і відповідає структурній схемі, показаній на рис. 11.4, б. Необхідно відзначити, що розробка і промисловий випуск двокаскадних ОП ознаменувало початок нового схемотехнічного етапу розвитку високочастотних лінійних інтегральних мікросхем.

 

 

 

Рис. 11.5. Принципова електрична схема ОП типу 140УД7

 

Перший каскад ОП 140УД7 – це складний диференційальний підсилювач на транзисторах VT 1 – VT 3 і VT 6 – VТ 8 із складним вмиканням транзисторів за схемою СК – СБ – СЕ. Вхідні емітерні повторювачі на п-р-n -транзисторах VT 1 і VT 6 працюють в режимі мікроамперних струмів, забезпечуючи дуже великий вхідний опір і малу вхідну ємність. Вихідні опори емітерних повторювачів майже дорівнюють опорам емітерних переходів r_E = φ _T / I_E. Це опори джерел сигналів для підсилювальних каскадів на транзисторах р-п-р- типу VT 2 і VT 7, увімкнених за схемою із CБ. За ідентичності параметрів цих транзисторів і з урахуванням того, що струми їх баз фіксуються джерелом стабільного струму І₀, потенціал баз на високій частоті дорівнює нулю. Таким чином, заземлення баз виконуються без шунтувальних конденсаторів.

Опори навантаження каскадів за схемою СБ – це колекторні кола джерел стабільного струму на транзисторах VT 3 і VT 8 за схемою із СЕ, внутрішній опір яких дорівнює l / h _22E, тобто дуже великий, що зумовлює високе підсилення схеми (декілька сотень). Для підвищення внутрішнього опору джерел стабільного струму вмикають резистори R 1, R 3, які також використовують для балансування ДП, а транзистор VT 4 забезпечує менше відгалуження струму для керування базами навантажувальних транзисторів VT 3 і VT 8. При цьому поліпшується симетрія плеч диференційного каскаду.

Джерелами стабільного струму є транзистори VT 9 та VT 10.

Підсилений корисний сигнал, який знімається з одиночного виходу диференціального каскаду, через емітерний повторювач на транзисторі VT 14 надходить у підсилювальний каскад на транзисторі VT 16. Навантаженням цього каскаду є джерело стабільного струму на транзис­торі VT 15 і вхідний опір кінцевого каскаду двотактного типу. Оскільки транзистор VT 16 за схемою вмикання СЕ узгоджений зі своїм навантаженням емітерним повторювачем на транзисторі VT 18, його еквівалентний опір навантаження має десятки кілоом, а підсилення – приблизно 200 разів.

Вихідний каскад ОП 140УД7 виконано на комплементарних транзисторах. Він працює в режимі підсилення АВ, оскільки на нього подається невелика напруга зміщення з низьковольтного опорного елемента на транзисторах VT 17, VT19. Транзистори VT 21, VT 22 забезпечують захист транзисторів вихідного каскаду від короткого замикання з боку навантаження ОП.

При подачі на вхід 3 позитивного інформаційного сигналу на виході 6 формується імпульс позитивної (або відповідно негативної) полярності. Це неінвертувальний вхід ОП. Вхід 2 є інвертувальним входом.

Методика корекції частотної характеристики в двокаскадних ОП спрощується, оскільки немає третьої сталої часу. До того ж часткова внутрішня корекція проводиться за рахунок інтегрального конденсатора С. Тому для ОП 140УД7 (рис. 11. 6) необхідний один навісний конденсатор корекції, який приєднується до зовнішнього виводу 8, і один зовнішній резистор (десятки кілоом) балансування нуля і не потрібні навісні елементи захисту входу і виходу підсилювача від аномальних електричних режимів (у трикаскадних ОП першого покоління застосовують від 5 до 8 додаткових навісних елементів). Це суттєво спрощує компоновальні схеми радіоапаратури і поліпшує їх експлуатаційні показники. Перевагою двокаскадних ОП є підвищена швидкодія, а також знижене струмоспоживання.

Рис. 11.6. Типова схема вмикання ОП типу 140УД7