Операционные усилители общего применения. Быстродействующие широкополосные операционные усилители. Мощные и микромощные операционные усилители

ОУ называют усилитель электрических сигналов, предназначенный для выполнения различных операций с входными сигналами при работе в схеме с глубокой ООС.

Операционные усилители общего применения предназначены для использования в тех случаях, когда средние значения их характеристик могут удовлетворять предъявляемым требованиям. Они позволяют строить узлы аппаратуры, имеющие суммарную погрешность на уровне 1%. Этим ОУ свойственны низкая стоимость, малое количество или полное отсутствие дополнительных внешних компонентов, не очень высокая частота единичного усиления (около 1 МГц).

Примером ОУ общего применения может служить К544УД1, выполненный по двухкаскадной схеме.

Дифференциальный каскад собран на полевых транзисторах (1,2) с управляющим p-n-переходом и n-каналом, с динамической нагрузкой в цепи стоков на биполярных (3,4) транзисторах, которые вместе с транзистором(5) обеспечивают переход от симметричного входа в несимметричный выход. Второй каскад предварительного усиления собран на VT10 по схеме с ОЭ с динамической нагрузкой в коллекторной цепи, которой является ГСТ на VT8. Для согласования небольшого R_вх второго каскада с большим выходным сопротивлением первого на VT9 стоит ЭП. Выходной каскад собран по двухтактной схеме, содержащей VT14 и VT18 по схеме с ОК. Защита от перегрузок производится VT16 и VT17 и резисторами R11,R12. В истоковые цепи VT1 и VT2 включен ГСТ на VT6, VT7, осуществляющий защиту от выхода из строя этих транзисторов при попадании на вход больших импульсных напряжений, которые приводят к пробою p-n-перехода. Наличие большого сопротивления ГСТ ограничивает входной ток p-n-перехода при электрическом пробое его. Емкость С шунтирует выход второго каскада, уменьшает его полосу пропускания и этим самым предотвращает фазовые сдвиги, которые могут привести к появлению ПОС и самовозбуждению.

ГСТ – генератор стабильного тока.

Быстродействующие усилители при средних точностных параметрах имеют высокие динамические характеристики (f_т = 20 ¸ 1000 МГц, r = 10 ¸ 1000 В/мкс). Быстродействие ОУ ограничивает два обстоятельства. Во-первых, в состав входного дифференциального усилителя входят p-n-p-транзисторы, относительно низкочастотные из-за меньшей подвижности дырок по сравнению со свободными электронами. Во-вторых, скорость нарастания ограничена скоростью заряда корректирующего конденсатора С_к. Влияние первого фактора устраняют, используя во входном каскаде более быстродействующие р-канальные полевые транзисторы. Увеличить скорость заряда С_к можно либо увеличив ток дифференциального каскада, либо уменьшив емкость С_к. В первом случае увеличивается ток потребления ОУ, а во втором ухудшается устойчивость. Повысить устойчивость можно, вводя дополнительные фазоопережающие звенья в схему усилителя или вне его. Как следствие, быстродействующие ОУ склонны к неустойчивости. Типичные примеры: 140УД10, 574УД3, 154УД4, ОРА634.

Мощные ОУ. Микросхема К157УД1 представляет собой универсальный операционный усилитель средней мощности с максимальным выходным током 300 мА, разработанный для использования в аппаратуре магнитной записи и воспроизведения звука. Применение ряда конструктивно-технологических и схемотехнических приемов позволило отодвинуть верхнюю частоту эффективной работы этого ОУ до 100 кГц, а отсутствие внутренней коррекции - расширить область применения.

Операционный усилитель К157УД1 можно использовать в самых разнообразных схемах и узлах радиоэлектронной аппаратуры: предварительных усилителях мощности, усилителях 34 для стереотелефонов, генераторах с рабочей частотой до 100 кГц, всевозможных исполнительных устройствах. Микросхема имеет ограничители пиковых значений выходного тока, предотвращающие выход усилителя из строя при переходных процессах или кратковременных коротких замыканиях на выходе микросхемы.

Микромощные ОУ. Как и в обычных ситуациях, при разработке линейных устройств соблазнительно отказаться от дискретных маломощных транзисторов в пользу микромощных ОУ, предусматривая, что они могут обеспечить необходимые рабочие характеристики. Постоянный прогресс в технологии биполярных линейных ИС наряду с недавними улучшениями в производстве интегральных КМОП-схем привел к обоснованному выбору микромощных ОУ. Имеется, однако, несколько серьезных компромиссов и конструкторских неудобств при использовании микромощных ОУ.

При всех остальных одинаковых характеристиках уменьшение рабочего тока ОУ вызывает соответствующее понижение частоты единичного усиления и максимальной скорости нарастания выходного напряжения, увеличение выходного полного сопротивления, появление искажений типа «ступенька» и возрастание входного шумового напряжения. В большинстве случаев имеется также тенденция к снижению имеющегося выходного тока возбуждения. Кроме этих нежелательных характеристик схемные ухищрения, необходимые при проектировании микромощных ОУ, могут привести к дополнительным патологиям, как например, вероятность низкочастотных возбуждений (рокот из-за самовозбуждения НЧ-каскадов), ключевой режим с фиксацией состояния или недостаточный диапазон схемы подстройки входного смещения.