диагонали моста между цепями коллектор - эмиттер подключается напряжение питания, а в другую (между коллекторами) - нагрузка. Входной усиливаемый сигнал прикладывается к базам обоих транзисторов. При -Rki=k2 и идентичных транзисторах плечи моста симметричны. Если сигнал на входе схемы отсутствует («вх= = 0), разность потенциалов между коллекторами VI и V2 также равна нулю. Если Ывх=?0, то потенциалы на коллекторах транзисторов получают одинаковые по значению, но разные по знаку приращения {AUi = -Afk2), вследствие чего в нагр(узке появится ток.

Параллельно-балансные каскады могут быть использованы в качестве первых высокостабильных каскадов многокаскадных усилителей, а также в качестве выходных каскадов, если нужно получить симметрично изменяющееся напряжение (например, для отклоняющих пластин осциллографической трубки) или симметрично изменяющийся ток (например, для отклоняющих катушек электронно-лучевых трубок, обмоток реле). Высокая стабильность выходных данных объясняется тем, что изменения режима (температуры, напряжения источника и т. д.) в симметричной схеме приводят к одинаковым изменениям потенциалов на коллекторах, поэто-му выходное напряжение и ток в нагрузке не меняются.

В симметричной схеме ток через резистор Rg можно считать неизмененным (А/э1=-Аг), поэтому обратная связь в схеме не возникает. Регулировкой сопротивления резистора связки R1 с отводом средней точки можно уменьшить колебания токов коллекторов. Резистор R1, являясь сопротивлением обратной связи, снижает усиление, однако он предотвращает запирание одного из транзисторов при малейшем разбалансе базовых потенциалов, чем расширяет динамический диапазон входных сигналов.

Балансные каскады последовательного типа на транзисторах распространения не получили, так как обладают большим дрейфом нуля, поэтому здесь не рассматриваются.

Усилители постоянного тока с преобразованием. Усилители постоянного тока прямого усиления обеспечивают усиление сигналов лишь в сотни микровольт и выше. Для (усиления более слабых сигналов используют УПТ с преобразованием постоянного тока в переменный с последующим усилением и детектированием.

На рис. 21.50, а приведена структурная схема УПТ с преобразованием. Низкочастотное напряжение сигнала UQ = UQmCOsQt

Рис. 21.50. Усилитель постоянного тока с преобразованием сигнала

(включая Й = 0) поступает на преобразователь Пр. Одновременно на преобразователь подается от генератора Г опорное напряжение несущей частоты Ыоп= C/onmCOs ©о. На выходе преобразователя возникают колебания преобразованного сигнала. Они проходят усилитель низких частот УНЧ и поступают на демодулятор, в котором осуществляется синхронное детектирование. Для этой цели на демодулятор от генератора Г подводятся колебания той же несущей. Исходный входной сигнал выделяется фильтром нижних частот ФНЧ и подается в нагрузку.

Однако УПТ с преобразованием на дискретных элементах из-за сложности и высокой стоимости не получили широкого распространения и в настоящее время заменены УПТ с преобразованием в интегральном исполнении. Примером такого УПТ является операционный усилитель 140 УД 13.

Применяются также УПТ с преобразованием сигнала на оптро-нах. Оптрон V (рис. 21.50, б) содержит излучающий светодиод СД и фотоприемный элемент ФР, между которыми имеется оптическая связь. в качестве фотоприемника может служить фоторезистор ФР, фотодиод, фототранзистор. Оптрон осуществляет передачу сигнала и идеальную гальваническую развязку входа и выхода каскада.

На рис. 21.50, б приведен УПТ с преобразованием с использованием диодного оптрона в качестве преобразователя (модулятора). Под действием опорного напряжения несущей Uoa световой поток светодиода СД оптрона V изменяется с частотой ©о- Это вызывает изменение проводимости фоторезистора фР оптрона с частотой шо. Одновременно на ФР воздействует напряжение сигнала Uq. в результате с резистора R1 снимают модулированное напряжение Ым, которое усиливается усилителем Al, детектируется в балансном демодуляторе и подается на фильтр нижних частот, выделяющий исходный входной сигнал.

§ 21.13. Операционные усилители

Назначение. Операционный усилитель (ОУ) представляет собой УПТ обычно прямого усиления с большим коэффициентом усиления по напряжению. Исходя из этого на ОУ можно выполнять узлы аппаратуры, показатели которой в основном определяются элементами цепи ОС, вводимой в ОУ.

Вначале ОУ использовались в аналогичных вычислительных машинах при выполнении математических операций (суммирование, вычитание, дифференцирование и т. д.). В настоящее время ОУ широко применяются в различных функциональных узлах аппаратуры в качестве входных дифференциальных, промежуточных, выходных каскадов усилителей, смесителей звуковых частот, активных фильтров и т. д.

Технические показатели. Помимо рассмотренных ранее технических показателей усилителей переменного и постоянного токов

(см. § 21.2 и 21.12), для оценки ОУ используются нижеприведенные специфические показатели:

входное напряжение смещения нуля Ucm (мВ), которое следует подать на один из входов ОУ или на дифференциальный вход ОУ, чтобы f/вых=0;

температурный дрейф напряжения смещения нуля ДУсм/А (мкВГС);

входной ток смещения /см (нА), равный среднему току, протекающему во входной цепи ОУ при Увых=0, т. е. /сн= (Z+cm-H +/~см)/2, где /+СМ и 1~см - токи смещения на неинвертирующем и инвертирующем входах ОУ;

разность входных токов смещения А/см= /+см - /~см (нА), определяемая при [/вых=0;

температурный дрейф разности входных токов А[Д/см/А], (нАГО;

входное сопротивление для дифференциального и синфазного сигналов; скорость нарастания выходного напряжения вых (В/мкс), определяющая возможность применения ОУ на высоких частотах при больших уровнях сигнала.

Для примерной оценки свойств ОУ пользуются показателем качества Q = uJ{fcMcM) у где числитель характеризует быстродействие, а знаменатель - степень погрешностей. По показателю качества Q операционные усилители делят на универсальные (общего назначения), высокоточные (прецизионные) и широкополосные (быстродействующие).

Структурные схемы ОУ. В зависимости от числа каскадов различают трех- и двухкаскадные ОУ. В трехкаскадном ОУ (рис. 21.51, а) первым каскадом является дифференциальный усилитель ДУ, вторым - усилитель напряжения УН, третьим - усилитель напряжения УН2, совмещаемый с цепями, обеспечивающими сдвиг уровня постоянного напряжения; для согласования с низкоомной нагрузкой ОУ заканчивается одно- или двухтактным эмиттерным повторителем (ЭП).

В двухкаскадных ОУ (рис. 21.51, б) первый каскад- дифференциальный усилитель ДУ с повышенным коэффициентом усиления, второй каскад - усилитель напряжения УН. Заканчивается ОУ двухтактным ЭП.

Дифференциальные каскады ОУ. В интегральных ОУ входные ДУ определяют их точностные показатели. Для улучшения пока-

+£

+£

Рис. 21.51. Операционные усилители