c

-E -o

- yi7

R6 50k

угз £

R5 50

R11 ZS

Б Вых

yi4j- V13

[У20 \50k

Рис. 21.52. Схемы каскадов операционных усилителей

зателей ОУ стремятся уменьшить их входной ток /вх (увеличив Яву), увеличить коэффициент усиления по напряжению, стабилизировать показатели ДУ с изменением питающих напряжений и температуры, снизить шумы.

Высокий коэффициент усиления ДУ позволяет ограничиться двумя каскадами усиления в ОУ, а введение ООС повышает устойчивость его работы и упрощает коррекцию АЧХ. Увеличение входного сопротивления достигается применением полевых и составных транзисторов, уменьшением (до единиц микроампер) токов эмиттера. Составные транзисторы во входном ДУ включают по схемам: ОК -ОЭ, Дарлингтона, каскодной ОЭ - ОБ и ОК-ОБ.

На рис. 21.52, а приведена упрощенная принципиальная схема ДУ на супер-бета-транзисторах с высоким Л21э>5000, включенных с ОЭ - ОБ в ОУ 140 УДИ. В схеме транзисторы VI, V3 включены с ОЭ, а V2, V4 - с ОБ. Благодаря включению резисторов в цепи эмиттеров VI, V3 в схеме уменьшена входная емкость, увеличено входное сопротивление, значительно снижен (до 1,5 нА) входной ток. Малый входной ток имеют входные ДУ на полевых транзисторах (например, в ОУ К544УД1 с входным ДУ на полевых транзисторах /вх=0,15 нА) и еще меньший (до 0,1 нА) в ОУ с преобразованием на МДП-транзисторах (например, 140 УД 13).

Промежуточные и выходные каскады ОУ. Особенности промежуточных и выходных каскадов ОУ рассмотрим на микросхеме К140УД7 (рис. 21.52, б). Промежуточный каскад выполнен на транзисторах V14, V16. Сигнал на базу V14 поступает с выхода ДУ. Чтобы входное сопротивление промежуточного каскада не шунтировало динамическое сопротивление нагрузки ДУ, транзистор V14 включен с ОК. Транзистор V16 включен с ОЭ. Его на-

грузкой служит высокое динамическое сопротивление источника фиксированного тока ИФТ (генератора стабильного тока ГСТ) на транзисторе VJ5. В результате промежуточный каскад обеспечивает высокое (примерно 200) усиление. Режимный ток V15 задается со схемы ДУ на базу V15. С помощью конденсатора С осуществляется внутренняя коррекция с фазовым запаздыванием. Чтобы не снижать усиления промежуточного каскада, к нему подключен эмиттерный повторитель ЭП (на верхнем эмиттере двухэмиттерного транзистора V19) с высоким входным сопротивлением. Нагрузкой ЭП служит параллельное соединение дина мического сопротивления ГСТ (на верхнем коллекторе V16) и входного сопротивления выходного двухтактного каскада на транзисторах V23, V24, включенных с ОК. Напряжение смещения на транзисторы двухтактного выходного каскада (с температурной компенсацией положения точки покоя) обеспечивают транзисторы V17 и V18. Смещение устанавливается подбором тока V19 (выбором площади верхнего коллектора V15).

Транзисторы V21, V22 обеспечивают защиту от перегрузки транзисторов выходных каскадов. Транзистор V21 защищает выход от к. 3. на +Ei, а транзистор V22 - от к. з. на -Е2. При большом токе значительно возрастает напряжение на резисторе R10, транзистор V2] открывается. Увеличение тока коллектора транзистора V21 препятствует дальнейшему росту тока в транзисторе V23.

С увеличением выходного тока транзистора V24 возрастает напряжение на резисторе R11; транзистор V22 открывается и задает ток ГСТ на транзисторах V20 и V13. Транзистор V13 открывается. Увеличение тока коллектора V13 препятствует дальнейшему росту тока базы V14, а следовательно, и выходного тока V24.

Второй (нижний) эмиттер V19 и транзистор V13 способствуют защите выходного каскада от триггерного режима при превышении синфазным напряжением допустимого уровня. С переходом V16 в режим насыщения ток базы V19 и ток его второго эмиттера возрастают и препятствуют увеличению тока базы V14, а следовательно, и тока коллектора V16.

В заключение отметим, что свойства ОУ определяются подключенными к нему внешними цепями ОС. Существует много схемных вариантов ОС в ОУ, которые здесь не рассматриваются.

ЗАДАЧА ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ

Рассчитать резисторный каскад предварительного усиления (см. рис. 21.35) для следующих условий: полоса усиливаемых частот 50-3500 Гц; коэффициент частотных искажений 1,05; амплитуда входного тока следующего каскада 10 мА; входное сопротивление следующего каскада 8 Ом; напряжение питания 10 В.

г л а в а 22 ГЕНЕРАТОРЫ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

§ 22.1. Колебательные системы

Свободные колебания в контуре. в качестве колебательных систем используются колебательные контуры, состоящие из конденсаторов и катушек индуктивности.

Предположим, в простейшем колебательном контуре (рис. 22.1, а) активное сопротивление контура равно нулю и потерь энергии в нем нет. Если переключатель П перевести в положение 1 и подключить конденсатор С к внешнему источнику, конденсатор зарядится до напряжения источника U. в электрическом поле между пластинами конденсатора (рис. 22.1, б) будет запасена энергия Wc = CU/2. Если переключатель" перевести в положение 2, конденсатор начнет разряжаться на катушку индуктивности L. Ток разряда будет нарастать постепенно, так как этому препятствует э. д. с. самоиндукции катушки; энергия электрического поля конденсатора переходит в энергию магнитного поля катушки (рис. 22.1, в). К концу разряда конденсатора напряжение на нем снизится до нуля, а энергия в магнитном поле катушки составит Wl=LP/2.

Поскольку рост тока разряда прекратился, э..д. с. самоиндукции катушки снизится до нуля, и ток в контуре начнет убывать. в катушке L возникнет э. д. с, препятствующая уменьшению тока. Этим током вновь зарядится конденсатор и между его обкладками появится напряжение, противоположное по знаку первоначальному (рис. 22.1, г). Когда ток спадет до нуля, напряжение на конденсаторе достигнет минимума. При отсутствии потерь в контуре Wc=CU/2=Wl=LP/2. в дальнейшем процессы повторяются (рис. 22.1, д и е). Сказанное иллюстрируют графики (рис. 22.1, ж). в моменты 0, /г, ti конденсатор заряжен до напряжения источника и, ток отсутствует, вся энергия сосредоточена в электрическом

Рис. 22.1. Свободные электрические колебания в контуре