Двухкаскадный операционный усилитель

Операционные усилители (ОУ) называются усилители напряжения, предназначенные для выполнения различных операций с аналоговыми сигналами: их усиление или ослабление, сложение или вычитание, интегрирование или дифференцирование, логарифмирование или преобразование формы.

Все эти операции выполняются с помощью цепей положительной или отрицательной обратной связи, в состав которых могут входить сопротивления, емкости, индуктивности, диоды, транзисторы, стабилитроны.

К ОУ предъявляю ряд требований, в основном они сводятся к тому, что ОУ как можно больше соответствовал идеальному источнику напряжения, с бесконечно большим коэффициентом усиления. И для упрощения расчетов с ОУ часто пользуются идеальными характеристиками:

UД = 0; KU ОУ = ∞; Rвх = ∞; Rвых = 0

Это значит, так как Rвх = ∞, следовательно, Iвх = 0 и Rвых = 0, следовательно, нагрузка не должна влиять на UВЫХ. Частотный диапазон должен быть от постоянного напряжения до очень высокой частоты.

Реальные характеристики: Rвх = 500 кОм – 1 ГОм; Rвых = 50 – 300 Ом; KU = 105 – 106

Так как KU очень большой, то при конечном значении Uвых входное напряжение должно быть равно 0.

б

Рис.2. Двухкаскадный операционный усилитель:

 а) структурная схема усилителя; б) упрощённая принципиальная схема

Входная цепь ОУ обычно выполняется по дифференциальной схеме, это значит, что входные сигналы можно подавать на любой из двух входов. Второй каскад – усилитель напряжения и мощности.

Дифференциальный каскад может быть построен на биполярных транзисторах и полевых (с минимальной по току нагрузкой).

Входной дифференциальный каскад с коэффициентом передачи K1, который преобразует входной сигнал в выходной ток, поступающий на интегрирующее звено с коэффициентом передачи K2. Выходной каскад с коэффициентом передачи K3 является усилителем мощности и обычно представляет собой повторитель напряжения.

ОУ имеет, как правило, два входа и один выход. Инвертирующий вход обозначается знаком «–», сигнал подаваемый на этот вход, имеет на выходе противоположную фазу. Неинвертирующий вход «+». Кроме того ОУ имеет выводы для подключения источников питания (±Е), для установки нулевого напряжения на выходе (Uвых  ≈ 0).

ОУ бывают с отрицательной и положительной обратной связью.

ООС – это связь между цепями усилительного устройства, по которой сигналы из выходных цепей попадают во входную цепь.

ООС, если напряжение на выходе находится в противофазе с напряжением источника сигналов, в результате чего падает KU.

ПОС, если выходное напряжение совпадает по фазе со входным и KU растет.

Типовые параметры интегральных операционных усилителей без внешних обратных связей при напряжениях питания +15 и -15 В

Принцип коррекции сдвига нуля, принципиальная схема ОУ  К140УД7