![]() |
Главная Интегральный монолит [0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [ 36 ] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] скорость нарастания будет равна: (5-3i) dt ~~ Скор Если предположить, что коэффициент усиления по току а р-п-р транзистора близок к единице, а токи /о и h приблизительно одинаковы, то, поскольку емкость корректирующего конденсатора Скор пропорциональна /о ,[см. уравнение (5-29)], выражение для скорости нарастания становится независимым от тока: :(/хЮ1 = 0),. (5-32) Частота coi имеет приблизительно такую же величину, как и предельная частота усиления <о р-п-р транзистора с горизонтальным расположением областей, т. е. находится в пределах от 3 до 5 МГц. Таким образом, типовое значение скорости нарастания, ксгорое может обеспечить усилителг:иый каскад с частотной коррекцией (рис. 5-18), выражается величиной 25-2л.5.10«=*= 1 В/мкс. (5-33) Приведенный выще приближенный анализ показывает основные причины, в силу которых быстродействие больщинства современных операционных усилителей общего назначения находится в пределах от 0,5 до 3 В/мкс. Независимость скорости нарастания от величины тока в схеме рис. 5-18 физически можно объяснить следуюш,им образом. Увеличение уровня тока приводит к повышению коэффициента усиления в контуре. При этом требуется пропорционально увеличивать емкость Скор корректирующего конденсатора. Таким образом, в первом приближении скорость нарастания операционного усилителя остается неизменной. Скорость нарастания можно повысить за счет увеличения рассеиваемой мощности, если имеется воз- можность изменить величину токов /i или Iz без увеличения крутизны входного каскада. Практически это выполняется путем включения резистора отрицательной обратной связи Ra последовательно в цепь эм;иттера в упрошенной схеме рис 5-18,а (или последовательно в цеш эмиттепа ii и Tz ъ практической схеме входного каскада рис. 5-10 [3]). При этом действующее значение крутизны входного каскада St запишется в виде i (5-34) а величина корректирующей емкости Скор находится из уравнения (5-30): Скор = "ТГ-=;r • (5-35) Далее, используя уравнение (5-31), величину скорости нарастания операционного усилителя запишем в следующем виде: кор hRэШг, (5-36) которая оказывается пропорциональна току. Таким образом, быстродействие операционного усилителя можно повысить за счет уве-.пичения рассеиваемой мощности. Например, при /?э=1 кОм, /i=l мА и /i=5 МГц получаем, что скорость нарастания равна 40 В/мкс. Однако в некоторых случаях применение отрицательной обратной связи в эмиттерных цепях входного каскада является нежелательным, так как она приводит к уменьшению усиления, повышению уровня шумов и сдвигу входных напряжений [см. уравнение (5-14)]. Одним из методов устранения причин, ограничи-ваюш,их быстродействие, является применение входного каскада с перекрестными связями, схема которого показана на рис. 5-19. При большом уровне входного сигнала эффективная крутизна каскада St определяется сопротивлениями рези- Неанверти-руЕкый Вхпй -O+tK ИнВерти-риекый вход ![]()
"Х, h I3 Рис. 5-19. Схема входного каскада с перекрестными связями, имеющего повышенное быстродействие. сторов перекрестных связей, которые не зависят от тока: S т-• Rr + R. (5-37) Таким образом, быстродействие можно снова повысить путем увеличения тока h в усилительном каскаде. Имеются сведения, что при использовании такой схемы входного каскада и при усилении, равном единице, получается скорость нарастания болеее 30 В/мкс. Полоса максимальной мощности • Полоса максимальной мощности определяется как частота, на которой можно получить максимальную амплитуду выходного напряжения. При синусоидальном входном сигнале колебания на выходе имеют вид: «вых (О =£вых8Ш (ВЛ (5-38) Максимальная амплитуда выходного напряжения получается до тех пор, пока dUbixldt не превысит скорости нарастания. Из уравнения (5-38) получаем: = £выхсо. (5-39) /макс Таким образом, полоса максимальной мощности (Bp определяется из уравнения (5-39) подстановкой сй = юр: rff/вых (5-40) В большинстве схем монолитных операционных усилителей общего назначения, в которых используются боковые р-п-р транзисторы и не применяется отрицательная обратная связь в эмиттерных цепях, частота fp находится в диапазоне от 5 до 50 кГц при амплитуде вы-ход-ного напряжения iO В. 5-6. ПРАКТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ В настоящее время разработано более {30 различных схем монолитных операционных усилителей для использования в аппаратуре гражданского назначения. Некоторые из этих схем являются специальными и должны удовлетворять специфическим требованиям, например работать при очень малой рассеиваемой мощности, иметь низкий уровень шумов, иметь высокое быстродействие и высокую радиационную стойкость. Однако большая часть товременных монолитных операционных усилителей является устройствами общего назначения, которые могут применяться в самых различных случаях. Несмотря на то, что существует большое число различных схем операционных усилителей общего назначения, большинство из них можно свести к одной из нескольких основных схем, которые в настояш,ее время стали в промышленности стандартными. В настоящем параграфе рассматриваются схемы, топология и электрические характеристики некоторых стандартных операционных усилителей. Первый монолитный операционный усилитель, который получил широкое распространение, был разработан в 1965 г. фирмой Fairchild Semiconductor и известен под наименованием схемы 709. Принципи- альная схема этого операционного усилителя показана на рис. 5-20. В качестве входного каскада в усилителе применена дифференциальная схема, приведенная на рис. 5-8. Для обеспечения большого входного сопротивления и малого входного тока входные транзисторы в этой схеме работают при очень малых токах коллектора, около 20 мкА. Усиление напряжения в первом каскаде достигается благодаря применению согласованных резисторов нагрузки Ri и Rz. На транзисторе Tg построен низковольтный источник положительного напряжения для питания входного каскада. Транзистор Г5 является инвертором с коэффициентом усиления, равным единице, и обеспечивает максимальную амплитуду напряжения входного каскада, которая прикладывается к переходу база - эмиттер транзистора Т5. Для минимизации онагрузки, которую представляет второй каскад, транзисторы Тз и Ti соединены с транзисторами Та и Те по схеме Дарлингтона. Резисторы Rs, Ri и диод Дг образуют делитель тока в цепях эмиттеров транзисторов Тз и Ti. Транзистор Тд служит в качестве буфера с коэффициентом усиления, равным единице на выходе второго каскада, и вместе с резистором Rit и транзистором р-п-р типа с горизонтальным расположением областей Tio служит для преобразования уровня постоянного напряжения к потенциалу отрицательного полюса источника питания. Поскольку транзистор р-п-р типа используется только для изменения уровня постоянного напряжения, схема удовлетворительно работает даже с" транзисторами р-п-р типа, у которых коэффициент усиления по току порядка 0,2. Третий каскад усиления схемы 709 выполнен на транзисторе Гц и резисторе Ru и является каскадом предварительного усиления для выходного каскада класса Б (см. рис. 5-15), который построен на транзисторах Тц и Т13. Транзистор Ti3 в выходном каскаде является транзистором р-п-р типа, в котором подложка используется в качестве коллекторной области. Третий каскад усиления охвачен внутренней обратной связью, которая задает усиление каскада отношением сопротивлений резисторов Ris и Ru. В схеме не предусмотрены специальные меры ограничения выходного тока и защиты от короткого замыкания. Однако небольшие геометрические размеры выходных тран- . .-оВыхпВ ![]() Инвертируемый ТуЛ вхо? А НеанВерш-руемый ВхоВ ![]() Рис. 5-20. Принципиальная схема (а) и внешние выводы (б) монолитного операционного усилителя типа 709. [0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [ 36 ] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] 0.0011 |