СХЕМНОЕ ПОСТРОЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ОУ

Особенности схемотехники современных интегральных ОУ удобно проследить на примере ОУ типа К14ОУД8. Усилитель (рис. 2) содержит два усилительных каскада (включая дифференциальный усилитель) с динамическими нагрузками и выходной усилитель мощности со схемой защиты от короткого замыкания по выходу.

Входной дифференциальный каскад выполнен по каскодной дифференциальной схеме на полевых транзисторах V4—V7. Входные транзисторы V4, V5 включены по схеме с общим истоком, а транзисторы V6,V7 по схеме с общим затвором.

Рис 2 Электрическая принципиальная схема операционного усилителя К14ОУД8

Нагрузкой дифференциального каскада служат динамические сопротивления транзисторной пары V10, VII, которая сбалансирована общим смешением по постоянному току. Точная балансировка входного дифференциального каскада осуществляется при помощи внешнего переменного резистора сопротивлением 10 кОм, подключенного к выводам эмиттеров транзисторов V10, V11 и к выводу отрицательного источника питания (движок переменного резистора).

Транзистор V8 задает уровень смещения на транзисторы VЮ, VII, а также, работая одновременно как эмиттерный повторитель, преобразует напряжение на коллекторе транзистора V10 в базовое напряжение, управляющее транзистором V11, За счет этого дифференциальный выход каскада преобразуется в одиночный выход с коллектора транзистора V11, т. е. дифференциальный сигнал со стоков транзисторов V6, V7 переводится в разностный сигнал на коллекторе VII. Транзистор V9 включен по схеме эмиттерного повторителя для устранения влияния входного сопротивления следующего каскада на коэффициент усиления входного дифференциального усилителя.

Транзисторы V13, V12—источник тока смещения транзисторов V6, V7. Для стабилизации рабочей точки транзисторов V6, V7 предусмотрена цепь обратной связи, образованная транзисторами VI—VЗ. Транзисторы VI, V2 определяют токи, протекающие через транзисторы V4, V5 и транзистор VЗ, который в свою очередь регулирует токи затворов транзисторов V6, V7 путем сложения или вычитания токов транзистора VЗ и источника по­стоянного тока на транзисторе V13, Такая обратная связь улучшает стабильность уровня смещения оконечного каскада и подавление синфазных сигналов.

Второй каскад, выполненный на транзисторах V17— V19, представляет собой усилитель с общим эмиттером, динамической нагрузкой которого является полевой транзистор V14. Рабочие уровни первого и второго каскадов согласуются благодаря использованию однотипных транзисторов в источнике смешения первого каскада (транзистор V2) и динамической нагрузки оконечного каскада (транзистор V14). Смещение выходного мощного каскада производится при помощи транзисторов V15, V16, включенных в цепь нагрузки оконечного каскада. Коррекция амплитудно-частотной характеристики операционного усилителя осуществляется конденсатором С1, включенным между выходами первых двух каскадов.

Выходной усилитель выполнен по схеме двухтактного змиттерного повторителя (транзисторы V20, V22, V23). Транзисторы V21, V24 защищают выходную цепь от короткого замыкания (перегрузки) путем ограничения тока выходного каскада. Схема зашиты начинает ограничивать ток выходного каскада с того момента, когда падение напряжения от тока нагрузки на резисторе К.7 (Я10) превысит напряжение перехода база-эмиттер транзистора V21 (V24). При этом транзистор V21 отбирает ток базы транзистора V20 выходного каскада и таким образом ограничивает его, а транзистор V24 отбирает ток базы транзистора V17 оконечного усилителя, что приводит к уменьшению выходного тока через транзисторы V22, V23.

Дальнейшее улучшение параметров ОУ идет по пути применения во входных каскадах транзисторов с супербета (транзисторы с тонкой базой), имеющих значения коэффициента усиления тока базы b до нескольких тысяч. Применение транзисторов со сверхвысоким усилением тока базы во входных каскадах позволяет получить входные токи, сравнимые со входными токами каскадов, выполненных на полевых транзисторах, но при этом значительно уменьшить присущие им напряжения смещения и дрейфы входного тока.

Для увеличения ширины полосы пропускания ОУ используется метод параллельного канала. Смысл этого метода состоит в том, что рабочая полоса частот ОУ расширяется путем усиления вспомогательным усилителем верхних частот в обход первых каскадов ОУ. Таким образом можно получить частоту единичного усиления до 100 МГц со скоростью нарастания до выходного напряжения 1000 В/мкс.

В тех случаях, когда основным требованием являются минимальные входные погрешности ОУ, применяются усилители с преобразованием входного сигнала постоянного тока в переменный. В таких усилителях сигнал передается при помощи амплитудно-модулированной несущей с использованием межкаскадных связей по переменному току. Усилители с модуляцией обеспечивают значительное (примерно в 50 раз) уменьшение входных погрешностей и особенно их дрейфа по сравнению с обычным ОУ.