является наиболее простым из всех

Микросхема К140УД1. Операционный усилитель К140УД1 (рис. 1.5) является наиболее простым из всех существующих подобных устройств. Первый каскад состоит из дифференциальной транзисторной пары VT1, VT2, которая питается от генератора тока на транзисторе VT3. Температурная стабилизация тока осуществляется транзистором VT4. Второй каскад на транзисторах VT5 и VT6 гальванически связан с выходами первого. На выходе усилителя стоят два эмиттерных повторителя (VT7 и VT9), а транзистор VT8 осуществляет сдвиг уровня постоянного напряжения на выходе. Операционный усилитель требует внешних корректирующих цепей, устраняющих самовозбуждение на частотах. 2 — 10 МГц. Из всех существующих интегральных микросхем ОУ К140УД1 имеют относительно низкий уровень шума.

Операционные усилители этой серии выпускаются двух типов, рассчитанных на различные питающие напряжения: К140УД1А — на 6,3 В (Pпот = 45 мВт) и К140УД1Б — на 12,6 В (Рпот = -170 мВт).

Подключение корректирующих элементов осуществляется между контактами 1 и 12. Выбор номиналов корректирующих элементов зависит от реализуемого усиления, при этом ОУ обладает различной полосой пропускания (рис. 1.6). Минимальной нагрузкой усилителя является Ra mtn = 5 кОм и Си тах = 50. пФ. Фазовая характеристика каскада с граничной частотой 500 кГц показана на рис. 1.7. В зависимости от амплитуды входного сигнала наблюдается изменение полосы частот. Эти изменения проиллюстрированы на рис. 1.8 для двух значений Uах. Важным параметром ОУ является зависимость входного тока от температуры (рис. 1.9). Разность входных токов зависит от температуры по аналогичному закону (рнс. 1.10). Входное сопротивление микросхемы также является функцией температуры (рис. 1.11). Важным параметром служит нагрузочная способность ОУ, которая проиллюстрирована в виде зависимости UBЫХ = = f(Uвx) для четырех значений Rн (рис. 1.12). При сопротивлении нагрузки более 5 кОм выходные характеристики усилителя меняются незначительно.
Последней приведенной зависимостью является изменение напряжения шума от полосы пропускания (рис. 1.33).

Рассмотрим наиболее характерные схемы включения К140УД1 Операционный усилитель можно применять в схеме инвертирующего усилителя (рис. 1.14). Коэффициент усиления усилителя равен Kу.м = R2/R1 при RВх = R1. Неинвертирующий усилитель (рис. 1.15) имеет Kу.и = 1+ (R2/R1) и Rвх=R3. Разновидность схемы неинвертирующего усилителя показана на рис. 1.16. В этой схеме корректирующий конденсатор включен между контактами 9 к 12. Данная коррекция позволяет в три раза расширить полосу частот усилителя. В двух следующих схемах, являющихся усилителями переменного напряжения, некоторые резисторы заменяются на конденсаторы (рис. 1.17 и 1.18). На рис. 1.17 изображен усилитель с коэффициентом усиления напряжения Kу.и = 40 дБ и fн= l/2пR1С1 = 16 Гц, а на рис. 1.18 усилитель имеет Kу.и = 70 дБ и fH==l кГц. Коэффициент усиления напряжения следующего усилителя (рис. 1.19) можно регулировать, меняя соотношение между сигналами, которые поступают на его входы. При равенстве сигналов на входах усилителя выходной сигнал равен нулю.

Рис. 1.5 Рис. 1.6 Рис. 1.7

Рис. 1.8 Рис. 1.9 Рис. 1.10

Рис. 1.11 Рис. 1.12 Рис. 1.13

Рис. 1.14 Рис. 1.15 Рис. 1.16

Рис. 1.18 Рис. 1.17 Рис. 1.19

Рис. 1.20 Рис. 1.21

Меняя сопротивление резистора R4, . можно регулировать коэффициент усиления. При изменении сопротивления резистора R4 от нуля до максимального значения коэффициент усиления меняется от нуля до R2/R1, так как Kу.u =-R2lR1. Входное сопротивление усилителя равно RBХ=R1/2 при R1 = Rз и R2 = R4.

На рис. 1.2. 0 показан способ включения интегральной микросхемы, при котором ОС подается с части сопротивления нагрузки. При этом

Ky.U = -[(R2/Rl)+(R3/R4) + (R2R3/R1R4)],

а входное сопротивление равно Rz-a — Rs.

Балансировка усилителя для получения нулевого выходного напряжения может быть произведена с помощью потенциометра, включенного между контактами 7 и 12, как показано на рис. 1.21. Если вместо потенциометра применить терморезистор, то создается возможность стабилизации усилителя в широком диапазоне температур.

Микросхема К140УД2. Операционный усилитель КНОУД2 является усовершенствованием усилителя К140УД1 (рис.- 1.22). Схема ОУ состоит из пяти гальванически соединенных каскадов. Первые два каскада представляют собой дифференциальные усилители с эмиттерными повторителями на входах. Для компенсации температурного изменения входных токов в них применены транзисторы VT5 и- VT12 в диодном включении. Третий каскад на транзисторах VT14 и VTJ5 является схемой сдвига уровня постоянного напряжения. Транзистор VT17 в эмиттерной цепи транзистора VT15 представляет собой термостабилизированный коллекторным переходом транзистора VT16 генератор тока. Емкость диодов вместе с резисторами в эмиттерах транзисторов VT14 и VT15 образуют цепи, компенсирующие фазовый сдвиг сигнала на емкости коллекторного перехода транзистора VT17. Каскад на транзисторе VT18 является усилителем с общим эмиттером (ОЭ).

Рис. 1.22 Рис. 1.23

Рис. 1.25 Рис. 1.24 Рис. 1.26

Выходной каскад состоит из транзисторов VT19 — VT22 и работает в режиме В. При поступлении на базу транзистора VTJ8 отрицательной полуволны сигнала напряжение, выделенное на его коллекторном резисторе, открывает транзисторы VT23, VT24 и ток транзистора VT24 протекает через нагрузку и через транзистор VT20 в диодном включении.

Напряжение на транзисторе VT20 уве личивает ток транзистора VTJ9, что приводит к уменьшению напряжения нз базе транзистора VT21. Транзисторы VT21 и VT22 закрываются и не влияют на прохождение сигнала. При поступлении на базу транзистора VT18 положительной полуволны сигнала транзисторы VT21 и VT22 открываются, а транзисторы VT23 и VT24 закрываются.

Схемы включения микросхемы показаны на рис. 1.23, 1.24. На рис. 1.23 изображен повторитель сигналов, а усилитель, изображенный на рис. 1.24, имеет максимальный коэффициент усиления. Для балансировки усилителя можно воспользоваться любой из схем, показанных на рис. 1.25, 1.26.

Микросхема К140УД5. Операционный усилитель К.140УД5 (рис. 1.27) по своим характеристикам занимает промежуточное положение между аналогичными по назначению усилителями К140УД1 и К140УД2. Наличие высокоомного входа приближает его к интегральной микросхеме К140УД2, а по коэффициенту усиления, корректирующим цепям и частотным свойствам он близок к усилителю КНОУД1. Выводы с промежуточных точек схемы расширяют его возможности. Интегральная микросхема имеет дифференциальный выход со второго каскада, что позволяет соединять последовательно два и большее число каскадов. Кроме того, дополнительные выводы расширяют возможности балансировки интегральной микросхемы.

Рис. 1.27

Частотные характеристики микросхемы для различных коэффициентов усиления показаны на рис. 1.28. Амплитуда неискаженного выходного сигнала, как показано на рис. 1.29, нелинейно зависит от сопротивления нагрузки. При этом графики зависимости выходного напряжения положительной и отрицательной полярностей имеют различный наклон в зависимости от питающего напряжения (рис. 1.30). От питающего напряжения зависит и коэффициент .усиления, причем для разных входов получаются разные зависимости, как показано на рис. 1.31. Изменения входного тока, разности входных токов и смещения входного напряжения от питающего напряжения показаны на рис. 1.32 — 1.34.

Для стабилизации ОУ при различных температурах необходимо учитывать изменения входного тока. Зависимость входного тока от температуры показана на рис. 1.35. Разность входных токов меняется от температуры по аналогичному закону, а абсолютные значения разности в 10 раз меньше входных токов.

Схема включения ОУ показана на рис. 1.36. Относительные амплитудно-частотные характеристики микросхемы при различных схемах включения показаны на рис. 1.37 при входном сигнале 1 мВ.

Для балансировки усилителя можно применить три схемы. Схема рис. 1:38 смещает рабочую точку усилителя преимущественно в сторону положительных напряжений, а схема рис. 1.39 — в сторону отрицательных напряжений. На рис. 1.40 балансировка осуществляется в сторону любой полярности выходного напряжения. Диапазон регулировки в этой схеме значительно меньше, чём в двух предыдущих.

Рис. 1.28 Рис. 1.29 Рис. 1.30

Рис. 1.31 Рис. 1.32 Рис. 1.33

Рис. 1.34 Рис. 1.35 Рис. 1.36 Рис. 1.38

Рис. 1.37 Рис. 1.39 Рис. 1.40

Рис. 1.41 Рис. 1.42

Рис. 1.43 Рис. 1.44 Рис. 1.45 Рис. 1.46

Рис. 1.47

Микросхема К140УД6. Операционный усилитель (рис. 1.41) имеет внутреннюю частотную коррекцию. На входе использован составной эмиттерный повторитель на транзисторах VT2 VT3 и VT9 VT10. В эмиттеры транзисторов VT2 и VT9 включены генераторы-тока на транзисторах VT6, и VT12. Коллекторный ток этих транзисторов определяется напряжением в базах, которое снимается с делителя на транзисторах VT13 и VT14 с соответствующими, резисторами.

Нагрузкой эмиттерных повторителей VT3 и VT10 являются ге нераторы токов на транзисторах VT5 и VT11. Ток этих транзисторов задается транзистором VT4. Ток транзисторов VT5 и VT11 можно менять внешним резистором, который подключается к выводам 1 и 5.

Выходной сигнал с эмиттера транзистора VT10 подается на усилительный каскад, который обеспечивает общий коэффициент усиления интегральной микросхемы. Нагрузкой транзистора VT10 является генератор тока на транзисторе VT17. Сигнал с эмиттера транзистора VT15 подается в базу усилительного транзистора VT20, в коллектор которого включен транзистор VT18, работающий в динамическом режиме. Противофазные сигналы, снимаемые с коллекторов транзисторов VT17 и VT20, подаются на составной выходной эмиттерный повторитель (транзисторы VT24 и VT27). Для защиты интегральной микросхемы от перегрузок включены транзисторы VT21. VT22, VT25, VT26.

Операционные усилители К140УД6 выпускают двух типов: К140УД6А и К140УД6Б. Каждый тип имеет свою зависимость выходного сигнала от сопротивления нагрузки (рис. 1.42). Относительные изменения напряжения смещения от температуры показаны на рис. 1.43. Зависимость от температуры входных токов показана на рис. 1.44, а разности входных токов — на рис. 1.45. Зависимость общего коэффициента усиления от питающего напряжения приведена на рис. 1.46. Для балансировки ОУ можно использовать схему включения, приведенную на рис. 1.47.

Микросхема К140УД7. Схема ОУ приведена на рис. 1.48. Входной сигнал подается в базы транзисторов VT2 и VT3. В эмиттерах этих транзисторов включены динамические нагрузки, выполненные на транзисторах VT4 и VT5 проводимости типа р-n-р. Базовый потенциал транзисторов VT4, VT5, а следовательно, и потенциалы эмиттеров транзисторов VT2 и VT3 определяются делителем на транзисторах VT9 и VT10, смещение на которые обеспечивается транзисторами VT1 и VT12 в диодном включении.

Разностный сигнал при подаче входного сигнала на выводы 2 и 3 выделяется на коллекторном выводе транзистора VT5. Нагрузкой транзисторов VT4 и VT5 является схема «токовое зеркало», построенная на транзисторах VT6 — VT8. Постоянное напряжение на коллекторных выводах транзисторов VT5 и VT8 определяется то-ком через эти транзисторы.

Этот ток можно регулировать подключением внешнего резистора к-контактам 1 и 5.

Сигнал с коллектора транзистора VT5 подается на усилительный каскад с большим. входным сопротивлением на транзисторах VT13 и VT16. Коллекторной нагрузкой транзистора VT16 является генератор тока на транзисторе VT15. Ток через транзистор VT15 задается через три токовых трансформатора, построенных по схеме «токовое зеркало» на транзисторах VT10 — VT12.

Рис. 1.48

С коллектора транзистора VT16 сигнал поступает на элшттерный повторитель (транзистор VT19), нагрузкой которого также является генератор тока. Транзисторы VT17 и VT18 служат для уменьшения порога открывания выходных транзисторов VT21 и VT24. Для защиты интегральной микросхемы от перегрузки включены транзисторы VT22 и VT23.

Описанная схема обладает удовлетворительными техническими характеристиками для редпения многих практических задач. На рис. 1.49 приведена зависимость напряжения шума на выходе ОУ от сопротивления генератора, а на .рис. 1.50 — спектральная плотность шумов как функция частоты. Частотная характеристика усилителя показана на рис. 1.51, а зависимость скорости нарастания выходного сигнала от питающего напряжения — на рис. 1.52. Зависимость коэффициента усиления усилителя от частоты приведена на рис. 1.53. Температурная зависимость входного сопротивления, входных токов и разности входных токов, напряжения смещения показаны на рис. 1.54, 1.55 и 1.56. Зависимость выходного напряжения ОУ от сопротивления нагрузки показана на рис. 1.55. При нагрузках более 2 кОм изменения выходного напряжения не наблюдается. Для Rн = 2 кОм амплитуда выходного напряжения линейно зависит от питающего напряжения (рис. 1.58). Так же линейно от питающего напряжения зависит и коэффициент усиления ОУ (рис. 1.59).

Типичная схема включения усилителя показана на рис. 1.60. Выбор емкости конденсатора для различных значений Rr необходимо проводить в соответствии со следующими данными: при Rr, равных 0,1: 1; 10 и 100 кОм Ск соответственно равны 0,1; 0,01; 0,001; 0,0001 мкФ.

Для получения скорости нарастания выходного сигнала до 20 В/мкс необходимо включить конденсатор Ск емкостью 70 пФ между выводами 2 и 8.

Микросхема К140УД8. Операционный усилитель (рис. 1.61) имеет на входе полевые транзисторы VT3 и VT4. В истоках этих транзисторов включен генератор тока на транзисторе VT2, а в стоках — два транзистора VT6 и VT7, стабилизирующие режим работы дифференциальной пары. Нагрузкой транзисторов VT6 и VT7 является схема «токовое, зеркало». Если к контактам 2 и 8 подключить внешний потенциометр, то с его помощью можно регулировать постоянный уровень на выходе. С коллектора транзистора VT10 сигнал через эмиттерный повторитель на транзисторе VT12 поступает в усилительный каскад с большим входным сопротивлением на составном транзисторе, включающем транзисторы VT20 и VT2f. С коллекторов этих транзисторов сигнал подается на выход через составной эмиттерный повторитель. Положительная полярность сигнала проходит через транзистор VT16, а отрицательная — через транзисторы VT22 и VT23. Для защиты микросхемы от короткого замыкания по выходу служат транзисторы VT18 и VT19. В схеме применена внутренняя коррекция, что обеспечивает усилителю устойчивую работу без внешних элементов.

Динамические характеристики усилителя — частота среза в режиме малого сигнала fcp и скорость нарастания выходного сигнала vu вых, зависимости которых от Uп приведены на рис. 1.62 и 1.63, — находятся в обратной пропорциональной зависимости от значения корректирующей емкости. Эти параметры связаны соотношением

Vu выx= 1,26 Rfср.

Рис. 1.49 Рис. 1.50 Рис. 1.51 Рис. 1.52

Рис. 1.53 Рис. 1.54 Рис. 1.55 Рис. 1.56

Рис. 1.57 Рис. 1.58 Рис. 1.59 Рис. 1.60

Рис. 1.61 Рис. 1.62 Рис. 1.63 Рис. 1.64

Использование во входном каскаде полевых .транзисторов позволило получить минимальный шумовой сигнал. Спектральная плотность шума приведена на рис. 1.64. Частотная характеристика усилителя в режиме большого сигнала показана на рис. 1.65. Применение практически во всех каскадах усилителя источников постоянного тока смещения и динамических нагрузок позволило ослабить зависимость коэффициента усиления от напряжения питания, что хорошо видно на графике рис. 1.66.

Ряд зависимостей, характеризующих -основные параметры ОУ, привеДеры на следующих рисунках: зависимость максимальной амплитуды выходного сигнала от напряжения питания — на рис. 1.67; частотная характеристика усилителя в режиме малого сигнала — на рис. 1.68; нагрузочная характеристика — на рис. 1.69. Зависимость от температуры напряжения смещения и входного тока — на рис. 1.70 и 1.71, соответственно. Схема балансировки усилителя-, осуществляемая подключением потенциометра -между контактами 2 и 6, приведена на рис. 1.72.

Микросхема К140УД9. Операционный усилитель К140УД9 (рис. 1.73) является усовершенствованием интегральной микросхемы К140УД2. Изменения связаны с включением на входе ОУ ограничителя тока, построенного на транзисторах VT1 — VT4. Транзисторы VT1 и VT2 ограничивают положительную полярность входного сигнала, а транзисторы VT3 и VT4 — отрицательную полярность.

Входной сигнал поступает на дифференциальный усилитель, выполненный на транзисторах VT6 и VT17, перед которым включены эмиттерные повторители на транзисторах VT5 и VT8. Режим по постоянному току входного каскада определяется генератором тока на транзисторе VT10 (VT9). Выходной сигнал перього дифференциального усилителя поступает на второй, построенный по аналогич-. ной схеме, и далее на составной эмиттерный повторитель на тран-. зисторах VT22 — VT25. Каждый повторитель питается своим генератором тока (транзисторы VT26 и VT27). Транзистор VT27 выполняет также роль повторителя, с выхода которого сигнал поступает на усилительные каскады на транзисторах VT42 и VT43. На выход интегральной микросхемы сигнал поступает через транзистор VT38, который усиливает его по мощности и инвертирует полярность.

Остальные транзисторы выходного каскада выполняют функции стабилизации режима схемы по постоянному току и защиты интегральной микросхемы от короткого замыкания.

Интегральная микросхема имеет частичную внутреннюю компенсацию с помощью конденсаторов С1 и С2. Корректирующий конденсатор, включенный между контактами 8 и 11, имеет одинаковый номинал как для усилителя с максимальным коэффициентом усиления (рис. 1.74), так и для повторителя (рис. 1.75). Балансировку усилителя можно осуществить по схеме, приведенной на рис. 1.76.

Микросхема К140УД11. На входе ОУ (рис. 1.77) расположен дифференциальный каскад, построенный на транзисторах VT11 и VT12. Для увеличения входного сопротивления включены эмиттерные повторители на транзисторах VT10 и VT13. Оба входа повторителей объединены схемой защиты от перегрузок. Транзисторы VT1 и VT2 ограничивают входной сигнал положительной полярности, а транзисторы VT3 и VT4 ограничивают отрицательную полярность входного сигнала по входам 2, 3 микросхемы.

Рис. 1.65 Рис. 1.66 Рис. 1.67

Рис. 1.68 Рис. 1.69 Рис.1.70

Рис. 1.71 Рис. 1.72

Рис. 1.73

Эмиттерные повторители дифференциального каскада имеют в качестве нагрузки двухэмиттерный транзистор VT14, который упpaвляется постоянным напряжением, образованным на транзисторно-резисторном делителе R8, R10 и VТ15. Через этот делитель протекает постоянный ток транзисторов VT11 и VT12, который формируется генератором тока на транзисторе VT20. Ток генератора определяется напряжением в базе, которое формируется на транзисторах VTI6 — VT19, причем на VT16 формируется опорное напряжение, транзисторы VT17 и VT18 являются генераторами тока, а VT19 работает как повторитель постоянного напряжения.

В коллекторной цепи входного дифференциального каскада в качестве нагрузки использованы генераторы тока на транзисторах УТ5 и VT6, которые при совместной работе образуют схему трансформатора тока. Между коллекторами транзисторов VT11 и VT12 включен ограничитель сигнала на VT8 и VT9. Выходной сигнал дифференциального каскада постулает на два усилителя на транзисторах VT21 и VT22. В коллекторах этих транзисторов включены гене-.раторы ток.а (VT27 и VT28). С коллектора транзистора VT27 через эмиттерный повторитель на транзисторе VT26 сигнал, поступает на эмиттерный повторитель на транзисторе VT29 и далее — в базу транзисторов VT31 и VT38. Через транзисторы VT31 и VT25 сигнал поступает в базу VT32. Генератор тока на транзисторе VT23 является нагрузкой для VT25. Таким образом, на йыход интегральной микросхемы сигнал поступает через два эмиттерных повторителя, транзисторы VT32 и VT37. Для защиты микросхемы от перегрузок служат транзисторы VT33 — VT35, которые открываются и уменьшают выходной сигнал, когда через резисторы R21 и R23 протекает значительный ток.

Основные функциональные зависимости параметров микросхемы представлены на рисунках. На рис. 1.78 показана амплитудно-частотная характеристика, а на рис. 1.79 — изменение амплитуды максимального выходного сигнала от частоты. Влияние выходного тока на выходное напряжение изображено на рис. 1.80. Частотная зависимость приведенной ко входу ЭДС шума показана на рис. 1.81. Влияние напряжения питания на потребляемый ток при различных температурах представлено на рис. 1.82. Произведение коэффициента усиления, на полосу пропускания и входной ток зависят от температуры: Эти зависимости приведены на рис. 1.83 и Г.84. Влияние дифференциального входного напряжения на входной ток показано на рис. 1.85. На рис. 1.86 приведена зависимость скорости нарастания выходного сигнала от температуры. Для увеличения скорости нарастания фронта выходного сигнала до 150 В/мкс целесообразно применение коррекции с помощью элементов Cl, R3, как показано на схеме рис. 1.87.

На этой же схеме представлен вариант балансировки ОУ с помощью резисторов R5 — R7. Схема на рис. 1.88 позволяет свести к минимуму время установления положительного выходного напряжения. До уровня 10 В выходной сигнал нарастает за О 8 мкс. Один из вариантов балансировки ОУ представлен на схеме рис. 1.89. При большой емкости нагрузки необходимо применять схему с развязкой выхода ОУ и нагрузки, которая показана на рис. 1.90. В устройствах, где необходимо иметь максимальную устойчивость усилителя, когда требуется введение дополнительных ООС, целесообразно использовать схему перекомпенсации, приведенную на рис. 1.91. Включение ОУ в качестве повторителя, показано на рис 1.92, а усилителя — 1.93.

Микросхема К140УД12. На входе усилителя (рис. 1.94) использован сложный дифференциальный каскад, построенный по схеме OK — ОБ на транзисторах VT3, VT$ и VT4, VT6 с дополнительными Проводимостями. Нагрузкой входного каскада является схема . трансформатора тока на транзисторах VT7 и VT8. Подключение к контактам 1 и 5 внешнего потенциометра обеспечивает возможность изменения постоянного напряжения на коллекторе транзистора VT6. Этот потенциометр регулирует разбаланс токов, протекающих через транзисторы VT5 и VT6. Одновременно стабилизируются токи входного каскада схемой стабилизатора разности токов на транзисторах VT2 и VT9, смещение на которые подается с транзи сторон VT1, VT10 и VT11. Общее изменение токов в дифференциальном каскаде, осуществляемое регулировкой управляющего тока, протекающего через вывод 5 ОУ, приводит к изменению параметров ОУ от микромощных до параметров общего назначения. Сигнал с первого каскада подается в базу транзистора VT14. В эмиттер этого транзистора включены два генератора тока, транзисторы VT15 и VT17. С коллектора транзистора VT17 сигнал поступает на усилитель на транзисторе VT21, в цепи коллектора которого включены генератор тока на транзисторе VT18 и два транзистора VT19 и VT20 в диодном включении. Эти транзисторы предназначены для создания напряжения смещения для выходных транзисторов VT24 и VT27, работающих в режиме повторителей сигналов.

Транзисторы VT25 и VT26 предназначены для защиты ОУ от перегрузок по выходному сигналу.

Рис. 1.74 Рис. 1.75 Рис. 1.76

Рис. 1.77

Рис. 1.78 Рис. 1.79 Рис. 1.80 Рис. 1.81

Рис. 1.82 Рис. 1.83 Рис. 1.84 Рис. 1.85

Рис. 1.86 Рис. 1.87 Рис. 1.88 Рис. 1.89

Рис. 1.90 Рис. 1.91 Рис. 1.92 Рис. 1.93

Рис. 1.94 Рис. 1.95

Рис. 1.96 Рис. 1.97

Выбор основных параметров ОУ можно Осуществить с помощью характеристик, представленных ниже. На рис. 1.95 представлена зависимость управляющего тока от сопротивления резистора, подключенного между выводом 8 интегральной микросхемы и отрицательным полюсом источника питания. При изменении управляющего тока меняется входной ток. Эта зависимость показана на рис. 1.96. От управляющего тока зависит также общий коэффициент усиления интегральной микросхемы (рис. 1.97). и разность входных токов (рис. 1.98). При использовании микросхемы в усилительных устройствах следует обращать внимание на зависимость произведения коэффициента усиления на полосу пропускания от управляющего тока (рис. 1.99),

От управляющего тока и от напряжения питания зависит двойной размах выходного сигнала (рис. 1.100 и 1.101). Зависимость скорости нарастания выходного напряжения от управляющего тока приведена на рис. 1.102. Графики, описывающие зависимость от управляющего тока приведенной ко входу ЭДС шумов и входного сопротивления, представлены на рис. 1.103 и 1.104.

соответственно. Возможности применения ОУ в различных схемах включения проиллю стрированы на следующих рисунках: рис. 1.105 — генератор гармонического сигнала, где f0=1/2пRC (f0=1 кГц, если R=15 кОм, С = = 0,01 мкФ); рис. 1.106 — управляемый усилитель; рис. 1.107 — полосовой фильтр (fo=l кГц при С=0,01 мкФ); рис. 1.108 — усилитель с большим входным сопротивлением.

Микросхема К140УД13. Микросхема (рис. 1.109) построена на МОП-транзисторах и содержит следующие функциональные узлы: балансный последовательно-параллельный модулятор (VT4, VT5, VT7, VT.8),- двухкаскадный дифференциальный усилитель с непосредственными связями (VT10 — VT29), демодулятор — параллельный ключ (VT9) и мультивибратор с одной времязадающей RС-це-пью (VT1 — VT3, VT6). Конденсатор времязадающей цепи включается между выводами 7 и 8 интегральной микросхемы. Внешней цепочкой RфСф определяется верхняя граничная частота дифференциального усилителя fв.гр=1/2пRфСф; по уровню — 3 дБ и при Сф = =2,2 мкФ имеем fв.гр = 1 Гц. Частота мультивибратора выбирается, исходя из соотношения fв.гр=0,2 fM. Для широкого круга задач целесообразно выбирать fM в пределах 0,7 — 1,5 кГц или fM=l кГц. При увеличении модулирующей частоты с 1 до 10 кГц постоянное напряжение на выходе интегральной микросхемы линейно возрастает от 10 до 100 мкВ, а шумовой сигнал уменьшается от 100 до 30 НВ/р-2Гц. Полосу пропускания усилителя (рис. 1.110) можно менять при выборе элементов схемы С1, С2 и Сф в соотношениях, приведенных в табл. 1.2.

Рис. 1.98 Рис. 1.99 Рис. 1.100 Рис. 1.101

Рис. 1.102 Рис. 1.103 Рис. 1.104 Рис. 1.105

Рис. 1.106

Таблица 1.2

номер кривой	С1, пФ	С2, мкФ	Сф, мкФ	Частота модуляции, кГц	Полоса пропускания. кГц
1	2400	0,1	0,15	1	1
2	750	0,03	0,047	3	3
3	240	0.01	0,015	10	10
4	75	30	47	30	30

При изменении напряжения питания наблюдается изменение коэффициента усиления в соответствии с графиком рис. 1.111. При этом напряжение питания по-разному влияет на положительные и отрицательные полярности выходного напряжения (рис. 1.112). Схема включения интегральной микросхемы приведена на рис. 1.113.

Микросхема К140УД14. Электрическая схема ОУ приведена на рис. 1.114. Сложный входной дифференциальный каскад образуют пары транзисторов VT3. VT5 и VT4, VT6. Между базами входных транзисторов VT3 и VT4 включены ограничители входного сигнала на транзисторах VT1 и VT2. Плечи входного каскада построены по схеме ОЭ — ОБ, причем транзисторы VT5 и VT6 схемы с ОБ по постоянному току являются повторителями базового напряжения, что позволяет поддерживать постоянным коллекторное напряжение транзисторов VTZ и VT4 дифференциального каскада. Каскодное включение транзисторов входного каскада уменьшает входную емкость ОУ. Нагрузка входного каскада термостабилизирована транзисторами VT7 и VT8 в диодном включении. Рабочий режим входного каскада определяет включенный в его эмиттерную цепь генератор тока на транзисторе VT16. Напряжение на базе этого транзистора задается с каскада опорного напряжения, построенного на транзисторах VT12, VT13 и VT17. Снимается это напряжение через эмиттерный повторитель на транзисторе VT15.

Выходной сигнал дифференциального каскада подается на базы транзисторов VT18 и VI19, в коллекторной цепи которых включена схема трансформатора тока на транзисторах VT20 и VT21, обеспечивающая максимальное усиление каскада. Сигнал с коллектора VT19 через повторитель на транзисторе VT22 и VT23 поступает на базу транзистора VT25, а с коллектора этого транзистора сигнал положительной полуволны подается на базу выходного эмиттерно-го повторителя на транзисторе VT27. Отрицательная полуволна выходкого сигнала снимается с базы транзистора VT26 и через эмит-терный повторитель на транзисторе VT29 поступает на выход. Для защиты усилителя от перегрузок к выходу подключается транзистор VT28, который шунтирует выходное напряжение.

В схеме су ществует многоуровневый стабилизатор напряжения, определяющий работу усилителя по постоянному току. Стабилизатор построен на транзисторах VT9 — VT17.

Рис. 1.107 Рис. 1.108

Рис. 1.109 Рис. 1.110

Рис. 1.111 Рис. 1.112 Рис. 1.113

Основные характеристики усилителя представлены на следующих рисунках. Зависимость коэффициента усиления и максимального выходного напряжения от частоты — на рис. 1.115 и 1.116. Зависимость от частоты приведенного ко входу напряжения шума дана на рис. 1.117. На рис. 1.118 показано изменение напряжения смещения от входного сопротивления. Зависимости максимального выходного напряжения, коэффициента усиления и потребляемого тока от напряжения питания даны на рис. 1.119 — 1.121. Напряжение смещения, разности входных токов и коэффициента ослабления синфазного входного напряжения зависят от напряжения питания. Эти зависимости приведены на рис. 1.122 — 1.124. Температурные зависимости напряжения смещения, входного тока, разности входных токов и входного сопротивления локазаны на рис. 1.125 — 1.128. Влияние выходного тока на выходное напряжение при различных температурах представлено на рис. 1.129. Зависимость выходного сопротивления от частоты показана на рис. 1.130.

Рис. 1.114

Рис. 1.115 Рис. 1.116 Рис. 1. 1 17

Рис. 1.118 Рис. 1.119 Рис. 1.120 Рис. 1.121

Рис. 1.122 Рис. 1.123 Рис. 1.124 Рис. 1.125

Рис. 1.126 Рис. 1.127 Рис. 1.128

Рис. 1.129 Рис. 1.130 Рис. 1.131

Рис. 1.132 Рис. 1.133 Рис. 1.134

Рис. 1.135 Рис. 1.136 Рис. 1.137

Практические схемы включения усилителя, уменьшающие выходные шумы, приведены на рис. 1.131 — 1.133. Во всех схемах емкость корректирующего конденсатора должна выбираться из условия CK>R130 (пФ)/(R1 + R3). Кроме того, возможны и другие варианты коррекции усилителя, один из которых представлен на рис. 1.134. Коррекция в широкополосном повторителе показана на рис. 1.135, а усилитель с коэффициентом усиления Ky.u=10 и емкостной нагрузкой требует схемы коррекции в соответствии с рис. 1.136. Для балансировки ОУ можно использовать схему рис. 1.137.

Содержание раздела