Операционный усилитель

Операционный усилитель

Операционные усилители, в соответствии со своим названием, предназначены для осуществления арифметических операций, сигнального преобразования и пропорционального усиления исследуемых аналоговых сигналов. В основе работы операционного усилителя лежит наличие дифференциального входного каскада, двухтактного выходного каскада и двуполярного питания.

Дифференциальный входной каскад (рис.3.2; рис.3.3, блок А) выполнен в виде равновесного измерительного моста, два плеча которого содержат вместо обычных резисторов встречно включенные

транзисторы.

+U пит

-U пит

R5

VT1

R1

R2

U диаг

R1

R6

R3

R7

R8

VT 2

U вх 1

U вх2

Рис.3.2. Дифференциальный входной каскад

Оба транзистора с помощью делителей напряжения R5-R6 и

R7-R8 выведены на рабочие точки своих выходных характеристик.

При равенстве уровней входных сигналов Uвх1 = Uвх2 степень открытия транзисторов одинакова, мост сбалансирован и напряжение, снимаемое с измерительной диагонали, равно нулю. В том случае, когда один из входных сигналов превышает по уровню другой Uвх1 > Uвх2 или Uвх1 < Uвх2, степень открытия и сопротивление переходов эмиттер-коллектор транзисторов изменяются, и в диагонали моста наводится напряжение, полярность которого определяется знаком разности уровней входных сигналов. Таким образом, к дальнейшему преобразованию принимается разность напряжений, подаваемых на входы операционного усилителя     ΔU = Uвх1 Uвх2.

Двухтактный выходной каскад выполнен на основе комплиментарной пары транзисторов, имеющих одинаковые параметры усиления, но разную проводимость (рис.3.3, блок Б). Подобное схемотехническое решение выходного каскада позволяет получать усиленный сигнал как положительной, так и отрицательной полярности, относительно «нуля».

Рис.3.3. Упрощенная схема операционного усилителя

В современной микроэлектронике существует достаточное количество различных операционных усилителей [8]. В данном учебном пособии в качестве примера предложена микросхема К140УД701, работающая в диапазоне питающего напряжения (Uпит

= ±  5…± 15В) и        не требующая использования корректирующих цепочек.