тока операционного усилителя. Лучше всего использовать на выходе схемы повторитель на ОУ так, как показано на рис. 3.24, при этом выходное сопротивление будет очень небольшим независимо от величины сопротивления R.

Представленная схема обладает недостатком, который сказывается при работе с быстро изменяющимися сигналами. Выходной сигнал

Падение напряжения

на диоде

Рис. 3.25.

операционного усилителя не может изменяться бесконечно быстро, с связи с этим восстановление при переходе из режима насыщения в активный режим (выходной сигнал проходит через нуль в направлении внизу вверх) занимает некоторое время, в течение которого состояние выхода является неправильным. Это явление иллюстрируется графиком на рис. 3.25. Выходной сигнал (жирная линия) в точности представляет собой выпрямленный входной сигнал (тонкая линия), за исключением короткого интервала времени после увеличения входного напряжения относительно О В. На этом интервале операционный усилитель стремительно выходит из режима насыщения, при котором напряжение на его выходе было равно -(/ээ, поэтому напряжение на выходе схемы равно потенциалу земли. Для операционного усилителя общего назначения типа 741 скорость нарастания составляет 0,5 В/мкс, следовательно, восстановление при переходе из режима насыщения в активный режим занимает приблизительно 30 мкс. Такой период восстановления достаточно велик для сигналов, имеющих частоту порядка килогерц; что касается сигналов со скоростью изменения порядка микросекунд, то для них 30 мкс - это недопустимо большой период. Положение дел можно исправить, если воспользоваться модификацией рассмотренной схемы (рис. 3.26).

Благодаря диоду Дх с отрицательными входными сигналами схема работает как инвертор с единичным коэффициентом усиления. Для положительных входных сигналов диод Да ограничивает выходное напряжение первого ОУ по уровню, который ниже потенциала земли на величину падения напряжения на диоде, и так как диод Дх смещен в обратном направлении, то напряжение на выходе схемы равно потенциалу земли. Эта схема дает лучший результат, так как при переходе входного сигнала через нуль напряжение на выходе изменяется всего

лишь на удвоенную величину падения напряжения на диоде. В связи с тем что напряжение на выходе операционного усилителя должно измениться только на 1,2 В, вместо того чтобы изменяться на величину Цээ, динамическая ошибка при переходе через нуль уменьшается

Рис. 3 26.

более чем в 10 раз. Кстати говоря, этот выпрямитель является инвертирующим. Если же выходной сигнал должен быть неинвертированным, то к выходу нужно подключить инвертор с единичным коэффициентом усиления.

Характеристики приведенных здесь схем будут лучше, если использовать в них операционные усилители с большой скоростью нарастания. Скорость нарастания влияет на характеристики и других схем с ОУ, например на характеристики простых усилителей напряжения. Здесь стоит остановиться и рассмотреть, чем реальные ОУ отличаются от идеальных, так как это различие влияет, как мы уже упоминали выше, на разработку схем с операционными усилителями. Если вы будете знать, в чем состоят недостатки операционных усилителей и как они влияют на разработку схем и на их характеристики, то это поможет вам правильно выбирать ОУ и эффективно разрабатывать схемы на их основе.

ПОДРОБНЫЙ АНАЛИЗ РАБОТЫ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

На рис. 3.27 показана схема широко распространенного интегрального ОУ типа 741. Эта схема относительно незамысловата, если рассматривать ее с точки зрения транзисторных схем, которым была посвящена предыдущая глава. Она имеет дифференциальный входной каскад с нагрузкой в виде токового зеркала, далее подключен каскад с общим эмиттером на транзисторах п - р- п-типа (который также имеет активную нагрузку), обеспечивающий большую часть усиления по напряжению. К эмиттерному повторителю р - п - р-типа подключен выходной каскад, представляющий собой двухтактный эмиттерный повторитель, в состав которого входит схема ограничения тока. Эта схема является типичной для многих ОУ, выпускаемых промышленностью в настоящее время. Для многих задач характеристики та-

ких ОУ близки к идеальным. А сейчас мы рассмотрим, в какой степени реальные ОУ отличаются от идеальных, как это учесть при разработке схем и что делать с этими отличиями.

Неинвертирующий в од

Инвер о-

Л1ИР9Ю1ЦИЙ

вход 3

ЗоООм

кОМ

40kOv(

ком

<ста|1овка

Установку нуля

Рис. 3.27. Принципиальная схема наиболее широко используемого ОУ типа 741 (фирма Fairchild Camera and Instrument Corp.).

3.11. Отличие характеристик идеального ОУ от реального

Идеальный операционный усилитель имеет следующие характеристики:

1. Входной импеданс (и для дифференциального, и для синфазного сигнала) равен бесконечности, а входные токи - нулю.

2. Выходной импеданс (при разомкнутой ОС) равен нулю.

3. Коэффициент усиления по напряжению равен бесконечности.

4. Коэффициент усиления синфазного сигнала равен нулю.

5. Выходное напряжение равно нулю, когда напряжение на обоих входах одинаково (напряжение сдвига равно нулю).

6. Выходное напряжение может изменяться мгновенно (бесконечная скорость нарастания).

Перечисленные характеристики не зависят от температуры и изменений напряжения питания.

Отличие характеристик реальных операционных усилителей от идеальных состоит в следующем (типичные значения приведены в табл. 3.1, а для высоковольтных усилителей в табл. 3.2):

Операционные усилители

Таблица 3.1

Быстродействующий, объедц-ня-т четыре ОУ типа 74 1 Повторитель на полевом транзисторе +741

Широкого применения, среднее быстродействие, объединяет четыре ОУ

Быстродействующи й 34 8 (объединяет четыре ОУ типа 741)

Подкорректированный 4 156 Быстродействующий 14 58 (4559 низкий уровень шума) Более быстродействующий ОУ 348

Подкорректированный ОУ 46 05

Широкого примеиеиия, нескорректированный Прецизионный, малое смещение

Скорректированный ОУ типа 301

Низкий уровень шума, быстродействующий, рекомендуется для усилителей звуковых частот

Широкого применения, объединяет четыре ОУ, одни источник питания Улучшенный вариант ОУ типа 324

Подобен 324, но имеет малые искажения

ОУ для усиления звуковых частот с низким уровнем шума

Улучшенный вариант 0У 739 Подобен 739

739 с двухтактным выходом

нгннальный прецизионный

Прецизионный ОУ для предварительных каскадов

Малый сдвиг

Прецизионный ОУ для предварительных каскадов Прецизионный

Оригинальный с малым входным током (со сверхвысоким значением коэффициента Р) Прецизионный ОУ типа 3 08 Самое малое значение тока 1, ОУ на биполярных транзисторах, прецизионный Прецизионный ОУ типа 3,12 Прецизионный

Прецизионный ОУ типа 303 Скорректированный ОУ типа 308

Составной транзистор Дар-лингтоиа со сверхвысоким значением коэффициента g