статочно для исключения зоны нечувствительности и вызванных ею nepeiqpecTHbix искажений.

Назначение транэисторов Г15 и Г21 состоит в защите выходного каскада от коротких замыканий. Если ток источника питания положительной полярности превышает 20 мА, то падение напряжение на Rb переводит -пранзистор Ту в проводящее состояние. Протекающий через этот транзистор ток вызывает снижение выходного напряжения. Если же ток источника питания отрицательной полярности превысит 20 мА, то в результате падения напряжения на Ri откроется транзистор Tv,. Возрастающий ток этого транзистора вызовет падение напряжения на транзисторе Г24, что переведет транзистор Г23 в проводя- щее состояние. Ток, протекающий через транзистор Г23, ограничит ток через транзисторы Т\ь и Тм. В нормальном режиме ОУ представляет собой реальный источ-

Рис. 5.53. .Кшшенсацйя смещемя Р'* У^Р^ ОУ тана [д,А741 ним сопротивлением. При высо-

ких выходных токах транзисторы Т\ъ и Ti\ переводят его в режим источника тока, значение которого практически постоянно.

Поскольку выделяемая в режиме короткого' замыкания мощность меньше допустимой мощности рассеяния при комнатной температуре, вышеодисанная защита является эффективной даже при длительных режимах короткого замыкания.

Усилитель типа ц,А741 не требует введения цепи внешней частотной коррекции. Из рис. 5.54 видно, что на частотах от fo~5 Гц до /1=1 МГц наклон АЧХ составляет -20 дБ/дек, а фазовый сдвиг на частоте fi равен примерно 100°.

Такая частотная характеристика получена в результате того, что второй каскад имеет увеличенную до 30 пФ емкость коллектор-база, которая по,зволяет рассматривать его как практически идеальный интегратор в диапазоне частот /о-U- Второй каскад управляется входным дифференциальным каскадом. Очевидно, что входной ток второго каскада не может превышать максимального выходного тока второго каскада. Следовательно, скорость нарастания выходного наПряжения интегратора, а следовательно и всего ОУ, опраничена.

Рассмотрим случай подведения большого ступенчатого вход-Ного сигнала к инверти|рующему входу при заземленном неинвер-тирующем входе. Прн положительном напряжении ступеньки транзисторы Тх и Гб будут работать в режиме отсечки. Поскольку весь ток входного каскада нач1нет протекать через транзистор Тг, то ток коллектора транзистора Г4 вдвое превысит ток покоя. В результате интегрирования этого тока нацряжение на коллекторе

транзистора Тп будет изменяться линейно во времени. Скорость нарастания выходного напряжения S=-05 В/мкс.

При отрицательном напряжении ступеньки Т2 окажется закрытым и ток, протекающий через транзистор Те, вдвое превысит его значение в режиме покоя. В результате скорость нарастания выходного напряжения окажется равной 5=0,5 В/мкс.

ЮО 80 60 90 W. В

к

/о /о' 70 10 /О^ 10f,ru.

Рас. 6.64. АЧХ и ФЧХ ОУ типа [аА741 Рис. 6j55. Типичные искаженнз

выходного сигнала ОУ типа [хА741 иа частотах, ятревышаю-

Частота полной мощности определяется cnqpocTbro нарастания выходного напряжения. Если а в,хюд подается синусоидальный сигнал, то выходной сигнал и максимальная скорость его нарастания соответственно равны С/выхmaxsin со и (оС/выхтах. Первый из них остается неискаженным, пока выполняется условие

сог/выхшах<5. (5.94)

Для ?7выхтах=13 В и S=±0,5 В/мкс /пм=6,1 кГц. Из рис. 5.55 видно, что на частотах, превьпиающих /пм, выходное напряжение искажается и становится не синусоидальным, а треугольным. На частотах более 19,2 кГц начинает уменьшаться также и амплитуда напряжения. Неискаженный синусоидальный сигнал может быть получен путем уменьшения амплитуды выходного напряжения.

Здесь рассмотрена только базовая модель ОУ типа цА741. Однако более современные модификации, такие как ц,А741А и Е, имеют усовершенствованную конструкцию и значительно меньший ток смещения.

5.7.2.3. Усилитель типа цА748 фирмы Fairchild

Как указывалось выше, усилитель тина ц,А741 построен с применением встроенной цени частотной коррекции, которая обеспечивает повышенную надежность в различных применениях, но

вызывает нежелательное ограничение полосы пропускания и скорости нарастания выходного сигнала при малом коэффициенте усиления петли. В связи с тем, что указанные не1Достатки могут оказаться существенными в одних случаях и несущественными в других, был разработан ОУ типа цА748, не содержащий встроен-

Частотная норрещия

Номпенсация смещения 7

Рйс. 5.S6. Ори-нрилиальная схе-ма ОУ тиоа }хА748

ного корректирующего конденсатора. Он аналогичен ОУ типа .uA741 (см. рис. 5.56 я табл. 5.7) за исключением того, что в нем выведены наружу точки частотной коррекции и осуществляется регулировка смещения нуля через выводы коллекторов транзисторов и Гб. К сожалению, в этой модели для регулировки смещения нуля требуются высокоомные потенциометры. Если на.пря-жение смещения, которое необходимо окомпенсировать, мало, то предпочтительно применять не один потенциометр, а последовательную цепь, показанную на рис. 5.57.

Рис. 5.57. Компенсация смещения ОУ типа хА748 178

На рис. 5.58 представлена упрощенная эквивалентная схема по переменному току. Передаточная функция усилителя без коррекции имеет два полюса: один меж^ду частотами 500 и 700 Гщ, а второй на частоте в несколько мегагерц. Первый из них онреде-

Р.ИС. 5.58. Упрющенн-ая эквивалентная схема ОУ типа jiA748 по переменному

ляется четырьмя факторами: выходными сопротивлением и емкостью входного каскада и входными сонротивлением и емкостью выходного каскада:

и = {Rm [Cpi + (1 -Ь Rv]У- (5.95)

Наличие второго полюса обусловлено низкой предельной частотой вспомогательных р-п-р транзисторОв Гз и Ti. Этот иолюс определяет частотную зависимость параметра gmi-

В случае использования частотно-независимой обратной связи ОУ без коррекции имеет запас по фазе примерно 90° вплоть до значений коэффициента усиления петли 40 дБ. При более высоких его значениях АЧХ усилителя можно скорректировать путем

20 70 5

20 70 5

г

г 500

-20.0

- 700

- 50

: 70

- 5-

о 70 го 30 W- so ео го 1/Ао,дб

Рис. 5.59. Зависимость скорости 1нар.агста1ния выходного (напряжения И частоты полной м'ощности ОУ типа }гА748 от глубины обратной связи: и moippciKTHipyro-

щей еммости

включения конденсатора между .выводагМИ 1 к 8. Значение емкости, нео'бходимое для получения запаса по фазе не менее 60°, (30 пФ)Зо, Емкость перемещает первый полюс с частоты copi на сйрй 2л5/Зо. Таким образом, fo=fph и fi=(l-=-2) МГц.

Скорость нарастания выходного напряжения и частота полной .мощности зависят от значения Си. На рис. 5.59 приведены зависимости компенсирующей емкости, обеспечивающей запас по фазе около 60°, а также /пм и S от параметра 1/Зо-

При использовании ОУ в качестве инвертирующего усилителя снижение скорости нарастания выходного напряжения и частоты полной мощности п|рн больших значениях коэффициента усиления петли можно устранить, применив цепи частотно-независимой коррекции с прямой передачей Л> сигнала, как показано на рис.

5.60а. Построение этой цепи основано на том, что два каскада с эмиттерной связью во входном каскаде ОУ не инвертируют фазу. Это позволяет как бы исключить входной дифференциальный каскад на высоких частотах, зашунтировав транзисторы Гг и Г4 конденсатором. На рис. 5.60а конденсатор, шунтирующий транзисторы, обозначен С^ос

лес

o-i:z>

7 -о

г-Jj--J-11-

Б -о

о

Ршс. 5.60. Частотшая коррекция ОУ типа iA748 ш.ри помющи частотню-зависи-мой цепи, обеспечивающей подачу сигнала иепосредственво яа последующие кас1ка.ды

Частотную характеристику скорректированного ОУ можно определить при помощи эквивалентной схемы на рнс. 5.606. При R=Q получим

где

Вт Rpi Bms Rp2 (i+sCk oc/gmi)

i+sRpi(Ck ос + С py)

с pi = + Qk (1 + gm2 Rp2)-180

(5.96)

Положительная обратная связь, вводимая при помощи Ckoc, делает полное входное сопротивление на низких частотах отрицательным:

sRpiCkoc(gmi - sCpi)

Отрицательное входное сопротлвление м'Ожно сбалансировать, включив .последовательно на входе усилителя высокоомный резистор. Товда

(S)a; gmi RpiSmz Rpz 0 +sCh oc/gmi) 5 98)

i+sRpi[CPI+ Ckос0-gmiR)]+sRpiRCPICkcc >

Если сопротивление последовательно включенного резистора удовлетворяет условию

g i/? = l + CVCfeoc. (5.99)

выражение (5.98) можно упростить, приведя его к виду

/[ (s) Р2 (1 + S Cfe oc/gml) /с IQQ)

l+sRpiRC-p:,Ckoc >

При типичных параметрах элементов Сьос=150 пФ я R = =5 кОм наклон АЧХ в диапазоне частот между двойным полюсом при 7 кГц и нулем при 3004-400 кГц составляет -40 дБ/дек, в диапазоне между частотой этого нуля и несколькими мегагерцами он равен -20 дБ/дек, а на частотах, превышающих несколько мегагерц, снова становится равным -40 дБ/дек. Поскольку при наличии частотно-зависимых дополняющих транзисторов наклон АЧХ восстанавливается до -40 дБ/дек, необходимо введение частотно-зависимой обратной связи. В противном случае запас по фазе будет недостаточным. На рис. 5.60а эту функцию выполняет параллельная iC-цепочка. Емкость обратной связи должна быть такой, чтобы постоянная времени R2C2 обеспечивала введение в передаточную функцию нуля на частоте в интервале 1-2 кГц.

Как упоминалось выше, такая коррекция применима только в случае работы в инвертирующем режиме и при Имр 1 = 1 она обеспечивает fi = 3,5 МГц, S = 10 В/мкс. Чтобы исключить возможность насыщения второго каскада {Tie, Ти) при подведении через конденсатор Си ос большого и быстроизменяющегося входного сигнала, желательно между инвертирующим входом и землей включить ограничивающий диод (см. рис. 5.60а).

5.7.2.4. Усилитель типа ixA799 фирмы Fairchild

Усилитель типа цА799 является операционным усилителем с внутренней частотной коррекцией. Его характеристики в основном аналогичны характеристикам модели ОУ типа цА741. Поскольку в его дифференциальном входном каскаде применены р-п-р транзисторы, диапазон изменения синфазной составляющей входного напряжения включает отрицательное напряжение питания. Это значит, что ОУ может питаться от одного источника и при этом

не требуется никаких внешних элементов смещения. Напряжение питания может быть весьма малым и составлять всего 3 В.

Принципиальная схема ОУ показана на рис. 5.61, а основные параметры - в табл. 5.8. Транзисторы входного каскада Тг и Тз имеют небольшие, но стабильные коэффициенты усиления по току.

Рис. 6.61. Принципиальная схема ОУ типа Ц.А799

Таблица 5.8

Небольшие значения входных токов покоя обусловлены транзисторами Ti и Т4, включенными по схеме ОК. Транзисторы Ts и Тд используются в составе эмиттерных повторителей, которые управляют транзисторами Тю и Т12 через токовое зеркало, выполненное на транзисторах Ts и Ге. К транзисторам, включенным по схеме ОЭ, присоединен выходной каскад, который может обеспечивать амплитуду выходного напряжения, весьма близкую к напряжению питания отрицательной полярности.

5.7.3. Модели с изменяемой структурой

5.7.3.1. Усилитель типа iiA776 фирмы. Fairchild

Усилитель типа р,А776 является усовершенствованной модификацией усилителя типа fiA741, в котором токи транзисторов определяются током, протекающим через резистор Rs. В усилителе типа р,А776 этот резистор отсутствует и соответствующие точки схемы выведены наружу (рис. 5.62). Таким образом, токи покоя

/<омпенсаци^1 ° вмещения о 5

Рис. 5.62. Принципиальная схШа ОУ типа iA776

i. могут задаваться внешним резистором или источником тока, как \ показано на рис. 5.63.

\ Этот ОУ имеет ряд преимуществ, которые позволяют использовать его в мультиплексорах, регулировать входной ток покоя, входное сопротивление, полосу пропускания, скорость нарастания

выходного напряжения, по-п требляемый ток, оптимизиро-д вать шумовые характеристики о путем согласования усилителя с сопротивлением источника сигнала и т. д. Возможность регулировки потребляемого то-/. ка позволяет ОУ работать при напряжении питания C/nn= = ±1,2 В и Ро<1 мкВт.

Типовые зависимости основных параметров ОУ от задава-

Р.ИС. Двпимыцевдя ОУ иша gjQj-o извне тока /см приведе-

~ю^ 10°

Тем. мид

/0 /0 10°

S, в/тс 10

ны на рис. 5.64.

JO 10 70 70-

7?ff=75A 0 п-±75В

Unn-t3B

70 70 70 70 Tcm.MkR

10- Ю Ю'

70 70-

70- 70

Unn=tl5B

%n=i3B

Тем, (Л

70 10 70° 70 70 1см,

70~ 10~Ч0° Ю' 70 TcM. <R

Глс. 5.64. Типичные характеристики зависимости и-арам-етров ОУ типа iA77i6 от

ввешн-ело тока /см

5.7.5.2. Усилитель типа СА3080 фирмы RCA

Усилитель типа СА3080 относится к так называемым ОУ проводимости прямой передачи. Поскольку он имеет регулируемый коэффициент передачи, его свойства наилучшим обр.азом можно охарактеризовать таким параметром, как переходная проводимость.

Из упрощенной принципиальной схемы, приведенной на рис. 5.65, видно, что транзисторы Т\ и Гг, токи покоя которых могут задаваться при помощи токового зеркала на транзисторах Гз и Г4, управляют выходным током через имеющие единичный коэффициент усиления и не зависящие от напряжения питания управляемые источники тока на транзисторах Гб-Ге, Гд-Г] г и Г13-Г) 5. Транзисторы Г13-Г15 образуют токовое зеркало, выполняющее функции фазосуммирующей цепи.

Сравнивая выходной

ГОК усилителя с выходным

дифференциальным током и^ первого каскада, можно обнаружить, что характеристики усилителя и первого каскада идентичны. Следовательно, этот вывод справедлив и по отно-шению к проводимости р^ .Цранцшиальная схе,м,а ОУ ггипа прямой передачи, т. е. СА3080

Коэффициент усиления определяется выражением: -

=hRtil2lJT. Здесь Rn - сопротивление внешней нагрузки; /о - ток покоя транзистора Г4. Если последний задавать от внешнего источника тока, то коэффициент усиления можно регулировать в широком диапазоне, изменяя ток /см. Это позволяет использовать ОУ данного типа в различных аналоговых устройствах, таких как мультиплексоры, модуляторы, перемножители и т. п. Поскольку ОУ имеет большое выходное сопротивление, его можно применять также в качестве гираторов.

Зависимости наиболее важных параметров ОУ от задаваемого извне тока /см приведены а рис. 5.66.

ш

Rg,KOM

70 70 70 70 70 Тем. мкя

70 70 70 Я? 70 10

St.mkbIB

ю

70° /о' 70

70 70 70 70?

70* 70 70 70 70° 70

-т

70 70

70 70 70

Нис. 5.66. Тяпиганые жарактеристики зависимости параметров ОУ типа СА3080

от внешнепо .тока /см