Выходной каскад ОУ

Назначение — получение на выходе заданной амплитуды на­пряжения и тока и защита предшествующих каскадов от измене­ния внешней нагрузки.

Основное требование, предъявляемое к выходному каскаду, — наличие большого входного сопротивления для согласования с предшествующим каскадом и малого выходного сопротивления, которое обеспечит передачу без потерь в нагрузку выходного на­пряжения. Кроме того, выходной каскад должен обеспечить за­данный уровень напряжения, тока или мощности при минималь­ных нелинейных искажениях. Этому требованию наиболее полно удовлетворяют схемы эмиттерных повторителей. В первых схемах применяли однотактные схемы, но в силу необходимости работы в такой схеме в режиме А с присущими ему недостатками в после­дующем стали применять только двухтактные схемы, работающие в режимах АВ и В.

В выходных каскадах ОУ стремятся собрать двухтактную схе­му на комплементарной паре транзисторов, используя основной транзистор NPN и дополняющий PNP, который образуется, как известно, при изоляции ИМС PN -переходом (рисунок2.60, а). Это при­водит к асимметрии выходного напряжения, а следовательно, яв­ляется причиной нелинейных искажений.

Рисунок 2.61 — Выходные каскады ОУ с защитой от перегрузок

Рисунок 2.60 — Выходные каскады ОУ

Транзисторы VT2 и VT3 в схеме образуют комплементарную пару, собранную по двухтактной схеме и работающую в режиме АВ. Смещение и токи покоя обеспечиваются диодами VD1 и VD2. Предоконечный каскад собран по схеме с ОЭ на транзисторе VT1.

В этой схеме оба транзистора выходного каскада имеют раз­личие в параметрах, особенно в коэффициенте усиления по току h _21э, который обычно устраняется введением ООС, охватывающей оконечный и предоконечный каскады. Устранения подобной асим­метрии можно добиться, применяя в выходных каскадах двухтакт­ные схемы на составных транзисторах, подобно тому, как это уже рассматривалось в схемах бестрансформаторных усилителей на дискретных транзисторах (рисунок2.60,б). В этой схеме верхнее пле­чо собрано на составных транзисторах NPN, а нижнее включает дополнительно еще третий транзистор VT4 PNP с небольшим ко­эффициентом h _21э. Схема более симметричней предыдущей и позволяет получить большие мощности на выходе при применении соответствующих транзисторов.

В выходных каскадах необходимо принимать меры по защите схемы от перегрузок, особенно от возможных коротких замыканий. В схеме (рисунок 2.61,а) защита основана на отрицательной обратной связи, которая возникает за счет падения напряжения на R2 и R3. При возрастании тока в цепи транзисторов VT2 и VT3 напряже­ния на этих резисторах возрастают и в противофазе попадают на входы транзисторов, соответственно уменьшая входное напряже­ние и, следовательно, выходной ток. Чем больше сопротивление ре­зисторов R2 и R3, тем эффективнее действует защита. Однако в этом случае возрастает выходное сопротивление, так как приме­нена обратная связь по току, и, следовательно, происходит соот­ветствующее уменьшение напряжения на нагрузке. Более эффек­тивна схема, в которой основную роль в защите от перегрузок иг­рают транзисторы VT2 и VT3 (рисунок. 2.62,б). R2 и R3 имеют незна­чительное сопротивление (20... 30 Ом). При нормальных для схе­мы токах оба эти транзистора закрыты. Если возникнет перегруз­ка или короткое замыкание, ток в транзисторах VT4 и VT5 воз­растает, на резисторах R2 и R3 создастся падение напряжения, благодаря которому транзисторы VT2 и VT3 открываются, шунти­руют своим малым сопротивлением вход транзисторов VT4 и VT5.

Выводы: 1. Операционные усилители обладают параметрами, наиболее соответствующими основным требованиям к усилительным устройствам. 2. Основными параметрами входной цепи ОУ обеспечиваются применением на входе дифференциального усилителя. 3. Для увеличения коэффициента усиления ОУ применяют супербета-транзисторы, динамические нагрузки в усилительных каскадах, составные транзисторы. 4. Выходные каскады ОУ обеспечивают минимальное выходное сопротивление и защиту предварительных каскадов усиления от изменения внешней нагрузки.

Контрольные вопросы:

1. Каковы основные требования, предъявляемые к ОУ?

2. Чем отличаются передаточные характеристики ОУ по инвертирующему и неинвертирующему входам?

3. Каковы пути повышения входного сопротивления ОУ?

4.Как добиваются получения минимального выходного сопротивления ОУ?

5. Какой вид имеет АЧХ стандартного ОУ?

6. Какова природа протекания входного тока ОУ?

7. Зачем во входном каскаде ОУ используют ДУ?

8. Что такое частота единичного усиления ОУ?

9. Объясните, с какой целью в ОУ используют схемы ГСТ и схема сдвига уровня.

Дата добавления: 2014-11-16