Микросхемы серии к140

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 (P_пот = 45 мВт) и К140УД1Б — на 12,6 В (Р_пот = -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 С_и 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 U_ах. 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 U_BЫХ = = f(U_вx) для четырех значений R_н (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 K_у.м = R₂/R₁ при R_Вх = R1. Неинвертирующий усилитель (рис. 1.15) имеет Kу.и = 1+ (R2/R1) и R_вх=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 K_у._и = 40 дБ и f_н= l/2пR1С1 = 16 Гц, а на рис. 1.18 усилитель имеет K_у.и = 70 дБ и f_H==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 K_у.u =-R₂lR₁. Входное сопротивление усилителя равно R_BХ=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

K_y.U = -[(R₂/R_l)+(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 уве­личивает 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 VT1 0. 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 ге­нераторы 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 вди­намическом 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 R_н = 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 С_к соответственно равны 0,1; 0,01; 0,001; 0,0001 мкФ. Для получения скорости нарастания выходного сигнала до 20 В/мкс необходимо включить конденсатор С_к 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 v_{u вых}, зависимости которых от U_п приведены на рис. 1.62 и 1.63, — находятся в обратной пропорциональной зависимости от значения корректирующей емкости. Эти параметры связаны соотношением

V_{u выx}= 1,26 Rf_ср.

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 проиллю­стрированы на следующих рисунках: рис. 1.105 — генератор гармони­ческого сигнала, где f₀=1/2 п RC (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 f_в.гр=1/2пR_фС_ф; по уровню — 3 дБ и при Сф = =2,2 мкФ имеем f_в.гр = 1 Гц. Частота мультивибратора выбирается, исходя из соотношения f_в.гр=0,2 f_M. Для широкого круга задач це­лесообразно выбирать f_M в пределах 0,7 — 1,5 кГц или f_M=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
		0,1	0,15
2		0,03	0,047
3		0.01	0,015
4

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 су­ществует 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 C_K>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 K_y.u=10 и емкостной нагруз­кой требует схемы коррекции в соответствии с рис. 1.136. Для балан­сировки ОУ можно использовать схему рис. 1.137.

Дата добавления: 2014-11-29