Радиоэлектронные устройства (справочник) (стр. 3 )

Основным недостатком программируемого ОУ К140УД12 явля­ется относительно невысокая скорость нарастания выходного сигна­ла, обусловленная применением внутренней цепи коррекции ампли-тудно-частотной характеристики и равная примерно 0,5 В/мкс. Ско­рость нарастания определяет в данном случае и граничную частоту пропускания ОУ для режима большого сигнала. Для синусоидаль­ного напряжения справедливо следующее выражение: wAmах< vu вых, где vUвых — скорость нарастания. Это соотношение опре­деляет условия неискаженной передачи синусоидального сигнала заданной амплитуды Amах и частоты w.

Параметры ОУ. Широкое применение ОУ выдвигает самые раз­нообразные требования к его характеристикам. Их параметры при­ведены в табл. 1.1, рассмотрим некоторые из них.

Коэффициент усиления Kу. и определяется отношением измене­ния выходного напряжения к изменению на входе Kу. и = АUвых/ДUвх. Величина ДUВх = U+ — U-, где U_ — напряжение на инвертирующем, a U+ — на неннвертирующем входах ОУ. В сов­ременных ОУ коэффициент Kу. u = 103 — 106.

Напряжение смещения UСм определяется как дифференциаль­ное напряжение, которое необходимо подать на вход ОУ, чтобы на его выходе установился нулевой потенциал. Напряжение Uсм для ОУ с биполярными транзисторами на входе, может лежать в преде­лах 3 — 10 мВ. Для ОУ с полевыми транзисторами на входе напря­жение смещения составляет 30 — 100 мВ. Это объясняется в основ­ном большим разбросом напряжения затвор — исток применяемых полевых транзисторов.

Входной ток Iвх определяется среднеарифметическими значе­ниями токоз на инвертирующем и неннвертирующем входах ОУ, когда входное напряжение создает на выходе нулевое напряжение. Этот ток для ОУ с биполярными транзисторами на входе лежит з пределах 0,02 — 10 мкА. Для входных каскадов с полевыми тран­зисторами входные токи равны единицам нанзампер и меньше.

Разность входных токов ДIВх=|I+ — I-| измеряется при нуле­вом выходном напряжении. Эта величина лежит в пределах 20 — 50 % Iвх. Параметр ДIвх характеризует асимметрию входного каскада.

Коэффициент ослабления синфазного входного напряжения Ксс. сф = 20 log Kу. u/Kу. сф — отношение коэффициента усиления на­пряжения к коэффициенту усиления синфазного входного напряже­ния ОУ. Значение Kос. сф лежит в пределах 60 — 100 дБ.

Частота единичного усиления f1 — частота, на которой коэффи­циент усиления ОУ равен единице. Максимальное значение f1 для ОУ может доходить до нескольких десятков мегагерц.

Скорость нарастания выходного напряжения vUвых опреде­ляется при подаче на вход максимально допустимого импульсного сигнала прямоугольном формы с минимальным фронтом или спадом. Для ОУ, поставленного в режим повторителя,.этот параметр лежит в диапазоне 0,3 — 50 В/мкс. Для некоторых типов ОУ лараметр РУВЫХ зависит от полярности входного прямоугольного сигнала.

Коэффициент влияния нестабильности источника питания Kвл. ип для ОУ характеризуется сбалансированностью всех ступеней передачи входного напряжения. Значительный вклад в эту характери­стику вносит входной каскад. При изменении положительного или отрицательного напряжения питания на вьТЧоде ОУ возникает на­пряжение. Отношение приведенного ко входу изменения выходного напряжения к вызывающему его изменению напряжения питания определяет Kвл. ип. Типовое значение Kвл. ип находится в пределах 20 — 200 мкВ/В.

1. 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 (Pпот = 45 мВт) и К140УД1Б — на 12,6 В (Рпот = -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 Си 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 Uах. 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 UBЫХ = = f(Uвx) для четырех значений Rн (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 Kу. м = R2/R1 при RВх = R1. Неинвертирующий усилитель (рис. 1.15) имеет Kу. и = 1+ (R2/R1) и Rвх=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 Kу. и = 40 дБ и fн= l/2пR1С1 = 16 Гц, а на рис. 1.18 усилитель имеет Kу. и = 70 дБ и fH==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 Kу.u =-R2lR1. Входное сопротивление усилителя равно RBХ=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

Ky. U = -[(R2/Rl)+(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).