Интегральные операционные усилители. Справочное пособие по применению - Рецензент Д. Е. Полонников Нестеренко Б. К.

Автор: Рецензент Д. Е. Полонников Нестеренко Б. К.

Теги: электротехника усилительные устройства электроника энергетика теплоэнергетика электроэнергетика энергоиздат

Год: 1982

Похожие

Основы промышленной электроники

Аналогичная электроника на операционных усилениях. Практическое руководство

Искусство схемотехники. Т 1

Задачи по электронике

Текст

ББК 32.846.2
Н 56
УДК 621.375.4(03)
Рецензент Д. Е. Полонников
Нестеренко Б. К.
Н 56 Интегральные операционные усилители: Спра-
вочное пособие по применению. — М.: Энергоиздат,
1982. — 128 с., ил.
40 к.
Приведены принципиальные схемы и основные параметры оте-
чественных интегральных операционных усилителей (ОУ), а также
значения параметров элементов частотной коррекции. Применение ОУ
иллюстрируется на примерах построения различных узлов электронной
аппаратуры. Изложена методика расчета многовходового сумматора-
вычитателя, активного фильтра, операционного преобразователя вто-
рого порядка, бесконтактного реле и др.
Для инженерно-технических работников в области промышленной
электроники и автоматики.
п 2401000000-594
051(01)-82
186-83
ББК 32.846.2
6Ф0.3
Борис Карпович Нестеренко
ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ
Справочное пособие по применению:
Редактор М. В. Гальперин
Редактор издательства А. Н. Гусяцкая
Технический редактор О. Н. Адаскина
Корректор Т. В. Воробьева
ИБ № 2235
Сдано в набор 15.04.82. Подписано в печать 18.08.82 Т-16724. Формат 84X108Vw.
Бумага типографская № 2. Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл.
печ. л. 6,72. Усл. кр.-отт. 6,93. Уч.-изд. л. 7,7. Тираж 50 000 экз. Заказ № 109.
Цена 40 к.
Энергоиздат, 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10
Владимирская типография «Союзполиграфпрома» при Государственном
комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли
600000, г. Владимир, Октябрьский проспект, д. 7
© Энергоиздат, 1982
- ПРЕДИСЛОВИЕ
Создание микроэлектронной аппаратуры требует большого раз-
нообразия микросхем со стабильными параметрами. Особенно жест-
кие требования предъявляются к аналоговым микросхемам. Для
разработки аналоговой аппаратуры целесообразно применять уни-
версальные микросхемы, на основе которых можно строить раз-
личные функциональные узлы. Эта универсальность достигается,
как правило, за счет избыточности активных элементов в их схемах.
Интегральный операционный усилитель (ОУ) является уни-
версальной микросхемой. Это усилитель постоянного тока, имею-
щий в диапазоне частот от нуля до нескольких килогерц усиление
не менее нескольких • тысяч. Операционный усилитель с обратной
связью (ОС) имеет коэффициент передачи, который определяется
только отношением значений элементов цепи ОС. При соответствую-
щем выборе внешних элементов ОУ может использоваться для
сложения, вычитания, усреднения, интегрирования, дифференциро-
вания сигналов, а также для получения различных функциональных
зависимостей. За способность выполнять различные математиче-
ские операции он и получил название «операционный усилитель».
В результате развития интегральной технологии совершенство-
вались параметры ОУ и снижалась их стоимость. Это способство-
вало широкому применению ОУ для построения различных анало-
говых и аналого-цифровых функциональных узлов. Вместо отдель-
ных элементов разработчик может пользоваться универсальной
микросхемой с гарантированными характеристиками. Замена от-
дельных элементов на ОУ дает следующие преимущества: высокую
надежность, низкую стоимость, малые габариты, упрощение проек-
тирования, пригодность для применения в сложных системах.
Широкие функциональные возможности ОУ позволяют успешно
применять их в бескорпусном исполнении в качестве активных
элементов гибридных микросборок. Создаются условия для унифи-
кации структурных решений отдельных электронных узлов.
Успешное использование метода крупноблочного проектирова-
ния на основе ОУ возможно лишь тогда, когда достаточно хорошо
изучены не только внешние цепи, подключаемые к ОУ, но и его
1*
3
внутренние характеристики. Разработчик должен уметь оценивать
преимущества и недостатки ОУ. Зная параметры данного ОУ,
можно предсказать его поведение в конкретной схеме.
Вопросам проектирования и применения ОУ посвящены ряд
книжных изданий и большое число журнальных статей.
Широко известна книга Г. Корн и Т. Корн [10], освещающая
общие вопросы использования ОУ в аналоговых вычислительных
машинах.
Методы уменьшения погрешностей при выполнении математи-
ческих операций на ОУ разработаны в трудах Д. Е. Полоннико-
ва [7].
В 1964 г. фирма Burr-Brown (США) опубликовала «Справоч-
ник по применению операционных усилителей», где ОУ рассматри-
вается как универсальная микросхема. В 1971 г. сотрудники этой
фирмы издали фундаментальный труд [1] по проектированию и
применению ОУ.
Подробно изложены вопросы применения ОУ в «Справочнике»
фирмы Fairchild Semiconductor (США). Фирма разработала широ-
ко известные ОУ с кодовым индексом рА (рА702, рА709, цА740
и др.).
Новые поколения ОУ стимулировали разработку более совер-
шенных функциональных узлов. Ряд интересных разработок отра-
жен в материалах фирмы National Semiconductor.
Много оригинальных применений ОУ опубликовано в журнале
«Электроника» (США).
В книге Ж. Марше [2] наряду с описанием известных схем за-
трагиваются новые области применения ОУ: циркулятор, ротатор
и т. д. Вопросы проектирования и применения ОУ отражены в ря-
де переводных изданий [6, 11, 38, 39].
Хорошим справочным и учебным, пособием является книга Дж.
Рутковски [48] и руководство [8] Дж. Ленка.
Вопросам применения ОУ посвящен ряд отечественных книж-
ных изданий и статей в периодической печати. Разработчику полез-
но ознакомиться с монографиями А. Г. Алексенко [3], В. Л. Ши-
ло [4], В. С. Гутникова [5], сборниками «Электронная техника в
автоматике» под ред. Ю. И. Конева, книгами [40, 41].
Распространение интегральных ОУ началось с крупносерийного
выпуска в 1964 г. фирмой Fairchild ОУ типа рА702, затем цА709,
разработанных Р. Видларом. Последняя схема считается классиче-
ской. В [4] описаны принципиальные схемы и свойства наиболее
известных зарубежных ОУ. Микросхема рА709 обладает оптимумом
технико-экономических параметров. Ее электрические характерис-
тики достаточно хороши для массового применения в самой раз-
нообразной электронной аппаратуре, а схемотехника не налагает
4
особых ограничений на технологический цикл. Это обеспечивает
высокий процент выхода годных изделий при низкой себестоимости.
В конце 60-х годов появились отечественные аналоги микро-
схем рА702 и цА709. Это соответственно ОУ типов 140УД1 и
140УД2 (старое обозначение 1УТ401 и 1УТ402). Схема 140УД2 не
копировала схему рА709. Но, обладая совокупностью параметров,
близких к параметрам ОУ типа рА709, схема 140УД2 оказалась
значительно сложнее. Для обеспечения устойчивости ее работы тре-
буется около пяти внешних элементов. Полным аналогом ОУ цА709
является ОУ типа 153УД1.
Указанные микросхемы имеют три-четыре каскада усиления и
образуют так называемое первое поколение интегральных ОУ.
Дальнейшее развитие схемотехники и технологии производст-
ва ОУ идет по пути увеличения коэффициента усиления и входно-
го сопротивления, уменьшения (исключения) внешних элементов
коррекции, снижения потребляемой мощности в режиме покоя,
уменьшения напряжения смещения и дрейфа.
Несмотря на широкое применение ОУ, их функциональные воз-
можности реализуются далеко не полностью. Частично это объ-
ясняется тем, что работы по допросам проектирования и примене-
ния ОУ, как правило, узко специализированы. Кроме того, в из-
данных справочниках содержится мало сведений о типах и пара-
метрах отечественных ОУ.
При написании этого пособия была поставлена цель — обоб-
щить и систематизировать информационный материал об отечест-
венных ОУ и изложить примеры их применения, пригодные для ин-
женерной практики. Некоторое влияние на содержание книги ока-
зал опыт автора как разработчика электронных узлов.
Автор приносит благодарность научному рецензенту, проф.
Д. Е. Полонникову и редактору, канд. техн, наук М. В. Гальпери-
ну, чьи советы и замечания способствовали систематизации мате-
риала и улучшению качества рукописи.
Ваши отзывы и предложения просьба направлять по адресу:
113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10, Энергоиздат.
Автор
Глава
первая
ОСНОВЫ СХЕМОТЕХНИКИ ОУ
Прежде чем рассмотреть полные принципиальные схемы ОУ,
кратко ознакомимся с простыми элементами входных и выходных
каскадов, а также дадим определение основным параметрам ОУ.
В схемах ОУ первого поколения использовались простые дифферен-
циальные усилители с малым коэффициентом усиления. Современ-
ные ОУ имеют сложные входные и выходные каскады. Усовершен-
ствования коснулись минимизации входных токов, обеспечения ра-
ботоспособности ОУ при больших изменениях питающего напряже-
ния, повышения амплитуды выходного напряжения, защиты ОУ от
перегрузок, упрощения коррекции частотных характеристик и т. д.
Следует отметить, что, несмотря на усложнение принципиальных
схем, современные ОУ, как правило, имеют два усилительных кас-
када. Это упрощает включение ОУ в аппаратуру, так как для час-
тотной коррекции требуется один конденсатор.
1. Источник тока
Источник тока (ИТ) позволяет устанавливать фиксированный
ток смещения дифференциального каскада. Обладая высоким дина-
мическим сопротивлением, источник тока часто используется как
динамическая нагрузка в усилительном каскаде, заменяя высоко-
омный резистор.
В схеме на рис. 1,а при идентичных транзисторах ток /2 связан
с током /1 логарифмической зависимостью [11]:
/2=(фТ/#2) ’И (Л//2),
где срт — термический потенциал, равный 26 мВ при нормальной
температуре.
При постоянном токе R путем изменения номинала резистора
Т?2 можно менять значение тока /2 в пределах двух-трех декад.
Если /?2 = 0, транзистор Т2 является зеркальным отображением для
тока /], т. е. /2 = Л. Для обеспечения малого тока /2 при Т?2 = 0 тре-
буется Ri около нескольких сотен килоом. Реализация такого зна-
чения сопротивления технологически затруднительна. Сравнительно
небольшое значение резистора R2 позволяет получить большое отно-
шение токов, так как Т?2 пропорционально логарифму отношения то-
6
Рис. 1. Схемы входных каскадов ОУ.
<i источник тока; б — дифференциальный каскад; в, г — дифференциальные
каскады с источником тока; д — входной каскад ОУ типа 140УД7.
кон. Так, при 71 = 1 мА и /2=10 мкА достаточно /?2 = 12 кОм. Допол-
ни нотным преимуществом является то, что ток /2 относительно слабо
i.ihiicht от изменений напряжений питания.
2. Входные каскады
Ociioihh'i любого ОУ является каскад дифференциального усили-
тели (/1.У), 11р1(пц|1П11чл1и<ая схема которого приведена на рис. 1,6.
Усиди гель cocioiiT и > дифференциального каскада на транзисторах
7 । и Тх с нагрузочными резисторами R*. Сигналы подаются на два
входа. Разность напряжений между двумя входами называется
дифференциальным входным напряжением. Дифференциальный
усилитель имеет два выхода. Выходной сигнал можно снимать с
каждого выхода относительно земли или между выходами. Если оба
входа имеют одинаковый потенциал относительно земли, диффе-
ренциальное выходное напряжение равно нулю. Свойство усилителя
ослаблять синфазный сигнал (сигнал, который имеется на обоих
входах), тем сильнее выражено, чем больше сопротивление резис-
тора Ri,. Однако выполнение резистора большого номинала при-
водит к значительному расходу площади подложки интегральной
микросхемы.
Кроме того, синфазные сигналы приводили бы к изменению
напряжения на эмиттерах транзисторов Л и Т2 и подавлялись бы
в меньшей степени. Более совершенной является схема с источником
тока (рис. 1, в).
7
Отметим, что введение в схему ДУ источника тока позволило,
кроме того, значительно расширить возможности линейных и не-
линейных преобразований сигналов с помощью ДУ. В [49] пока-
зано, что ряд функциональных узлов, построенных на основе ДУ,
имеет более простые схемные решения, чем при использовании
других микросхем.
Для повышения входного сопротивления включают дополни-
тельные транзисторы, присоединенные по схеме Дарлингтона (рис.
1,г). Каждый из составных транзисторов по усилению эквивален-
тен одному с эффективным коэффициентом усиления, равным про-
изведению коэффициентов усиления по току двух транзисторов.
Однако базовые токи и падения напряжения база—эмиттер в ДУ
на составных транзисторах оказываются хуже согласованными, чем
в ДУ на одиночных транзисторах. Дифференциальные усилители с
полевыми транзисторами на входе обладают очень высоким вход-
ным сопротивлением, но имеют сравнительно большие напряжение
смещения и его температурный дрейф. Вопросы улучшения пара-
метров составных ДУ и ДУ на полевых транзисторах освещены
в [40].
На рис. 1,3 изображена схема входного каскада ОУ типа
140УД7, основные элементы которой используются во многих со-
временных схемах ОУ.
Входной сигнал подается на базы эмиттерных повторителей на
Л и Ге, с эмиттеров которых сигнал поступает на эмиттеры тран-
зисторов Тг, Г7, включенных по схеме с общей базой. Ток, посту-
пающий в базы транзисторов Г2, Г7, представляет собой разность
токов двух ИТ. Ток источника h является задающим. Верхний на
схеме источник тока (транзистор Г9 и транзистор Г5, включенный
диодом) не содержит резистора в эмиттерной цепи транзистора Г9.
Поэтому суммарный коллекторный ток транзисторов Tt и Те, уп-
равляющий этим источником тока, равен току 1г. Всегда выполня-
ется соотношение h = Iz + l3. С учетом того, что /зСД имеем;
^/2, т. е. ток ИТ определяет коллекторные токи транзисторов Гь Те.
Транзисторы Г3 и Г8 являются активными коллекторными на-
грузками транзисторов Г2 и Г7 и представляют собой каскады с об-
щим эмиттером. Транзистор Tt задает уровень смещения каскадов,
а также преобразует напряжение на коллекторе транзистора Г3 в
базовое напряжение, управляющее транзистором Г8. Таким обра-
зом, на выходе—коллекторе Г8 выделяется полный дифференциаль-
ный сигнал.
Резисторы 7?1 и 7?3 включены для повышения внутреннего со-
противления динамических нагрузок. К ним подключается внешний
резистор для балансировки ОУ. Такой метод балансировки прак-
тически очень удобен.
8
3. Выходные каскады
Выходные каскады должны отдавать в нагрузку значительную
мощность, иметь большой размах выходного напряжения в обе
стороны от нуля и малый ток покоя. Желательна также защита
схемы ОУ от короткого замыкания нагрузки и перенапряжений на
входе.
В первых схемах ОУ (140УД1, 140УД5) в качестве выходного
каскада используется эмиттерный повторитель (рис. 2, а). Сигнал
Рис. 2. Схемы выход-
ных каскадов ОУ.
а— 140УД1; 6—153УД1?
в — 140УД7; г — композит-
ный транзистор.
Uc подается в базу транзистора Тъ. Для понижения потенциала
базы транзистора Т9 (сдвига уровня) используется ИТ, собранный
на транзисторе Тт и транзисторе Те, включенном диодом.
9
Выходной каскад имеет коэффициент усиления больше едини-
цы за счет действия положительной обратной связи по току, дей-
ствующей через резисторный делитель Kio—Riz и транзистор Ti,
включенный для сигнала по схеме с общей базой. Это увеличивает
входной сигнал на базе транзистора Тд.
Более экономичными являются выходные каскады классов В
и АВ. На рис. 2, б изображена схема оконечного каскада ОУ типа
153УД1.
Сдвиг уровня напряжения происходит за счет тока, про-
текающего по резистору от эмиттера транзистора Тэ. Сигнал с
эмиттерного повторителя Т% подается через цепь сдвига уровня
на транзистор Тд, включенный по схеме с общей базой, и усили-
тель напряжения (транзистор Лг, резистор и два эмиттерных
повторителя на транзисторах Тц и Тц разного типа прово-
димости).
Из-за нелинейности входных характеристик транзисторов иска-
жения выходного напряжения за счет зоны нечувствительности при
нулевом сигнале уменьшены в результате действия отрицате'льной
обратной связи и напряжения смещения, воздействующего через
резистор R13 на ток транзистора Тц. Коэффициент усиления выход-
ного каскада определяется отношением 7?|з/7?ц.
На рис. 2, в изображена более совершенная схема выходного
каскада, используемого в ОУ типа 140УД7. Сигнал Uc подается
на транзистор Tie, имеющий динамическую нагрузку в виде источ-
ника тока (на транзисторах Ti5 и Тц). С коллектора транзистора
Tie сигнал поступает на эмиттерный повторитель на транзисторе
Tie, имеющий в качестве нагрузки такой же источник тока, и эмит-
терные повторители на транзисторах Тгз, Тц. Разделение токов
обеспечивается наличием двух коллекторов у транзистора Ti5. Вы-
ходной каскад выведен в режим класса АВ с помощью цепочки на-
чального смещения (транзисторы Тп, Tig, резистор Ra).
Транзисторы Тц, Т22 являются элементами защиты схемы при
коротком замыкании нагрузки. Если ток через резистор Rg или Rio
превысит 25 мА, на этом резисторе появляется напряжение, пре-
вышающее 0,7 В. В результате откроется транзистор Тц (Т22) и ос-
новная часть базового тока транзистора Т2з (Г1-) введется в на-
грузку. При устранении короткого замыкания схема возвращается
в рабочий режим.
В некоторых случаях вместо мощного р-п-р-транзистора ис-
пользуется композитный транзистор (рис. 2, г), состоящий из
р-п-р-траизистора и обычного мощного п-р-п-транзистора. В ре-
зультате получается эквивалентный мощный р-п-р-транзистор с
большим коэффициентом усиления.
10
4. Параметры ОУ
Многие характеристики схем на ОУ с внешними обратными
связями определяются параметрами ОУ.
Термины, определения, буквенные обозначения и методы изме-
рения параметров ОУ содержатся в ГОСТ 18421-73, 19480-74,
19799-74 и справочнике [50].
Остановимся на определениях основных параметров.
Коэффициент усиления К — отношение приращения значения
выходного напряжения к вызвавшему это приращение значению
входного напряжения.
Измерение производится на переменном токе, чтобы отличить
сигнал от смещения ОУ по постоянному напряжению. Этот коэф-
фициент очень велик, поэтому необходимо тщательное экранирова-
ние, чтобы избежать помех, которые могут быть больше входного
сигнала.
Входное сопротивление RM— величина, равная отношению при-
ращения входного напряжения к приращению активной составляю-
щей входного тока при заданном значении частоты сигнала.
Это сопротивление часто называют входньим сопротивлением
для дифференциального сигнала, чтобы отличить его от входного
сопротивления для синфазного сигнала Rc& Последнее на два по-
рядка и более превышает значение RM.
Замеряют 7?вх со стороны одного из входов при заземленном
другом.
Синфазными входными напряжениями (7Сф называются напря-
жения между каждым из входов ОУ и землей, амплитуды и фазы
которых совпадают. В частном случае, при закорачивании входов
ОУ дифференциальное входное напряжение £/Дф равно нулю, а син-
фазное входное напряжение равно напряжению между входами ОУ
и землей.
Выходное сопротивление R вых — величина, равная отношению
приращения выходного напряжения к вызывающей его активной
составляющей выходного тока при заданном значении частоты
сигнала.
Частота единичного усиления ft — частота, на которой коэффи-
циент усиления равен единице.
Из-за ограниченной скорости нарастания выходного напряже-
ния на частоте Д возможна передача сигнала только малой амп-
литуды.
Для уменьшения влияния шумов значение К определяют в
схеме с ОС. При коэффициенте передачи, значительно большем еди-
ницы, цепь ОС практически не оказывает влияния на определение
частоты ft.
11
Таблица 1. Электрические параметры операционных усилителей
Параметр Тип ОУ
Условное обозна- чение Наименование Допуск 140УД1Б 140УД6А 140УД7 140УД10 140УД14 153УД2 153УД4 153УД5 544УД1А
ип Напряжение ±10% ±12,6 ±15 ±15 ±15 ±15 ±15 ±6 ±15 ±15
I пот питания, В Ток потреб- 4,2 2,8 2,8 10 0,6 3 0,8 3,5 3,5
Дн ления, мА Сопротивле- ние нагрузки, 5 2 2 2 1 2 5 2 2
^вых кОм Диапазон вы- +8- + 12— ±11,5 ±12 ±10 ±11 ±4 ±10 ±10
ходных напря- —6,3 —10
к жений, В Коэффици- ент усиления, 2 70 50 50 50 50 5 125 50
^вх В/мВ Входное со- противление, 0,004 2 0,4 0,4 30 0,3 0,2 1 103
^вых МОм Выходное со- противление, с 700 150 150 — — 300 1000 150 200
t/дф Ом Дифферен- циальное вход- ное напряже- ±1,5 ±30 ±20 ±4 ±13,5 ±30 ±2 ±5 ±10
^сф ние, В Синфазное ±3 ±15 ±15 ±6 ±6 ±12 ±5 ±13,5 ±10
входное напря-
^см жение, В Напряжение смещения, мВ ±7 ±5 ±4 ±4 ±2 ±5 ±5 ±2,5 ±30
7 вх Входной ток, нА 8000 30 200 500 2 500 400 100 0,15
А! вх Разность входных токов, нА ±1500 ±10 ±50 ±50 ±0,2 ±200 ±150 ±20 ±0,05
At/CM/AT Температур- ный дрейф на- пряжения сме- щения, мкВ/°С 20 20 6 50 15 30 50 5 30
ДА/вх/ /дт Температур- ный дрейф раз- ности входных токов, нА/°С 30 ОД 0,4 0,003 2 3 0,5
fi Частота еди- ничного усиле- ния, МГц Скорость на- растания вы- ходного напря- жения, В/мкс 8 1 0,8 15 0,5 1 0,7 0,8 1
^вых 0,5 2,5 10 30 0,25 0,5 0,1 2
Т^ос.сф Коэффици- ент ослабления синфазного си- гнала 60 80 70 80 85 70 70 94 70
Число внеш- них элементов частотной кор- 4 Нет Нет 6 2 1 3 5 Нет
— рекции Зарубежный аналог цА702 MCI 456 рА741 LM118 LM108 LM101 WCC188 |1А725 цА740
Скорость нарастания выходного напряжения VyBbIX —наи-
большая скорость изменения выходного напряжения ОУ при воз-
действии входного импульса прямоугольной формы амплитудой бо-
лее 0,1 В.
Коэффициент ослабления синфазных входных напряжений
Кос, сф — коэффициент, равный отношению приращений синфазных
входных напряжений к входному напряжению, вызывающему та-
кое же приращение выходного напряжения.
Другими словами, это отношение коэффициентов усиления по
напряжению для дифференциального и синфазного сигналов. Вы-
ражается это отношение в логарифмической мере — децибелах.
Напряжение смещения U см постоянное входное на.пря^кение)
при котором выходное напряжение равно нулю.
Входной ток /Вх — среднее арифметическое значение входных
токов при выходном напряжении, равном нулю.
Разность входных токов А1в-х.— разность значений токов, про-
текающих через входы ОУ при выходном напряжении, равном
нулю.
Влияние температуры на параметры ОУ выражается в измене-
ниях напряжения смещения А^см/АГ, входного тока Д/Вх/А7\ раз-
ности входных токов ДА/вх/ЛГ и коэффициента усиления Л.К/АТ.
В табл. 1 приведены электрические параметры некоторых оте-
чественных ОУ [41, 42].
5. Принципиальные схемы ОУ
140УД1. Схема интегрального ОУ типа 140УД1 приведена на
рис. 3. Она состоит из трех усилительных каскадов: двух диффе-
ренциальных каскадов на транзисторах Т\—Т6 и выходного каскада
на транзисторе Тв со схемой сдвига уровня.
Согласованная по характеристикам транзисторная пара 7\—Т2
образует дифференциальный каскад, в эмиттерную цепь которого
включен источник тока на транзисторе 7з- Транзистор Тб, включен-
ный диодом, обеспечивает стабильность эмиттерного тока транзис-
торов Ti—Т2 при изменении температуры. Ток источника тока оп-
ределяется резистором Рз- Каскад обеспечивает большое усиление
дифференциального сигнала. Нагрузкой для синфазного сигнала яв-
ляется большое внутреннее сопротивление источника тока на Гз
(примерно сотни килоом), что и определяет ослабление синфазного
сигнала во входном каскаде.
Второй каскад (Т4, Т5) также собран по дифференциальной
схеме с той разницей, что в коллекторной цепи транзистора 7\ от-
сутствует нагрузка. При этом осуществляется переход от незазем-
ленного выхода первого каскада к заземленному выходу второго.
14
Сигнал с коллектора транзистора Ts поступает на эмиттерный по-
вторитель Т&.
Часть выходного напряжения с делителя Rio, Ra подается в
эмиттер транзистора Тч, включенного для сигнала по схеме с об-
щей базой.
На базу транзистора Т9 поступает в фазе часть выходного на-
пряжения, т. е. образуется положительная обратная связь, повы-
шающая общий коэффициент усиления.
Рис. 3. Принципиальная электрическая схема ОУ типа 140УД1.
Если синфазный сигнал проникает на выход схемы, то по цепи
ОС он подается в базу транзистора Т3, смещая его так, чтобы ос-
лабить действие синфазного напряжения.
Выводы 2, 3 и 12 предназначены для частотной коррекции мик-
росхемы (см. приложение).
140УД2. Первый дифференциальный каскад (рис. 4) состоит из
транзисторов 7\—Tt, включенных по схеме Дарлингтона, и источ-
ника тока на транзисторе Т5, За счет малых входных токов обес-
печивается высокое входное сопротивление. Эмиттерный ток тран-
зисторов Тг, Т3 определяется резистором R3.
Транзистор Тв, включенный диодом, служит для частичной тер-
мокомпенсации дрейфа напряжения база — эмиттер транзисторов
Т2, Тз', Rs, Re — коллекторные нагрузки транзисторов Т2, Т3. Тран-
зистор Тч включен для подавления синфазного напряжения.
Второй дифференциальный каскад собран по аналогичной схеме.
Третий каскад (Ти—Т18) обеспечивает переход от симметрич-
ного входа к заземленному выходу, снижает уровень постоянного
напряжения и управляет выходным каскадом. Диоды Д{, Д2 пре-
дохраняют эмиттерные переходы транзисторов Та, Лэ от пере-
15
грузки. Сигнал с коллектора транзистора Т17 поступает на тран-
зистор Тis, включенный по схеме с общим эмиттером.
С коллектора транзистора Ti8 осуществляется управление од-
ним плечом выходного каскада (Г22, Т23). Транзистор 7\9 совмест-
но с транзистором Тц, является повторителем тока, который ин-
Частотнося коррекция
Частотная коррекция
Рис. 4. Принципиальная электрическая схема ОУ типа 140УД2.
вертирует фазу и управляет вторым плечом двухтактного выходно-
го каскада (Г20, T2i). Применение составных пар транзисторов
значительно уменьшает выходное сопротивление ОУ.
140УД5. Схема (рис. 5) представляет собой модернизацию
микросхемы 140УД1. Во входном каскаде добавлены эмиттерные
повторители. Второй дифференциальный каскад питается от отдель-
ного источника тока. Наличие дополнительных выводов расширяет
применение схемы. Микросхему можно использовать как широко-
полосный ОУ, имеющий параметры, близкие параметрам схемы
140УД1. Сигнал подается на вход 9,10; вход 8,11 остается свобод-
ным. Когда необходимо обеспечить входное сопротивление около
100 кОм, используются дополнительные эмиттерные повторители и
сигнал подается на вход 8, 11.
140УД6. Входной каскад схемы на рис. 6 содержит эмиттер-
ные повторители на транзисторах Л и Гц с очень большим коэф-
фициентом усиления по току (около 5000). Это так называемые
16
супер-бета-транзисторы. Их получают путем дополнительной э-мит-
терной диффузии, но при этом уменьшается напряжение пробоя
этих транзисторов. Транзисторы Tit Т9 обеспечивают низкое на-
пряжение коллектор — эмиттер входных транзисторов. Транзисто-
ры' 7'2, Т12 с резисторами Ri, Re представляют собой динамическую
нагрузку входного каскада. Источник тока на транзисторе 77 зада-
ет ток входного каскада. Для зашиты от перегрузок при больших
дифференциальных напряжениях к коллекторам Т\, Тц подключе-
Рис. 5. Принципиальная электрическая схема ОУ типа 140УД5.
ны транзисторы, включенные диодами с высоким пробивным напря-
жением. Сигнал с первого дифференциального каскада подается на
эмиттерный повторитель на транзисторе Tie. Режим ОУ по посто-
янному току определяется стабилизатором на транзисторах Та, Тц.
Второй усилительный каскад собран на транзисторе Т20 с ди-
намической нагрузкой — источником тока на транзисторе 71т.
Оконечным каскадом является двухтактный эмиттерный по-
вторитель на транзисторах Т25 и T2i, Т21. Начальное смещение ра-
бочей точки каскада определяется падением напряжения на тран-
зисторах Tie, 719, 7г2, а его температурная стабилизация — транзис-
торами T2t, Т23, Т26.
Операционный усилитель типа 140УД6 отличается малым зна-
чением и температурной стабильностью входного тока.
140УД7. Операционный усилитель (рис. 7) относится к усили-
телям общего применения. Он имеет входной каскад, построенный
по схеме ОК—ОБ на транзисторах 71, 72, 7в, Тт.
Напряжение, снимаемое с выхода первого каскада (с коллекто-
2—109
17
Рис. 6. Принципиальная электрическая схема ОУ типа 140УД6.
Рис. 7. Принципиальная электрическая схема ОУ типа 140УД7.
ра транзистора T7)f подается на эмиттерный повторитель на тран-
зисторе Тц и далее усиливается вторым каскадом (транзистор Лв)
с динамической нагрузкой (источник тока на ТЪ). Транзистор Tie
имеет два коллектора, что обеспечивает раздельное питание тран-
зисторов Ti6 и Ti&.
Выходной каскад построен на транзисторах Т23 и T2i. Началь-
ное смещение рабочей точки образуется за счет тока, протекающе-
го через транзисторы Tn, 7\9 и резистор 2?в- Транзисторы Т21, Т22
защищают выходной каскад от перегрузки по току.
140УД10. Этот ОУ имеет скорость нарастания выходного на-
пряжения около 50 В/мкс и частоту единичного усиления не менее
15 МГц. Такие высокие динамические параметры достигнуты путем
введения в схему на рис. 8 высокочастотного канала.
Схема содержит три каскада усиления. Первый дифференциаль-
ный каскад построен на составных транзисторах Т&, Тю, Tie, Т2о.
Питается входной каскад от источника тока на Лз через специаль-
ную схему распределения (транзисторы Т12, Т17, резисторы Rs—Rio).
Транзисторы Тц, Тц и Ti, Т2, Ti защищают входной каскад от пе-
ренапряжений по синфазному и дифференциальному сигналам. Ак-
тивной нагрузкой входного каскада служат транзисторы Та, Т1а.
Второй каскад усиления также построен по дифференциальной
схеме на транзисторах T2i, T2i с активными нагрузками (транзис-
торы Т22, Т23).
Третий каскад усиления построен на транзисторах Т27, T3i, и
Тзо, Т31. Нагрузкой каскада служит источник тока на Т2д. Выход-
ной повторитель содержит двухэмиттерный транзистор T3S и тран-
зистор Т3<). Защита от токовых перегрузок осуществляется транзис-
торами Т32, Тзз и Т3$.
Высокочастотная составляющая сигнала через конденсатор Сз
обходит второй каскад усиления, построенный на низкочастотных
транзисторах. Причем, конденсатор Ct по высокой частоте шунти-
рует одно плечо входного дифференциального каскада, а конден-
сатор Сз передает часть сигнала по высокой частоте с выхода пер-
вого каскада на вход оконечного эмиттерного повторителя.
140УД12. Микросхему можно использовать как микромощный
усилитель в диапазоне питающих напряжений от ±1,2 до ±18 В.
Схема на рис. 9 содержит два каскада усиления.
Первый дифференциальный каскад построен аналогично вход-
ному каскаду ОУ типа 140УД7.
Второй каскад усиления построен на транзисторе Т\5, нагруз-
кой которого служит источник тока на Tie. Ток транзистора Tie
определяется источником тока на Тц, режим которого задается
извне. Если, папример, контакт 8 ОУ через резистор сопротивле-
нием 100 кОм соединить с землей, то получим ток смещения около
2*
19
Рис. 8. Принципиальная электрическая схема ОУ типа 140УД10
Рис. 9. Принципиальная электрическая схема ОУ типа 140УД12
1,5 мкА. При этом ОУ работает в микромощном режиме: ток по-
требления около 30 мкА, ток нагрузки составляет 2 мА. Если этот
же резистор соединить с минусом источника питания, то при Сгп =
= ±15 В получим ток смещения около 15 мкА. Этот режим харак-
терен для ОУ общего применения: ток потребления 170 мкА, ток
нагрузки 10 мА.
Выходной эмиттерный повторитель собран на транзисторах
Тгз, Т24 с цепями смещения и защиты.
153УД1. Первый дифференциальный каскад (рис. 10) собран
на транзисторах Ti, Т2 и источнике тока (Гц, Гю). Благодаря ре-
жиму малых токов достигаются высокое входное сопротивление и
малый дрейф нуля.
В режиме малых токов снижается коэффициент усиления вход-
ного каскада, поэтому основное усиление обеспечивается вторым
дифференциальным каскадом на составных транзисторах Гз, Г5 и
Г4> Гб. Транзистор Гю, включенный диодом, стабилизирует режим
транзисторов Г3, Г4, при изменении температуры, относительно ре-
жима транзисторов Г5, Г6.
К выходам второго каскада присоединены два эмиттерных по-
вторителя на транзисторах Г? и Ге. С помощью транзистора Г7 на
первый каскад подается пониженное напряжение питания, а с по-
мощью транзистора Ге обеспечивается передача сигнала на выход-
ной каскад.
Выходной каскад содержит транзистор Г9, работающий в ре-
жиме усилителя с общей базой, транзистор Г12, работающий в схе-
ме с общим эмиттером, и выходной эмиттерный повторитель на
транзисторах ri3, Ги разных типов проводимости.
153УД2. Входной дифференциальный каскад (рис. II) собран
на транзисторах Гз, Ге, Г9, Гю с динамическими нагрузками (тран-
зисторы Тт, Гц). С этих нагрузок через транзистор Г8 сигнал по-
дается на эмиттерный повторитель Т13.
Базовые токи во входной каскад и транзистор Tie поступают
от источника тока на Тц Управляет источником тока стабилизатор,
собранный на транзисторах Г2—Г4 и резисторах Rt—Re.
Сигнал с эмиттерного повторителя на Т13 подается на усили-
тельный каскад, включенный по схеме с общим эмиттером. Нагруз-
кой транзистора Тц служат эмиттерный повторитель на транзисто-
ре Г15 и источник тока на транзисторе Г1в, а также входное со-
противление выходного каскада, состоящего из эмиттерного повто-
рителя на транзисторе Г29 и эмиттерного повторителя на транзис-
торах Г18 И Г21.
Транзисторы Ге, Гю, Т1в имеют по два коллектора, один из ко-
торых замкнут на базу. Это позволяет модулировать ширину базы
вблизи второго коллектора и эффективно стабилизировать ток кол-
21
Частотная коррекрая^^
Рис. 10. Принципиальная электрическая схема ОУ типа 153УД1.
Рис. 11. Принципиальная электрическая схема ОУ типа 153УД2.
лектора транзистора при изменении питающего напряжения. Схема
устойчиво работает при изменении питающего напряжения от ±3
до ±17 В.
153УД4. Этот усилитель (рис. 12) относится к микромощным
ОУ. Первый дифференциальный каскад (7\, Т5) с активной нагруз-
кой (Т2, Tt) питается от источника тока на транзисторе Т3.
Рис. 12. Принципиальная электрическая схема ОУ типа 153УД4.
Второй каскад усиления собран на транзисторе Тц с активной
нагрузкой (ТЪ). Затем следует эмиттерный повторитель Тц с ак-
тивной нагрузкой (Тц). Режим по постоянному току обеспечивается
стабилизатором, собранным на транзисторах Те—Ti0-
Выходной каскад собран на транзисторах Tig и Тп, Т20. Резис-
торы Rio, Rn защищают ОУ от короткого замыкания нагрузки.
153УД5. Входной дифференциальный каскад (рис. 13) построен
на транзисторах Ti и Т3 с нагрузками Rlt R2 и Ri, R3. Питается
каскад от источника тока на транзисторе Т2.
Второй усилительный каскад построен по схеме ОК—ОЭ на
транзисторах Tj, Та и Тц, Ti5 с активными нагрузками (Тю, Тп).
Питается каскад от источника тока на транзисторе Тц.
Третий усилительный каскад содержит транзистор Т20 с актив-
ной нагрузкой (Tie). Выходной эмиттерный повторитель построен
на мощных транзисторах Т25, Т26. Смещение рабочей точки этих
транзисторов обеспечивают транзисторы Ti8, Тц.
23
К284УД1. В этом гибридном усилителе для уменьшения вход-
ного тока используется согласованная пара полевых транзисторов.
Схема (рис. 14) содержит три каскада усиления и комплементар-
ный эмиттерный повторитель.
Первый дифференциальный каскад собран на подобранной па- -
ре «-канальных транзисторов Т Tg.# резисторах Ri, R2 и источ-
нике тока на транзисторах Ti, Тг.
Рис. 13. Принципиальная электрическая схема ОУ типа 153УД5.
Второй каскад, также дифференциальный, собран на биполяр-
ных транзисторах.
Между коллекторами Л и Тг (У1) включена динамическая на-
грузка — источник тока на транзисторе Т4. Транзистор Т5 в диод-
ном включении служит для термостабилизации динамической на-
грузки.
Третий каскад (Те, Т9) нагружен на выходные транзисторы
Тю, Тц. Режим каскада определяется резисторами /?ю, Ra, R13.
Транзисторы Т7, Те в диодном включении и резисторы Rn—Rn
обеспечивают начальное смещение эмиттерного повторителя на тран-
зисторах Тю, Тц.
Особенностью схемы является наличие внешних выводов исто-
ков полевых транзисторов и источника тока (выводы, 2, 4, 14),
Это позволяет комбинировать различные типы обратной связи.
В остальных случаях указанные выводы закорачиваются между
собой.
544УД1. Улучшение технологии изготовления ОУ позволило в
24
10
Частотная _ -
коррещая YJ
Рис. 14. Принципиальная электрическая схема ОУ типа К284УД1.
Рис. 15. Принципиальная электрическая схема ОУ типа 544УД1.
одном технологическом цикле получать биполярные и полевые тран-
зисторы.
Входной дифференциальный каскад (рис. 15) собран по схеме
истокового повторителя (Ti, Т5). Транзисторы Тг, Т\ с резисторами
Ri, R3 представляют собой динамическую нагрузку для входного
Рис. 16. Принципиальная электрическая схема компа-
ратора типа 521СА2.
каскада. Питается входной каскад от источника тока на транзисто-
ре Те.
Второй каскад состоит из эмиттерного повторителя на транзис-
торе Т8 и усилительного каскада, собранного на транзисторе Т9 с
динамической нагрузкой (источник тока на транзисторе Тю).
Выходной каскад построен на транзисторах Ти, Tie. Началь-
ное смещение рабочей точки образуется за счет тока источника
(Т14), протекающего через транзисторы Тц, Т13 и резистор /?9.
Транзисторы Tl5, Tie защищают выходной каскад от токовой пере-
грузки.
Недостатком ОУ с полевыми транзисторами является большое
значение температурного дрейфа входного тока и напряжения сме-
щения.
521СА2. На рис. 16 представлена схема компаратора — специа-
лизированного ОУ, имеющего дифференциальный аналоговый вход
26
и цифровой выход. Выходное напряжение компаратора может на-
ходиться только на стандартных логических уровнях: 1 или 0. На
выходе будет логический 0, если разность входных сигналов мень-
ше напряжения срабатывания, или I, если разность входных сиг-
налов превышает напряжение срабатывания компаратора (около
5 мВ). Логический 0 на выходе устанавливается также, если подать
2o-----
Строб 1
Ri
R5
1o
5
Bxodl
+ o—
S
T5
TB
Rs
Аг
711 Т12
As
t3
-И
r7
Tio
Rs
Rio
Tl5
R12
~ Un
Выход „
----о 11
3 9
----о—
Вход 2
----0+
8
Тп
------о ю
Строб 2
—0 12
+ип

Рис. 17. Принципиальная электрическая схема компаратора типа
521СА1.
отрицательное опорное напряжение на вход « + » или положитель-
ное опорное напряжение на вход «—».
Схема содержит два дифференциальных усилительных каскада,
эмиттерный повторитель и цепи сдвига уровня и ограничения вы-
ходного напряжения.
Первый дифференциальный каскад собран на транзисторах Л
и эмиттеры которых питаются от источника тока на транзисто-
ре Т5. Второй дифференциальный каскад (транзисторы Т3> Т6) соб-
ран по балансной схеме, стабилизирующей коллекторное напряже-
ние транзисторов при изменении положительного напряжения пи-
тания. Наличие эмиттерного повторителя на транзисторе Ts увели-
чивает нагрузочную способность компаратора. Стабилитрон Дг,
включенный в эмиттерную цепь повторителя, сдвигает уровень вы-
ходного сигнала, чтобы обеспечить совместимость выхода компара-
тора с цифровыми схемами ТТЛ-типа. Транзистор Т1 в диодном
включении ограничивает выходное напряжение компаратора на
уровне + 4 В.
27
521СА1. В схеме двойного компаратора (рис. 17) выходы двух
отдельных компараторов совмещаются на эмиттерных повторите-
лях (Тз, Тц), образуя логический элемент ИЛИ. Используется один
стабилитрон сдвига уровня Дз. Каждая половина схемы практи-
чески идентична схеме 521СА2. Различие заключается в построении
цепей ограничения уровня насыщения выходного каскада и нали-
чии входов стробирования, обеспечивающих защиту компаратора от
срабатывания в те моменты, когда полезные сигналы отсутствуют.
Если, например, на вход «Строб 1» подать нулевой потенциал, то
стабилитрон Дг фиксирует потенциал базы транзистора Т8 на уров-
не примерно 6,2 В, поэтому транзистор Т8 закрыт при любых уров-
нях входных сигналов, и выходной сигнал компаратора равен ну-
лю. Компаратор готов к работе, если на входы строба подано по-
ложительное напряжение 3—6 В. В схемах, в которых одна поло-
вина компаратора не используется, вывод строба следует зазем-
лить, чтобы избежать ложных срабатываний от помех.
6. Частотная коррекция
На высоких частотах коэффициент усиления реальных ОУ
уменьшается. Причина этого — шунтирующее влияние паразитных
емкостей в схеме. На низкой частоте коэффициент усиления не из-
меняется и разность фаз между выходным и входным напряжения-
ми составляет 180°. На высоких частотах фаза выходного напря-
жения запаздывает относительно фазы входного напряжения и ста-
новится более 180°. Образуется фазовый сдвиг.
Рис. 18. ДС-цепь (а) и ее логарифмическая амплитудно-частот*
ная (б) и фазовая (в) характеристики.
Любую схему ОУ на высоких частотах можно представить как
эквивалентный генератор, нагруженный на несколько апериодичес-
ких У?С-цепей. Обычно число таких цепей соответствует числу уси-
лительных каскадов ОУ.
28
Коэффициент передачи одной RC-цепи (рис. 18, а) определяет-
ся выражением
Ки = (/вых/(/вх = 1//(оС/(1//(оС + R) = 1/(1 + /(от), (1)
где т=/?С—постоянная времени, определяющая частоту среза
сос = 1 /т — 1 IRC — 2л/с. (2)
На частоте (ос происходит излом амплитудно-частотной харак-
теристики.
Амплитудная и фазовая частотные характеристики RC-цепи
описываются уравнениями [4] при /С^>Л:
Ки = —=^2= = —~ fc/1't О)
V 1 + ((О/(ОС)? У 1 + (///с)«
(р = arctg (— ®/®с) = arctg (— flfc). (4)
Амплитудная характеристика строится в двойном логарифми-
ческом масштабе и аппроксимируется асимптотами (прямыми),
предложенными Боде (рис. 18,6). Логарифмический масштаб
упрощает математические операции, так как перемножение заменя-
ется сложением, а деление—вычитанием.
Коэффициент передачи (усиления) выражается в логарифми-
ческой мере — децибелах (дБ). По определению для напряжения
УдБ = 20 lg Ku. Десятикратное уменьшение Ли составляет —20 дБ,
стократное уменьшение составляет —40 дБ. Аналогично коэффи-
циенту усиления Ки = Ю000 соответствует КдБ = 80 дБ, для Ки =
— 1000 К дБ =60 дБ.
Из (3) следует, что при увеличении частоты со по отношению к
(Ос в 10 раз (на декаду) получим уменьшение Ки также в 10 раз
или падение коэффициента передачи К дБ на —20 дБ. Следователь-
но, спад характеристики выше частоты среза (ос равномерен и со-
составляет —20 дБ/дек.
Фазовая характеристика описывается тангенсоидой и строится
в одинарном логарифмическом масштабе. На частоте (ое фазовый
сдвиг равен —45 °, и при дальнейшем увеличении частоты он асимп-
тотически приближается к •—90 °.
В первом приближении фазовую характеристику можно ап-
проксимировать ломаной линией, имеющей скачок —90° на частоте
(«с (рис. 18, в). Однако такая аппроксимация не позволит опре-
делить запас по фазе при расчете усилителя на устойчивость. Для
приближения ломаной фазовой характеристики к реальной следует
отметить точками середины вертикальных отрезков. Из первой,
верхней, точки надо провести прямую с наклоном 45 °/дек до пере-
29
сечения с осью абсцисс, а из последней, нижней, (см. рис. 19,6)
провести прямую до пересечения с последней асимптотической пря-
мой с тем же наклоном. Остальные точки следует соединить между
собой.
На рис. 19, а изображена аппроксимированная амплитудно-час-
тотная характеристика трехкаскадного ОУ. Скорость спада после-
довательно увеличивается после каждой частоты среза на 20 дБ/дек,
а сдвиг фаз — скачком на —90°. Пунктиром показана реальная фа-
зовая характеристика (рис. 19,6).
Оценим устойчивость ОУ при разных коэффициентах передачи
(кривые 1—3, рис. 19, в). Граница устойчивости определяется по
К,АБ
so
20 дв/де к
Ч0дЬ!дек
<^с1 4:2
Коэффициент
передачи. Ки. ]
60
Усиление
петли.
___ „
Граница
устойчивости
БОдЬ/дЫ
Рис. 19. Аппроксимирован-
ные амплитудно-частотная
(а), фазо-частотная (б) ха-
рактеристики трехкаскадно-
го ОУ и амплитудно-частот-
ная характеристика при раз-
личных запасах устойчиво-
сти (в).
40
20
ч>
-90
180
—270
а-)
Реальная
фазовая
характерце
тика*

*)
фазовому сдвигу <р=—180° и проходит на уровне Л’дБ^бб дБ.
В точке А (рис. 19, а) схема ОУ с ОС будет неустойчива, и ее нель-
зя использовать без частотной коррекции. Если К дБ = 70 дБ, то го-
ризонтальная прямая пересечет амплитудно-частотную характерис-
тику в точке Б, сдвиг фаз будет менее —90°, схема ОУ с ОС бу-
дет устойчива. При снижении коэффициента передачи (от точки Б
к точке А) будет увеличиваться фазовый сдвиг, на частотной
характеристике в месте излома будет увеличиваться выброс
(рис. 19, в, кривая 3), а затем в схеме возникнет паразитная ге-
нерация.
Для устойчивой работы ОУ наклон между прямой, соответст-
вующей данному коэффициенту передачи, и амплитудно-частотной
характеристикой ОУ без ОС не должен существенно превышать
Рис. 20. Семейство амплитуд-
но-частотных характеристик
при различных значениях эле-
ментов частотной коррекции.
20 дБ/дек. Для выполнения этого условия ряду ОУ требуются
внешние элементы частотной коррекции (конденсаторы и резисто-
ры). Такие ОУ (например, типа 140УД1, 153УД1) называют нескор-
ректированными ОУ.
Частотная коррекция сводится к «срезанию» полосы усиления.
На рис. 20 изображено семейство амплитудно-частотных характе-
ристик при различных значениях элементов коррекции. Если наклон
амплитудно-частотной характеристики сделать равным 20 дБ/дек
вблизи частоты fi, то этот наклон сохранится в любой точке кривой
3 и ОУ будет устойчив. Однако такая коррекция значительно
уменьшит полосу пропускания при больших коэффициентах уси-
ления.
Для расширения полосы пропускания при Хи=Ю (20 дБ) сле-
дует использовать элементы коррекции, соответствующие кривой 2,
для Аи = 100 (40 дБ)—элементы
кривой 1. Для промежуточных
значений Ки и необходимости
иметь максимальную полосу про-
пускания можно найти промежу-
точные значения элементов кор-
рекции методом интерполяции.
В приложении для ряда ОУ
рекомендован набор корректирую-
щих /?С-цепей при Ли = ±1, ±10
и ±100. Элементы коррекции под-
ключаются к специальным выво-
дам ОУ.
Иногда в относительно широ-
кой полосе пропускания нет необ-
ходимости. В таких случаях це-
лесообразно применять ОУ с внут-
ренней коррекцией (например, ОУ типов 140УД6, 140УД7, 544УД1).
Внутри схем этих ОУ имеется емкость, шунтирующая цепь сигнала
на высокой частоте, обеспечивающая постоянную скорость спада
20 дБ/дек.
Скорректированные ОУ имеют произведение коэффициента пе-
редачи на полосу пропускания около 1 МГц. Это означает, что при
Ли=Ю0 полоса пропускания составляет 10 кГц, при Ли=10 —
100 кГц.
При высоких требованиях к полосе пропускания выбор коррек-
тирующих цепей следует проводить для конкретного случая исполь-
зования ОУ. Методика подбора корректирующих цепей по резуль-
татам экспериментального исследования ОУ изложена в [11].
31
30
Глава
вторая
ЛИНЕЙНЫЕ ЧАСТОТНО-НЕЗАВИСИМЫЕ СХЕМЫ
7. Идеальный ОУ
Перед тем как познакомиться со схемами применения, рассмот-
рим идеальный ОУ. Идеализация позволит легко вывести основные
уравнения для коэффициента передачи дм, учесть влияние основ-
ных параметров реального ОУ, а также поможет описать принцип
работы различных схем.
Операционный усилитель, как правило, имеет дифференциаль-
ный вход и одиночный выход. Усиливается разность напряжений,
Рис. 21. Идеальный ОУ.
приложенных к обоим входам. Ес-
ли увеличение входного напряже-
ния относительно общей точки вы-
зывает уменьшение выходного на-
пряжения, то считают этот вход
инверсным (инвертирующим). Ес-
ли этот же сигнал вызывает увели-
чение выходного напряжения, —
вход неинверсный (неинвертирую-
щий). Соответственно на схемах
эти входы обозначают знаками
«—» и « + ». Далее инверсный вход будем называть «вход (—)», а
неинверсный — «вход ( + )».
Для идеального ОУ справедливы следующие допущения:
бесконечно большой коэффициент усиления (Д->оо);
бесконечно большое входное сопротивление (7?Вг->оо);
нулевое выходное сопротивление (/?Выг->0);
бесконечная ширина полосы пропускания;
нулевое выходное напряжение при нулевом входном сигнале.
Из приведенных допущений вытекают два основных свойства ОУ:
входные токи пренебрежимо малы; дифференциальное входное на-
пряжение равно нулю. Используя эти свойства идеального ОУ, мож-
но проводить в первом приближении анализ большинства конкрет-
ных схем включения ОУ.
Рассмотрим рис. 21, где изображен идеальный ОУ, на вход
(—) которого подается сигнал С/Вх», а на вход ( + ) — С7вхг; £вх—
дифференциальное напряжение между входами.
По закону Кирхгофа имеем следующую систему уравнений:
^BXl Rf "Ь евх “ ^ВХ2— О»
i^BXl — /2 £Дых=0*
(5)
С учетом того, что ZBX=0 и ем=0, найдем:
^вых —— ^2 ^вх1/R1 (^2/R1 “Ь 0 ^вх2* (6)
Это выражение часто называют основным уравнением идеаль-
ного ОУ.
Вывод коэффициента передачи ОУ с учетом основных парамет-
ров — громоздкая задача. В литературе имеются эти выводы, вы-
полненные различными методами. В дальнейшем будут использо-
ваны некоторые результаты этих выводов.
8. Инвертирующий масштабный усилитель
Коэффициент передачи такого усилителя (рис. 22, а) опреде-
ляется из (6) при (Увхг^О:
Ka=-fl2//?f. (7)
Выходное напряжение имеет полярность, обратную входному
напряжению.
Рис. 22. Инвертирующий (а), неинвертирующий (б) усилители
и повторитель (в).
При замкнутой ОС входное сопротивление со стороны источни-
ка сигнала
<8>
Выходное сопротивление
<ых = ^Ых/[1+(^и)1- <9)
выл выл/ <- \ II/J
Отношение К/Ки называют петлевым усилением. От значения
этого отношения зависят характеристики и устойчивость замкнуто-
го усилителя.
Выходное напряжение реального инвертирующего ОУ будет
отличаться от значения, определяемого формулой (7).
Влияние входного сопротивления и коэффициента усиления ОУ
на входное напряжение определяется соотношением [5]:
Я,
^вых= ^вх п
Ai
х----------------------!----------------------. (Ю)
1 + [1 + RJRt + RJRbx + ^в(1 + Я2/Я1)/Явх]/К
32
3-109
33
Из формулы видно, что выходное напряжение меньше идеаль-
ного значения U^Rz/Ri. Значение погрешности возрастает при
уменьшении К и
Для уменьшения смещения нуля от входного тока обычно вы-
бирают = С учетом последнего равенства выражение (10)
упрощается:
_ R?______________________1______________
t/Bbix=-t/Ex 1 + (1+/?з//?1 + 2/?з//?вх)/к • (И)
Если неидеальность ОУ определяется только напряжением сме-
щения /7см, ВХОДНЫМ ТОКОМ /вх И разностью ВХОДНЫХ ТОКОВ А/вх.
то выходное напряжение
^вых = UbxRz/Ri— t/см О ^г/^i)
— /fix [^2 ^3 (R1 ~b R2)/R1] i А/вх /?2- (12)
Если Кз=RiI!/?г, то па выходное напряжение оказывают влия-
ние напряжение смещения и разность входных токов. Тогда
^ВЫХ = Увх — t/CM (1 zb А/вх /?2. (13)
Дополнительная погрешность, вызванная изменением темпера-
туры, определяется как произведение температурного коэффициен-
та на перепад температуры, т. е.
А/7Вм / R<* \ А А/Вт
At/Bblx —cf- АТ 1 + -М ± —АТгЯг. (14)
\ Г\1 / 1л1
В общем случае при Rs^RiWRs следует учитывать температур-
ное изменение выходного напряжения от входного тока, равное
А/ ВТ
± AT [R2 - R3 (Ri + RJIRJ. (15)
В заключение приведем формулу для расчета относительной
стабильности коэффициента передачи от изменений коэффициента
усиления ОУ:
ККа AK/R
ки i + к/Ки ’ (16)
Из (16) видно, что любые изменения собственного коэффици-
ента усиления ОУ снижаются в К!Ки раз, т. е. на значение коэффи-
циента передачи по петле ОС.
9. Неинвертирующий усилитель
Коэффициент передачи неинвертирующего усилителя (рис.
22,6) определяется из (6) при EJBxi = O:
K« = /?2/^i+l. (17)
Входное сопротивление усилителя
*Вх = #з + к ТТ/р— (18)
*\и!ККвх ।
где Rbx — входное сопротивление ОУ без ОС; Rcq — входное со-
противление ОУ по синфазному сигналу, измеренное на входе ( + )
относительно земли или общей точки.
Обычно 7?Сф намного превышает RBx- На низких частотах это
сопротивление составляет примерно 100 МОм. Тогда
л;,«л,+х/гвх/к„- <|9>
Выходное сопротивление
RMx = RBux/(i + x/x„). (20)
Погрешности неинвертирующего усилителя определяются
уравнениями (13) — (15), если в них вместо —UbxRz/Ri подставить
UBx (Rz/Ri + 1).
10. Повторитель напряжения
В некоторых применениях ОУ требуется согласовать высокое
внутреннее сопротивление источника сигнала с низким сопротив-
лением нагрузки. Для этой цели используется повторитель напря-
жения (рис. 22, в), представляющий собой неинвертирующий уси-
литель, в котором Ri отсутствует, a R2 закорочено.
Коэффициент передачи повторителя Ки=1.
Входное сопротивление
<х=1/(ютвх+1/ксф). (21)
Выходное сопротивление
(22)
11. Регулировка усиления
Если один из резисторов Ri или R2 в схемах на рис. 22 сделать
переменным, то можно регулировать коэффициент передачи. Такая
регулировка имеет следующие недостатки:
нарушается установленный режим по постоянному току;
при изменении Rt меняется входное сопротивление усилителя в
инвертирующем режиме;
регулировка нелинейна.
Для выравнивания сопротивлений внешних цепей, присоеди-
няемых ко входам ОУ, можно рекомендовать схему на рис. 23, а с
34
3*
35
дискретной установкой коэффициента передачи. С помощью пере-
ключателя можно устанавливать три значения Ки:
(R1 + + R6)/Ri,(Ri + + Wi + и 1.
Резисторы R2, Rs и Rj
противлений.
Рис. 23. Регулировка усиле-
ния путем дискретной установ-
ки Ки (а), изменения глубины
положительной ОС (б) и изме-
нения выходного сигнала, по-
ступающего в цепь ООС (в).
предназначены для выравнивания со-
В [12] приведена схема (рис.
23, б) регулировки усиления без
изменения режима по постоянно-
му току. При неизменной отрица-
тельной ОС с помощью потенци-
ометра R2 изменяется глубина поло-
жительной ОС. При этом значения
приведенного ко входу напряже-
ния смещения нулевого уровня и
подавления синфазного сигнала
не изменяются при регулировке
усиления. Выходное напряжение
^ВЫХ —
= ((72-t/1)2/?2(l + Um)/Ri, (23)
где т — относительное перемеще-
ние установки движка потенцио-
метра.
В схеме на рис. 23, в усиление
регулируется с помощью потен-
циометра Rs, который изменяет
значение выходного сигнала, по-
ступающего в петлю обратной
связи. Большое преимущество
этой схемы состоит в том, что пе-
ременный резистор включен на
выходе (низкоомная часть схемы),
что обеспечивает малую чувстви-
тельность к шуму и наводкам.
Выходное напряжение
^вых ~ (24)
Не всегда нелинейность регулировки является недостатком. Как
известно, человеческое ухо обладает нелинейной динамической ха-
рактеристикой. Для компенсации нелинейности в усилителях звуко-
вой частоты используют потенциометры, обладающие нелинейной
зависимостью сопротивления от угла поворота подвижного кон-
такта, например потенциометры с показательной зависимостью
(группа В). Хорошую аппроксимацию показательной функции (рис.
36
24, а) можно получить, используя линейный потенциометр, ОУ и
постоянный резистор, соединив их, как показано на рисунке [13].
Выходное напряжение
Uвых ~— Uвх 8щ/(9 8tn). (25)
При помощи схемы на рис. 24, б можно плавно регулировать
коэффициент передачи ОУ от отрицательного значения до нуля и
далее от нуля до максимального положительного значения, соот-
ветствующего разомкнутой ОС. Эту схему удобно использовать в
качестве источника опорного напряжения для стабилизаторов, ре-
гулируемого в широких пределах.
Рис. 24. Получение показательной функции с помощью линейного
потенциометра и ОУ (а); регулировка К от отрицательного зна-
чения до положительного (б) и от нуля до положительного зна-
чения (в).
На рис. 24, б приведена также зависимость коэффициента уси-
ления (передачи) от угла поворота потенциометра. При изменении
величины сопротивления резистора Кг изменяются значения как по-
ложительных, так и отрицательных коэффициентов, но общий вид
зависимости не изменяется.
При изменении отношения RiIRi смещается нулевая точка. Вы-
ходное напряжение
14ых = ^вх «1 (RJRt - RJRt + Я5/Я2)/(Rs + ЯБ). (26)
Если исключить резистор Rt, то коэффициент передачи регули-
руется от нуля до +К. Зависимость усиления от угла поворота
близка к логарифмической. Выходное напряжение схемы на рис.
24, в
^вых — ^вх Кг (/?6/^ + ^W/№ + /?5).
(27)
37
Если движок потенциометра установлен посередине (Rt =
= /?б), ТО
^вых = t/BX U?2 + ^б)/(^3 + /?б)- (28
12. Дифференциальные усилители
Простейшая схема дифференциального усилителя изображена
на рис. 25, а. Делитель напряжения на входе ( + ) включается для
того, чтобы общий коэффициент усиления сигналов Ut и U2 сде-
лать равным. Выходное напряжение
^вых •— (t/g ^1) $2? Ri• (29)
Недостатком схемы является низкое входное сопротивление.
-о
U вых
Рис. 25. Дифференциальные усилители с низким входным сопротив-
лением (а) и с высоким входным сопротивлением (б, в).
Входное сопротивление схемы на рис. 25, б велико для обоих
сигналов.
Выходное напряжение
t/вых = (t/2 - ^1)(1 + R2/R1) • (30)
Еще одна схема с большим входным сопротивлением изобра-
жена на рис. 25, в. Повторители напряжения обладают очень высо-
ким входным сопротивлением и практически не потребляют тока
от источника сигнала. Коэффициент передачи остается таким же,
как у схемы на рис. 25, а.
Обычные схемы инвертирующего и неинвертирующего усили-
телей одинаково усиливают полезный сигнал и наведенные помехи.
Дифференциальный усилитель значительно ослабляет синфазные
помехи. Степень ослабления синфазных напряжений определяется
коэффициентом Кос.сф.
Пример. Для схемы на рис. 25, а определить выходное напря-
жение при сигнале U2—Ui = 10 мВ (1 кГц) и синфазной помехе
(y2 = t/i=10 мВ (50 Гц), если Р2 = Ю кОм, /?; = 1 кОм, КОс сФ =
= 80 дБ (10 000).
Решение. На частоте 1 кГц выходное напряжение t/вых =
= 10-10 = 100 мВ.
Напряжение помехи частотой 50 Гц приложено к ОУ синфаз-
но. Поэтому выходное синфазное напряжение на частоте 50 Гц
t/вых = Kut/m/K0C.C(b= 10-10/10 000 = 10 мкВ.
Выходное напряжение помех при Км = 10 на частоте 50 Гц
ослаблено в 1000 раз, т. е. дифференциальный усилитель является
эффективным средством подавления помех.
Рис. 26. Многовходовый сумматор-вычитатель (а) и усилитель
с дифференциальным входом и выводом (б).
На рис 26, а приведена схема многовходового сумматора-вычи-
тателя. Пользуясь методикой, приведенной в [16], можно рассчи-
тать сопротивления резисторов таким образом, чтобы обеспечива-
лась равная резистивная нагрузка на входах ОУ. В этом случае
обеспечивается минимальное смещение выхода от входного тока.
Выходное напряжение
t^BblX = ai t/j 4~ ^2 ^2 4” ••• ~^~ап^п
-bxU\-—b2U'2 — ... -ьтит,
где Un и Um — соответственно суммируемые и вычитаемые напря-
жения; ап и Ьт — коэффициенты при входных напряжениях.
Схема содержит также шунтирующие резисторы Ra и Rb и ре-
зистор обратной связи Ro. с. Расчет осуществляется следующим об-
разом:
а) выбирается значение полного сопротивления на входах ОУ
; при Rs =5 кОм обеспечивается малый уровень наводок без за-
метного шунтирования выхода ОУ;
б) суммируются все отрицательные коэффициенты и прибавля-
ется единица;
38
39
в) суммируются все положительные коэффициенты;
г) если 2а>1 + 26, то схема должна содержать Ra (для полу-
чения усиления); если 2а<1 + 26, то схема должна содержать Rb\
(для получения ослабления). При 2а =1+26 резисторы Ra и Rb
не используются;
д) рассчитывается Ro. с путем умножения большого значения^
(либо 2а, либо 1+26) на R% ; ;
е) рассчитывается Ra и Rb путем деления Ro. с на абсолютное i
значение 11+26—2а |;
ж) определяются сопротивления остальных резисторов путем
деления Ro. с на соответствующие коэффициенты:
^i = #o с/Яр Ri — Ro.J
Пример. Рассчитать схему на рис. 26, а для реализации урав-
нения !
^вых = 0,3(/1 + 2i72 + 1,5t/3 - 2U\ - и\.
Решение. Схему рассчитываем согласно изложенной методи-:
ке:
а) выбираем R% — 5 кОм;
б) 2а = 3,8;
в) 26+1 = 4;
г) 26 + 1>2а, необходим резистор /?ь;
Д) Ro. с = (26+1) R% = 4-5 = 20 кОм;
е) Rb = Ro. с/126+1—2а| « 20/0,2 = 100 кОм;
ж) Rt = 20/0,3 = 66,7 кОм, Ri = 20/2 = 10 кОм, R3 = 20/1,5 «
в 13,3 кОм, Я' = 20/2 — 10 кОм, /?'== 20/1 ч» 20 кОм.
Иногда требуется дифференциальный выход, например для уп-
равления двухтактным каскадом класса В.
Схему на рис. 26,6 можно собрать на двух одинаковых ОУ
[48]. Каждый ОУ обеспечивает половину общего усиления на диф-
ференциальном выходе, т. е.
вых = ^вх (^г/1 ^2/^1) = 26/в х R%/Rf>
13. Мостовые усилители
Так называются дифференциальные усилители, включенные в
мостовую схему, преобразующие приращение сопротивления в на- ;
пряжение.
Выходное напряжение схемы на рис. 27, а ’
и = и %.__________________™______________
“ п к «(г+й/й^ + дкц+я/й,) ’ 1 1
Зависимость 67Вых от ДУ? нелинейна, как и для любого нерав-
новесного моста. Поэтому такую схему можно применять при ма-
лых относительных приращениях &.RIR.
В схеме на рис. 27, б погрешность нелинейности корректируется
путем введения цепи положительной ОС (резистор R3) [5].
Если принять ₽1=₽2||/?з и 1 + (R/R2) =2/?1//?з, то
^ВЫХ ~ &RUnRi/R2. (32)
В схеме на рис. 27, в выходное напряжение пропорционально
относительному приращению изменяемого резистора [1]:
с/вых =- &R/R (Ri + R) • (33)
При нулевом выходном напряжении сопротивления на входах
ОУ должны быть равны между собой.
Рис. 27. Мостовые усилители с нелинейной (а) и линейной (б, е)
характеристиками.
Примерами первичных преобразований, работающих с больши-
ми приращениями, могут служить полупроводниковые тензометры,
термисторы и т. п.
На основе полумостовых схем можно построить измеритель
параметров резистивных матриц экспонометрических устройств.
Матрица представляет собой набор резисторов, соединенных после-
довательно. Основное требование к таким матрицам — точное под-
держание отношения резисторов на каждой ступени при разбросе
(до 20 %) абсолютных значений сопротивлений резисторов.
Для измерения параметров матриц требуются две образцовые
матрицы Mi и Л4г (рис. 28). Вначале измерений схема балансиру-
ется на нуль с помощью переменного резистора Ri. Крайние поло-
жения движка резистора Ri соответствуют допустимому отклоне-
нию абсолютного значения измеряемого резистора от образцового.
При последующих положениях переключателя матриц выход-
ное напряжение ОУ будет пропорционально относительной погреш-
ности отношения измеряемого сопротивления резистора к его номи-
нальному значению, т. е.
^ВЫХ ~ Un
40
41
дое деление микроамперметра
где §=&rlr—относительная погрешность; Ка — коэффициент про-
порциональности, устанавливаемый резистором Rt.
С помощью резистора Д2 схема настраивается так, чтобы каж-
соответствовало 1 % погрешности.
Стабилитроны Дь Д2 ограничи-
вают ток микроамперметра при
больших значениях Дг.
L1
Рис. 28. Измеритель парамет-
ров резистивных матриц для
экспонометрических устройств.
14. Стабилизаторы
постоянного напряжения
На основе ОУ могут быть по-
строены высококачественные ста-
билизаторы с точностью регули-
ровки и стабильностью в диапа-
зоне 0,01—0,5 %.
Простейшие стабилизаторы
напряжения представляют со-
бой инвертирующий или неинвер-
тирующий усилитель, на вход
которого подано стабильное на-
пряжение. Если Ки постоянно, то
выходное напряжение ОУ ста-
бильно.
В таких стабилизаторах ОУ
усиливает разность опорного и
выходного напряжений (или их
части) и управляет проводимостью
последовательного или параллельного регулирующего элемента'
На выходе схемы на рис. 29, а напряжение больше опорного
напряжения стабилизатора, а на выходе схемы на рис. 29, в —
меньше. Следует отметить, что стабилизаторы питаются от одного
источника.
Для увеличения тока нагрузки используют эмиттерные повто-
рители (транзистор Т2). Транзистор Ti защищает выходной тран-
зистор от перегрузок по току. Если ток нагрузки превысит 100 мА,
падение напряжения на резисторе Д2 превысит 0,6 В, транзистор Ti
откроется и зашунтируег переход база — эмиттер выходного тран-
зистора Тг. Уровень срабатывания схемы защиты можно регулиро-
вать с помощью резистора Д2. При токах нагрузки менее 15 мА
резисторы Д1, Д2 и транзисторы Ti, Т2 можно не применять.
В [25] предложена схема стабилизатора (рис. 29, г), в кото-
рой опорный стабилитрон регулирует свой собственный ток
1 ст = (^вых ^Ст)Ж
42
где Iст, Uст -г- соответственно ток и напряжение стабилитрона.
На входе ОУ имеем следующее напряжение:
let Ri — ^вых ^2/ (^2 Н" ^з) »
откуда
, ЛзТ = ^ВЫХ /ЯН^ + Яз); (34)
С/вых = ^ст(/?2 + /?3)//?з. (35)
Из (34) следует, что ток через стабилитрон определяется толь-
ко соотношением резисторов Ri—R3 и напряжением стабилизации
Q+30B
Рис. 29. Стабилизаторы.
а — постоянного напряжения с выходным напряжением, большим опорного;
б— выходная характеристика; в —с напряжением меньше опорного; в—-с
постоянным током стабилитрона.
стабилитрона. Конденсатор, включенный параллельно стабилитрону,
подавляет высокочастотные шумы.
В схемах на рис. 29 можно получить отрицательное выходное
напряжение, если использовать транзисторы р-п-р-типа и заземлить
положительную шину питания ОУ.
С помощью ОУ легко преобразовать однополярный источник
напряжения в двухполярный с заземленной средней точкой. Актив-
43
ный делитель (рис. 30, а) пригоден для токов нагрузки до 10 мА.
Отношение напряжений на выходе + Unl— Ua=RilR2-
Увеличение тока нагрузки может быть достигнуто путем вклю-
чения повторителя (рис. 30, б) или усилителя мощности на допол-
нительных транзисторах (рис. 30,в). Емкости 0,1 мкФ в схемах не
Рис. 30. Преобразование однополярного напряжения в симметрич-
ное двухполярное с помощью резисторного делителя (а), делителя
и эмиттерного повторителя (б), делителя и усилителя мощности (а).
обязательны, если нет быстрых переходных процессов. Конденсатор
Ci предотвращает возникновение паразитной генерации, а конден-
сатор С2 сглаживает токовые выбросы.
При построении стабилизированных источников питания для
ОУ желательно одним потенциометром регулировать одновременно
два напряжения. Схема на рис. 31, а [27] удовлетворяет такому
требованию и имеет малый уровень пульсаций.
Один стабилитрон используется для стабилизации двух напря-
жений. Операционные усилители питаются от выходных стабилизи-
рованных напряжений. Выходной ток может достигать 400 мА при
амплитуде пульсаций до 1 мВ.
Сигнал разбаланса, усиленный ОУЬ управляет транзисторами
Гь Т2. Усилитель ОУ2 работает как повторитель с единичным ко-
эффициентом усиления. Чтобы приблизить выходное напряжение
ОУ2 к отрицательному напряжению питания, резисторы смещения
в положительной и отрицательной частях схемы выбраны различ-
ными. Два выходных напряжения поддерживаются равными с точ-
ностью ±50 мВ.
Практически нулевые пульсации может обеспечить схема на
рис. 31,6 [28]. Если движок потенциометра Ri находится вверху,
амплитуда пульсаций максимальна. По мере перемещения движка
вниз амплитуда будет уменьшаться, так как напряжение пульсаций,
поданное на инвертирующий вход ОУ, в противофазе складывается
44
с выходным напряжением пульсаций. Примерно в среднем положе-
нии движка пульсации будут компенсированы.
При настройке схемы сначала устанавливается необходимое
выходное напряжение с помощью резистора и к выходу под-
ключается максимальная нагрузка. С помощью резистора (на-
Рис. 31. Стабилизированный источник с одновременной регулировкой
двух напряжений (а) и с компенсацией пульсаций (б).
блюдая по осциллографу) компенсируют пульсации. При другой
нагрузке пульсации останутся практически нулевыми.
В схемах на рис. 31 синфазное напряжение, подаваемое на ОУ,
равно напряжению стабилитрона. Если ОУ имеет меньшее допусти-
мое синфазное напряжение, следует параллельно стабилитрону под-
ключить резисторный делитель и на вход (+) подавать часть опор-
ного напряжения. Соответственно следует пересчитать резисторный
делитель, подключаемый к входу (—).
В [48] описана схема для стабилизации напряжения, которое
во много раз выше допустимого для ОУ. Операционный усилитель
не заземляется, а «плавает» между потенциалами земли и источ-
ником питания. Выходное напряжение схемы на рис. 32
^вых = ^д2 (Ri +
45
Обычно падение напряжения на стабилитроне Д1 равно 10 В,
а на стабилитронах Д3—Д5 сумме питающих напряжений ОУ, т. е.
30 В. «Плавающие» уровни для питания ОУ составляют +85 и
+ 55 В. Нулевой синфазный уровень на входах ОУ составляет 70 В,
Рис. 32. Высоковольтный ста-
билизатор.
так как (85+55)/2=70 В.
Напряжение стабилизации на
стабилитроне Д2 равно 5 В (75—
—70 = 5В).
Сопротивления резисторов при
токе 1 мА Д1 и Д2 определяются
из следующих соотношений:
Д1 Д2 ~ Uвых /1 = 75 кОм;
Д1 ~ $ кОм.
Одним из недостатков схемы
является увеличение рассеиваемой
мощности на транзисторе при уве-
личении входного напряжения.
Схема обеспечивает стабилизацию
в диапазоне входных напряже-
ний от 100 до 250 В.
15. Стабилизаторы тока
Стабилизаторы тока преобразуют входное напряжение в ток,
не зависящий от сопротивления нагрузки.
Простейшая схема стабилизатора тока (рис. 33, а) представ-
ляет собой усилитель, в котором нагрузка включена в цепь обрат-
ной связи. Ток в нагрузке Is = UvdR\ и не зависит от сопротив-
ления Дн. В этой схеме нагрузка не заземлена.
Чаще используют схемы с заземленной нагрузкой (рис. 33, б).
Ток в нагрузке
/н ~ ^вх/Д1 •
Примером использования стабилизатора тока может служить
регулятор температуры для термостабилизации режима печи [6].
Схема на рис. 33, в работает в ключевом режиме.
Диод, первичный преобразователь температуры Д1, питается
от стабилизатора тока, собранного на ОУ1. Падение напряжения на
диоде Д1 имеет линейный температурный коэффициент около
—2,2 мВ/°С. При выбранных номиналах резисторов ток через диод
равен 1 мА. На входах ОУ1 имеется положительное напряжение
+ 5 В, поэтому на него подается только положительное напряже-
ние питания +30 В.
46
Напряжение с диода Д1 поступает на ОУг, который сравнивает
это напряжение с напряжением задатчика температуры Ri. Если
напряжение на диоде Д1 превышает напряжение на движке потен-
циометра Ri, ОУ2 переводит транзисторы в насыщение. К нагрева-
Рис. 33. Стабилизаторы тока с незаземленной (а) и с заземлен-
ной (б) нагрузкой; использование стабилизатора тока в схеме ре-
гулятора температуры (в).
телю /?а подводится мощность около 100 Вт. Точность поддержания
температуры определяется величиной гистерезиса
АСУ = 2/?2£7бэ/(/?2 Ч-2?3),
где 2£/бэ — падение напряжения база—эмиттер транзисторов Ti
и Т2.
При указанных номиналах АС/«1 мВ, что соответствует под-
держанию температуры с точностью 0,5 °C на заданном уровне.
16. Усилители тока и заряда
Усилители тока преобразуют малый входной ток в напряже-
ние. При измерении малых токов обычным способом требуются
измерительный резистор большого сопротивления и высокое вход-
ное сопротивление измерительной аппаратуры, что увеличивает
инерционность измерительной цепи и ограничивает нижний предел
измеряемых токов.
В схеме усилителя тока на основе ОУ (рис. 34, а) сопротивле-
ние нагрузки для источника тока (фотодиода) почти равно нулю,
так как эквивалентное входное сопротивление представляет собой
параллельное соединение сопротивлений и RtK. Обычно вход-
ное сопротивление ОУ велико и можно считать R' &RIK.
В схеме на рис. 34, а фотодиод действует как генератор тока,
47
а ОУ преобразует этот ток в напряжение. Для R — 1 МОм, Л' =
= 50-Ю3 R' «20 Ом.
вх
Использование низкоомной нагрузки позволяет увели-
чить быстродействие фотодиода, так как исключается влияние его
емкости. С уменьшением нагрузки повышается также линейность
световой характеристики. На рис. 34, б показаны вольт-амперные
Рис. 34. Пара фотодиод — ОУ (а) и
ристики (б); усилитель заряда (в) и
ка (г).
•Ц0+0,5 0 -0,5—1,0 0см,В
Uch/Cz
----1----->.
1/Rj Ci ш
ее вольт-амперные характе-
его частотная характеристи-

характеристики кремниевого фотодиода [24]. Вертикальные нагру-
зочные прямые 1 и 2 соответствуют малому сопротивлению нагруз-
ки. Они пересекают линейную область вольт-амперных характе-
ристик. При большом сопротивлении нагрузки и отсутствии смеще-
ния Нем характеристика 3 пересекает нелинейную область. Выход-
ное напряжение, мВ,
^вых ~ (36)
где Е — уровень освещенности, мкВт; у — интегральная чувстви-
тельность фотодиода, A/Вт; Rz— сопротивление ОС, кОм.
' Из (36) следует, что при заданной освещенности и чувстви-
тельности фотодиода выходное напряжение зависит только от со-
противления резистора Rz. Изменяя, например, Rz от 10 МОм до
100 Ом, можно с помощью милливольтметра регистрировать осве-
щенность от 10“10 до 10~3 Вт.
При обнаружении постоянной освещенности малого уровня,
когда приходится использовать Rz большого значения, важно иметь
минимальные входной ток ОУ и темновой ток фотодиода для
уменьшения остаточного выходного напряжения.
48
Усилитель заряда (электрометрический усилитель) преобра-
зует изменение электрического заряда в напряжение. Некоторые
первичные преобразователи, например, конденсаторные микрофоны,
работают по принципу преобразования измеряемой величины в
электрический заряд. Схему такого первичного преобразователя
можно представить в виде последовательного соединения батареи и
конденсатора [1], как это изображено на рис. 34, в. При изменении
емкости конденсатора меняется и накопленный в ней заряд Д<? —
— &.Сисм. Этот заряд переходит на конденсатор, и выходное на-
пряжение
^вых — АСС/см/С2.
Так как в ОУ необходима связь по постоянному току между
входами и землей, вводится резистор Яг. Для стабилизации работы
схемы рекомендуется также ввести в схему Ri. Эти резисторы огра-
ничивают полосу пропускания снизу и сверху (рис. 34, г).
Как правило, в усилителях заряда используют ОУ с полевыми
транзисторами во входном каскаде, отличающимися высоким вход-
ным сопротивлением и малым током смещения.
17. Усилители переменного напряжения
Большинство рассмотренных схем представляло собой усили-
тели постоянного тока. Однако они реагируют и на сигналы пере-
менного тока не очень высокой частоты. При усилении сигналов
звуковой частоты необходимо усиливать переменный сигнал и бло-
кировать сигнал постоянного тока. Для этой цели используются
разделительные конденсаторы.
Rl Rz R2
Рис. 35. Неинвертирующий (а) и инвертирующий (б) усилители
переменного напряжения.
Конденсатор С (рис. 35, а) эффективно блокирует постоянную
составляющую входного сигнала. Резистор /?3 обеспечивает про-
хождение постоянного тока между входом ( + ) и землей. Без ре-
зистора конденсатор будет заряжаться током смещения ОУ,
что приведет к сдвигу выходного напряжения. Схема представляет
собой неинвертирующий усилитель с коэффициентом передачи (в
пределах полосы пропускания) Ku=^?2//?i + l.
4—109
49
На рис. 35, б показан инвертирующий усилитель переменного
напряжения. Если реактивное сопротивление емкости С пренебре-
жимо мало по сравнению с сопротивлением резистора Rt, то
Ku=-Rz/Ri-
18. Питание ОУ от одного источника |
,•1
В схемах с ОУ предполагается наличие двух независимых ис- 1
точников питания, что часто реализовать затруднительно.
Земляной провод в схеме на рис. 36, а можно получить с по- <
мощью делителя Rt, Rs. Сопротивления резисторов выбираются j
равными и такого значения, чтобы ток делителя был на порядок
больше пикового тока нагрузки. В ряде случаев это требование !
Рис. 36. Питание ОУ от одного источника с помощью резисторного
делителя (а), стабилитронов (б), для усилителей переменного на-
пряжения (в, г).
может оказаться недопустимым. Тогда можно использовать два
стабилитрона, как показано на рис. 36, б. В этом случае ток ста-
билитронов может превышать пиковый ток нагрузки только в 1,5
раза, так как стабилитроны обладают малым динамическим сопро-
тивлением.
В усилителях переменного тока требования к делителю гораздо
ниже. Так, в схеме на рис. 36, в ток делителя может быть не более
100 мкА, чтобы обеспечить прохождение входного тока ОУ. Однако
увеличение сопротивления делителя ограничено не только входным
током ОУ, но и увеличением пульсаций, возникающих из-за утечки
по цепи источника питания.
Развязывающий конденсатор, включенный параллельно резис-
тору /?5, должен иметь на самой низкой частоте малое сопротивле-
ние по отношению к сопротивлению нагрузки.
Малый ток делителя можно установить и в схеме на рис. 36, а.
Входной сигнал подается на конденсатор относительно минусового
зажима источника питания. Нагрузка включается через раздели-
Рис. 37. Микрофонный усилитель (а) и усилитель воспроизведения
для магнитофона (б).
тельный конденсатор. Коэффициент передачи рассмотренных схем
определяется выражением
Кв = /?2//?Р
На рис. 37, а показан микрофонный усилитель с равномерной
частотной характеристикой в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. На
рис. 37,6 — усилитель воспроизведения для магнитофона, где с по-
мощью фильтров обеспечивается подъем нижних частот.
С успехом можно применить ОУ в бестрансформаторных УНЧ.
На рис. 38 изображен выходной каскад бестрансформаторного уси-
Рис. 38. Выходной каскад бестрансформаторного усилителя мощ-
ности.
50
4*
S1
лителя. За счет глубокой ОС по постоянному току в точке А под-
держивается потенциал, равный UB/2 в широком диапазоне измене-
ния питающего напряжения. Отпадает необходимость в подборе
выходных транзисторов. Коэффициент передачи каскада
Ka=-R2IRt.
В диапазоне питающих напряжений от 10 до 30 В схема отдает
в нагрузку 6 Ом соответственно от 0,4 до 8 Вт.
19. Усилители класса В
для управления исполнительными двигателями
Этот тип усилителей предназначен для управления маломощ-
ными двигателями переменного тока, например дпу.чфа шими асин-
хронными двигателями типа ДИД (ДГ).
Как известно [22], мощность управления диш а н лем « остеит
из активной и реактивной составляющих, причем iiuii.ho .плявная
составляющая создает момент на валу дннглicjdi I’«•.тминная
составляющая рассеивается в выходных трап пк чкрпч, вызывая
их дополнительный нагрев. Для компенсации реактивной мощности
параллельно обмотке управления включается копдешан>р такой
емкости, чтобы ток управления был минимальным. Определение
емкости проводится при неподвижном роторе.
В табл. 2 приведены значения пусковых токов oOmoikii управ-
ления и значения компенсирующих емкостей ряда дшпак-леп типа
ДИД.
Таблица 2. Параметры цепи управления двигателей
типа ДИД (ДГ)
Наименование параметра ДИД-1ТА, ДГ-1ТА ДИД-2ТА, ДГ-2ТА дид-.'ил ДГ-.'ГГЛ ДИД-5ТА, Д1 -ПТА
Ток управления без 140 230 470 500
компенсирующей емко- сти, мА Компенсирующая ем- 1 1,5 4 4
кость, мкФ Ток управления с ком- 108 190 2(>() 380
пенсирующей емкостью, мА R1, %2, Ом 6,8 3,9 2,7 1,8
На рис. 39 показано применение ОУ для сервоусилителей [23].
Входной сигнал подается одновременно на 0У1 и ОУг, управляю-
щие выходным двухтактным каскадом на составных транзисторах
52
Ti—Tt. Обмотки управления двигателя включены в коллекторные
цепи транзисторов Ts, Г4 по дифференциальной схеме. Усилитель
ОУ1 работает как неинвертирующий повторитель. Он выделяет на
резисторе Ri напряжение, равное входному напряжению для поло-
жительного сигнала. При отрицательном сигнале выходное напря-
жение ОУ1 отрицательно и транзисторы 7\, Та закрыты. В это вре-
Рис. 39. Усилитель для управления двухфазными асинхронными
двигателями типа ДИД (ДГ).
мя функционирует ОУ г как инвертирующий повторитель. Он
выделяет на резисторе положительное напряжение, равное по
значению отрицательному сигналу.
За счет общих цепей ОС характеристика двухтактного каскада
приближается к линейной и не зависит от разброса параметров
транзисторов. При амплитуде входного сигнала ±2 В напряжение
в обмотках управления достигает 30 В.
Глава
третья
ЛИНЕЙНЫЕ ЧАСТОТНО-ЗАВИСИМЫЕ СХЕМЫ
К этому классу электронных схем относятся схемы, содержа-
щие ОУ, резисторы и конденсаторы. Коэффициент передачи этих
схем в общем случае представляет собой отношение двух оператор-
53
ных полиномов. Иногда их называют операционными преобразова-
телями. Частными случаями операционных преобразователей явля-
ются интегратор, дифференциатор и активный фильтр.
20. Интеграторы
Напряжение на выходе схемы на рис. 40, а представляет собой
интеграл от напряжения входного сигнала. Так как входное сопро-
Рис. 40. Интегратор (а), формы его выходных напряжений при раз-
личных входных сигналах (б) и интегратор с режимом сброса и
хранения (б).
тивление ОУ очень велико, ток, проходящий через резистор /?, бу-
дет проходить через конденсатор С, так как
iC = ^^ = CdUc/dt.
Левый вывод конденсатора С потенциально заземлен, поэтому
выходное напряжение равно напряжению на конденсаторе. Тогда
t
^вых = Z7T f ^вх (37)
КС J
о
где RC — постоянная времени.
При подаче на вход интегратора скачка напряжения на выхо-
де получим линейно нарастающее напряжение с отрицательным
наклоном. На рис. 40, б изображена форма входных и выходных
напряжений интегратора.
54
Длительность времени интегрирования и требуемая точность
определяют тип ОУ. В интеграторах с большими постоянными вре-
мени следует использовать ОУ с малыми входными токами и кон-
денсаторы с малыми токами утечки.
Обычно работа интегратора делится на три периода: сброс,
интегрирование и хранение. В режиме сброса (рис. 40, в) ключ Ki
замыкают, а ключ Ка размыкают. В этот период происходит на-
чальный заряд емкости, т. е. создаются начальные условия для
процесса интегрирования. В режиме интегрирования ключ Ki раз-
мыкают, а Кг — замыкают. В режиме хранения оба ключа размы-
кают и выходное напряжение удерживается на уровне, достигнутом
к моменту размыкания ключей. В это время конденсатор разря-
жается за счет собственной утечки и входного тока ОУ. Вместо
показанных на схеме переключателей используют электронные
ключи.
Для обеспечения ввода в интегратор начальной установки на-
пряжения желательно иметь заземленный интегрирующий конден-
сатор. Схему такого интегратора можно построить на основе стаби-
Рис. 41. Интеграторы с заземленной емкостью (а), с большой по-
стоянной времени (б), для сглаживания случайных помех (в) и
форма сигналов на входе и выходе интегратора (г) для сглажива-
ния случайных помех.
лизатора тока (см. рис. 33, б), если включить конденсатор вместо
нагрузки (рис. 41, а).
Выходное напряжение интегратора
+ (38)
\ Al /J
55
При постоянном входном сигнале
1 / Я2 , \
^вых = — -7Г- + 1 (39)
Интегратор, показанный на рис. 41,6 [29], обеспечивает малые
и большие постоянные времени, так как постоянная времени зависит
от отношения резисторов. Выходное напряжение интегратора
/Д Г
^ВЫХ — г, п г 1 »'
^3 J
где постоянная времени т = RzRsC/Ri.
Включение дополнительного ОУ позволяет легко задавать на-
чальные условия путем замыкания переключателя. Полоса пропус-
кания интегратора зависит от типа используемого ОУ, а время ин-
тегрирования может изменяться от I нс до 1000 с.
Иногда требуется сгладить сигнал, освободить его от случай-
ных всплесков, вызванных различного рода помехами. Для этого
резистор обратной связи масштабного усилителя шунтируют кон-
денсатором. Степень сглаживания пульсаций (рис. 41, в) зависит
от значения постоянной времени RzC. Форма входного и выходного
сигналов показана на рис. 41, г.
21. Дифференциаторы
На рис. 42, а представлена схема теоретического дифференциа-
тора, а на рис. 42, б — его частотная характеристика. Выходное
напряжение
t/вых =-RCdU^/dt. (40)
На практике такая функция не может быть реализована, так
как коэффициент усиления и полоса пропускания ОУ ограничены.
С уменьшением частоты емкостное сопротивление хс увеличи-
вается, при xc=R характеристика пересекает ось единичного уси-
ления. На высоких частотах хс уменьшается, коэффициент пере-
дачи ОУ увеличивается.
Так как высокий коэффициент передачи достигается на высо-
ких частотах, схема дифференциатора очень восприимчива к слу-
чайным шумам. Кроме того, относительный наклон характеристик
в точке пересечения составляет примерно 40 дБ/дек, что приводит к
потере устойчивости схемы.
Поэтому практическая схема дифференциатора строится так,
как показано на рис. 42, в. Характеристика имеет две частоты со-
пряжения. После частоты ft— l/2nRtCt схема работает как усили-
тель с резистивной ОС.
56
Конденсатор Сг и резистор Rz определяет другую частоту сре-
за, fa= 1/2л/?2С2 (рис. 42, г).
Рабочий диапазон дифференциатора находится в пределах от
f=l/2nRzCi до fi = l/2nRiCl.
На рис. 42, д показана форма ряда входных и выходных на-
пряжений дифференциатора.
Рис. 42. Теоретический дифференциатор (а) и его частотная ха-
рактеристика (б), практический дифференциатор (в), его частот-
ная характеристика (г) и формы выходных напряжений при раз-
личных входных сигналах (б).
22. Фазовращатель
С помощью схемы [2] на рис. 43 можно менять фазу выход-
ного напряжения по отношению к входному от —л до —2л, в за-
висимости от частоты; при этом амплитудная характеристика фазо-
57
вращателя не зависит от частоты. Если поменять местами 7? и С,
то фазовый сдвиг можно менять от 0 до —л в функции частоты.
При постоянной частоте и изменении сопротивления резистора
R в пределах фаза выходного напряжения будет ме-
Рис. 43. Фазовращатель
с амплитудной характе-
ристикой, не зависящей
от частоты.
няться в указанных пределах при по-
стоянной амплитуде выходного напря-
жения.
23. Активные фильтры
Активные фильтры на основе ОУ —
это безындуктивные частотные фильтры,
с помощью которых можно ослабить или
усилить некоторые частоты. В микро-
электронике практически используются
только активные фильтры.
Синтез активного фильтра решает-
ся в несколько этапов.
Сначала решают задачу аппроксимации —
подбирают математическое описание желаемой частотной характе-
ристики фильтра Передаточная характеристика фильтра нижних
частот (ФНЧ) обычно описывается выражением
где N — номинальный коэффициент передачи в полосе пропуска-
ния; и — порядок фильтра; р — комплексная переменная.
Частотная характеристика фильтра определяется полиномом,
стоящим в знаменателе уравнения.
При построении фильтров наибольшее распространение полу-
чили полиномы Баттерворта, Чебышева и Бесселя, различающиеся
значениями коэффициентов bi—bn.
В настоящее время широко разработана теория активной
фильтрации [30, 31], которая охватывает фильтры на основе ОУ,
гираторов, отрицательных инверторов импеданса и др.
Рассмотрим методику расчета простых активных фильтров с
единичным коэффициентом передачи.
Анализ [32] показывает, что /?С-цепь второго порядка
(рис. 44, а) вместе с усилителем равнозначна LC-цепи второго по-
рядка. Если принять в усилителе А«=1, то настройка фильтра мо-
жет быть осуществлена путем вариации значений пассивных эле-
ментов. Низкое выходное сопротивление этой структуры позволяет
каскадно соединять несколько звеньев без увеличения общего ко-
эффициента передачи. Реализация нечетных порядков осуществля-
58
Таблица 3. Нормированные значения емкостей ФНЧ
при различных аппроксимациях и неравномерности 1 д
По Баттерворту «о и 1 1,392 1 1,354 1 1
«4 О 0,7071 i i 0,2024 1 1 0,9241 0,3825 0,4214 0,3089 0,9660 0,7071 0,2588
с 1,414 1 3,546 1,082 2,613 1,753 3,235 Ю ф со СО — со О ф ОО —Г ~ со"
По Чебышеву 1 2,567 1 3,935 1
С4 0,606100 0,06428 1,26900 0,14890 0,25400 0,09355 1,90400 0,31170 0,06425
и 2,218 16,180 1 3,125 7,546 8,884 11,550 ОФО — СЧ СО Ф О Ф Ф СО СО
По Бесселю с 1 8 & О 1 0,8712 1
«4 и 0,6799 0,2538 1 0,6746 0,3900 0,3095 0,3098 0,6098 0,4835 0,2561
0,9066 1,4230 0,7351 1,0120 1,0090 1,0410 1 1 0,6352 0,7225 1,0730
Порядок фильтра е <м со ф ш <о
59
ется путем подключения на вход звена первого порядка (рис, 44,6).
Таким образом, фильтр пятого порядка будет состоять из звена
первого порядка и двух фильтров второго порядка.
Расчет ФНЧ необходимо начинать с выбора порядка фильтра
и его типа. По табл. 3 определяем нормированные значения емко-
стей (в фарадах) для /?1=/?2=/?з= 1 Ом.
1/01
Рис. 44. Базовые структуры ФНЧ второго порядка (а), ФНЧ пер-
вого порядка (б), ФВЧ третьего порядка (в).
Затем находим значения емкостей путем деления их номиналь-
ных значений на 2л/с, где fc—частота среза фильтра на уров-
не 1 дБ.
Далее для получения удобных значений параметров сопротив-
ления резисторов умножаем, а емкости делим на М, где М — про-
извольно выбираемый множитель, который может быть разным для
каждого звена.
Пример. Рассчитать ФНЧ Чебышева пятого порядка с нерав-
номерностью передачи в полосе пропускания I дБ при частоте сре-
за fc = 100 Гц. Емкости конденсаторов не должны превышать
0,1 мкФ.
Решение:
а) из табл. 3 находим:
С1 = 8,884 Ф, С2=0,2540Ф, Сз=3,935Ф, С?; = 11,55Ф, С2 —
«=0,09355 Ф;
б) находим значения емкостей, разделив их номинальное значе-
ние на 2nfc =6,28-100 = 628:
С1=14,1«103 мкФ, С2=0,403*103 мкФ, С3=6,27-10» мкФ, =
= 18,4-103 мкФ, 02=0,149-10» мкФ;
в) для получения удобных значений емкостей принимаем для
первого звена Л1=141- 103, для второго звена М=184-103, в ре-
зультате имеем: Ci=0,l мкФ, С2=2870 пФ, Сз=0,0446 мкФ, C^=s
= 0,1 мкФ, С2 = 810 пФ.
Схема рассчитанного фильтра и его частотная характеристика
изображены на рис. 45. Сопротивления резисторов в цепи ОС рас-
60
считываются как сумма сопротивлений резисторов подсоединенных
ко входу ( + ).
Фильтры верхних частот (ФВЧ) получаются из ФНЧ путем за-
мены резисторов соответствующими конденсаторами С1 = Сг=Сз=
141х 141к
^вх
0,0446м к =^2870
Рис. 45. Фильтр Чебышева
пятого порядка (а) и его час-
тотная характеристика (б).
0,1 мк
0,1 м к
422к
Збвк
184х
184к
141к
—о
^вых
№
О
$
1- ч\.\ I
‘ 20 4Q6Q 8010Q12Q
—10\-3%-цого
-15
—20 - элементов
810
.разброса. \
параметров \\\
Рис. 46. Узкополосный усилитель с двойным Т-образным мостом
(а) и режекторные фильтры (б, в).
6.1
= 1 Ф, а конденсаторов — нормализованными резисторами \/С1г
\]С%, 1/С3 (рис. 44,6). Порядок расчета не изменяется.
Используя ФНЧ и ФВЧ, включенные каскадно и параллельно,
можно получить полосно-пропускающие и полосно-заграждающие
фильтры.
Узкополосные усилители и режекторные фильтры можно по-
строить на основе ОУ и частотно-избирательных /?С-цепей. На
рис. 46, а изображена схема двойного Т-образного моста и его амп-
литудно-частотная характеристика. На частоте резонанса
= 1/2л7?С схема имеет практически нулевой коэффициент передачи.
Добротность моста определяется на уровне 0,7 максимального зна-
чения коэффициента передачи и составляет QM=fo/(f2—fi).
Если включить эту схему в цепь обратной связи ОУ (рис. 46,6),
то на частоте f0 /?С-цепь будет иметь весьма большое сопротивле-
ние, а коэффициент передачи ОУ будет наибольшим и равным
Добротность избирательного усилителя будет зависеть от ко-
эффициента передачи ОУ и добротности /?С-цепи:
Q ~ Qm Ки •
Очень узкие полосы режекции дает схема на рис. 46, в [2].
Для этой схемы частота резонанса
24. Синтез операционного преобразователя
второго порядка
Пусть имеется передаточная функция первого порядка следу-
ющего вида:
Ки (/(о) - А (/ш/Ш1+ 1)/(/<о/®2 + 1) = Кие>\ (42)
где Ки - A K(^/W1)2 +17/(w/co2)2 + 1'
модуль функции; (р — фазовый угол.
Выражение для Ки, дБ, имеет вид:
Ки = 20 1g А + 20 1g К(со/и1)2'+Т ~ 20 1g V (co/w2) + 1 .
Второй и третий члены можно представить в виде асимптот, так
как
при ю->0 201g "У(w/®i)2+ 1 — 20 1g 1 = 0;
20 lg V(©/co2)2 + 1 = 0;
при £0 IgK(а/иД2 + 1 « 20 lg (co/wj;
62
при ю > ©2 20 1g V (©/©2)2 4-1 as 20 1g (w/©2).
В точке сопряжения частоты toi характеристика идет вверх с
наклоном 20 дБ/дек, в точке со2 характеристика идет вниз с на-
клоном —20 дБ/дек.
Фазовая диаграмма функции (42)
Ф (со) = arctg (©/©х) — arctg (ю/©2);
при co<<Oi/10arctg(w/(Oi)as0;
при <о>1О&)1 arctg ((o/coj а?90°;
при ©<©2/10 arctg (ю/©2) ~0;
при ю>10©2 arctg (со/со2) «—90°:
Таким образом, асимптота от точки ©710 до точки Юсе»! пред-
ставляет собой прямую линию с наклоном 45 7дек и углом ф=45э
на частоте Юр Соответственно в диапазоне от ©2/10 до 10со2 она
представляет собой прямую линию с наклоном —45 °/дек и углом
Ф=—45 ° на частоте ©2.
Максимальная погрешность аппроксимации фазовой характе-
ристики наклонными прямыми составляет 5,7°, что значительно
меньше аппроксимации ступеньками.
Пример. Синтезировать частотно-фазовую характеристику вида
„ ,. . __ (/со/100) 4-1 (/<0/10 000)4-1
(/©/500)4-1 ° (/©/1000)4-1 ’ ( >
Решение 1, Обозначим частоты среза ©/=100, ш2=500, ю3=
= 1000, ©4=10 000.
Модуль функции, дБ,
Ки = 201g 10 4- 201g V(©/cox)24-l - 20 1g И(©/©2)2 4- 1~-
- 20 1g V(©/©з)2 4-1 4- 20 1g V(w/©4)2 4-1.
На рис. 47, а представлена кусочно-линейная аппроксимация
модуля функции (43).
Рис. 47. Построение аппроксимированных амплитудной (а) и фа-
зовой (б) характеристик операционного преобразователя второго
порядка.
63
Построение фазовой диаграммы
<Р (©) = arctg (со/(Of) — arctg (о)/о2) — arctg (co/cos) + arctg <оэ/со4) (44)
представлено на рис. 47, б.
Функция может быть реализована по схеме на рис. 48, а с ис-
пользованием двух ОУ.
Рис. 48. Реализация схемы операционного преобразователя второго
порядка на двух ОУ (а) и на одном ОУ (б).
Действительно, коэффициент передачи операционного преобра-
зователя можно представить как произведение двух сомножителей.
Коэффициент передачи первого ОУ
^вых1 (/®)Zt/Bx = ^2 (/®^?ХСХ OZRf (/®/?аСа НН О • (45)
Имеем: Rz/Rt~l, l//?iCi=100, 1//?2С2=500.
Примем Z?i=100 кОм, тогда Ci=0,l мкФ, Сг=0,02 мкФ.
Аналогично для второго ОУ имеем: /?з//?4=10, 1/2?зСз= 1000,
1/₽4С4= 10 000.
Приняв /?з=Ю0 кОм, найдем: /?4 = 10 кОм, Сз=0,01 мкФ, С4=
«=0,01 мкФ.
Решение 2. Покажем, что функцию можно реализовать на
одном ОУ [33].
Коэффициент передачи схемы рис. 48, б
Ru (/®) = ^г/
где
Z _ ___ z _____________________I__________________
а“ j(B/?3C3+ 1 1 ^(/©^Ci+lJ/oCJ^Gco^+l) •
После несложных преобразований будем иметь:
Л Гал = с* [(/a>)8+/a> (1 //?xCf+lZ^aCa+lZ^aCi)+l//?iCiP8C2]
“ C3 (/® + 1/ад(М4-1//?8С3)
(46)
64
Раскрыв в числителе (43) скобки, приведем его к аналогично-
му виду:
„ г ((W+l.blO^/co + lO6]
^«(Я)-о (/(о + 500)(/<о+ 1000) *
Сравнивая выражения (46) и (47), можем записать:
(47)
1//?аС2 = 500, = 10е, 1/₽3С3 = 1000,
1 /RtCi + 1 /R2C2 + 1 /R2Ct = 1, Ы0<.
Кроме того, при w->0 Ku= 10=/?з//?1.
Задавшись Rz=l кОм, найдем: Сг=2 мкФ, Ci=0,1315 мкФ,
/?t=3,8 кОм, 7?з=38 кОм, Сз=0,0265 мкФ.
Схема операционного преобразователя второго порядка изобра-
жена на рис. 48, б.
Глава
четвертая
СХЕМЫ С НЕЛИНЕЙНЫМИ И УПРАВЛЯЕМЫМИ
ОБРАТНЫМИ СВЯЗЯМИ
Имеется большое число применений ОУ в нелинейных цепях.
Сюда относятся схемы, в которых форма выходного напряжения
изменяется резко (скачком) при плавном изменении входного сиг-
нала. При помощи схем с нелинейной ОС можно аппроксимировать
передаточные характеристики, ограничивать выходные сигналы по
амплитуде, линеаризировать характеристики первичных преобразо-
вателей, производить нелинейные математические операции и т. д.
25. Ограничитель
Ограничитель должен сохранять неизменным выбранное значе-
ние выходного напряжения при увеличении входного сигнала. Ис-
пользование ограничения выходных напряжений в самом ОУ ис-
ключается, так как размах амплитуды слишком велик, имеет боль-
шой разброс и зависит от температуры.
В схеме на рис. 49 выходное напряжение ограничивается ста-
билитронами на уровне ± (Уст+0,7) В, где Уст — напряжение ста-
билизации стабилитрона; 0,7 В — падение напряжения на стаби-
литроне, смещенном в прямом направлении.
Если вместо одного из стабилитронов поставить диод, получим
односторонний ограничитель.
Для хорошего ограничения необходимо выбирать Rz значитель-
5—109 65.
Рис. 49. Ограничитель со стабилитронами в цепи ОС (а) и его вы*
ходная характеристика (б).
но большим внутреннего сопротивления стабилитрона и диода b
проводящем состоянии, но в то же время пренебрежимо маЛым по
сравнению с сопротивлением стабилитрона в запертом состоянии.
Следует отметить, что ограничители со стабилитронами в це-
пи обратной связи ОУ пригодны для работы на низких частотах.
26. Прецизионные выпрямители
Полупроводниковые диоды непригодны для выпрямления сиг-
налов менее 1 В. Для получения заметной проводимости на крем-
ниевые диоды нужно подать прямое смещение около 0,7 В, на гер-
маниевые — около 0,3 В.
При введении ОУ в выпрямительное устройство уменьшается
неидеальность вольт-амперной характеристики диодов.
Схема однополупериодного выпрямителя (рис. 50, а) [1] поз-
воляет уменьшить уровень открывания выпрямителя до значения
менее 1 мВ. Для положительной полуволны сигнала выходное на-
пряжение схемы равно нулю, так как диод Дг в этот период вре-
мени закрыт отрицательным выходным напряжением ОУ, а от-
крытый диод Д1 и резистор Rs шунтируют резистор /?г, исключая
его из цепи ОС. Для отрицательной полуволны сигнала диод Дг
открывается и выпрямитель работает как инвертирующий усили-
тель с коэффициентом передачи Ки=—Rz/Ri. Пороговое напряже-
ние диода Дг делится на коэффициент усиления петли, который
при Д1 = /?2 равен К. Следует отметить, что схема не является пре-
цизионным выпрямителем, если сигнал подавать на вход ( + ), так
как для отрицательного сигнала выходное напряжение равно
—Ubx, а для положительного +UBX[(R2/Rt) + 1].
При добавлении в схему на рис. 50, а сумматора-инвертора по-
лучается схема двухполупериодного выпрямителя (рис. 50,6).
В точке суммирования ОУг сигналы складываются и на выходе
ОУ г появляются только положительные полуволны.
Схема на рис. 50, в [34] выполняет функции двухполупериод-
ного выпрямления при подаче сигнала на входы ( + ). Усилитель
66
Рис. 50. Прецизионные выпрямители.
а — однополупериодный; б — двухполупериодный; в — двухполупериодный с
большим входным сопротивлением; «—двухполупериодный на одном ОУ.
ОУ! имеет коэффициент усиления, равный 1, для положительных
сигналов, и 2 —для отрицательных. Усилитель ОУ2 инвертирует и
усиливает в 2 раза сигналы с выхода ОУ1 и в то же время усили-
вает входной сигнал в 3 раза. В результате модуль общего коэффи-
67
5*
циента передачи для отрицательного и положительного сигналов по-
лучается одинаковым. Схема имеет входное сопротивление порядка
нескольких мегаом.
На рис. 5(\ а показана схема двухполупериодного выпрямителя
на одном ОУ [35]. В зависимости от знака сигнала открывается
диод Д1 или диод Д2. Положительная полуволна входного сигнала
через резисторный делитель подается на вход (+). Операционный
усилитель при этом работает как неинвертирующий повторитель.
Выходное напряжение положительно:
^еых — ^вх Я (/?//?+!)/(/? +Я) = [/вх.
Отрицательная полуволна входного сигнала подается через ре-
зисторный делитель на вход (—). Операционный усилитель при этом
работает как инвертирующий повторитель. Выходное напряжение по-
ложительно:
R R
Увых-Уи R + s R/2 -Un-
Ток через диод Д3 будет равен току через диод Д1 или Дг.
Падение напряжения на диоде Д3 компенсируется падением напря-
жения на диоде Д1 или Да. Остаточная погрешность вызывается
только неидентичностью характеристик диодов. При малых сигна-
лах погрешности возрастают из-за резкого увеличения сопротивле-
ний диодов.
27. Фазочувствительные выпрямители
Рассмотренные прецизионные выпрямители можно преобразо-
вать в фазочувствительные выпрямители (ФЧВ), заменив диоды на
ключи, коммутируемые в такт с частотой сигнала.
На рис. 51, а показана простая схема двухполупериодного ФЧВ.
С помощью ключа Ki периодически соединяется вход ( + ) с зем-
лей. Когда ключ замкнут, иВЫх=—L/BX. Когда ключ разомкнут,
1Л1ЫХ = + UbX-
На практике обычно используются бесконтактные ключи, выпол-
ненные на биполярных или полевых транзисторах. Можно исполь-
зовать, например, микросхемы 101КТ1, 143КТ1 и др.
• Схему на рис. 50, в можно превратить в ФЧВ, если заменить
диоды на ключи Ki и К2 (рис. 51,6). Пусть в первый полупериод
ключ Kt замкнут; а Кг — разомкнут. В этом случае ОУ1 работает
как неинвертирующий усилитель с коэффициентом передачи
(Я/Я) + 1=2.
68
Усилитель ОУг инвертирует это напряжение и усиливает в
2 раза. При положительном входном сигнале часть выходного на-
пряжения составит —
Одновременно на вход ( + ) ОУ г подается положительный сиг-
нал, который усиливается в 3 раза, т. е. эта часть выходного на-
пряжения составит 3£7вх. В результате выходное напряжение со-
ставит —(Увх.
Рис. 51. Фазочувствительные выпрямители.
а — двухполупериодный на одном ОУ; б — двухполупериодный с большим
входным сопротивлением; в — форма выходного напряжения двухполупериод-
ного выпрямителя с большим входным сопротивлением при изменении вход-
ного сигнала.
В следующий полупериод Kt разомкнут, Кг замкнут. В этом
случае ОУ1 работает как неинвертирующий повторитель. В точке
суммирования имеем сигнал —U3X, который инвертируется ОУг,
часть выходного напряжения составит + £/Вх. Одновременно на
вход (+) ОУг подается отрицательный сигнал, который усиливается
ОУг в 2 раза, т. е. эта часть выходного напряжения составит
—2(/вх. Результирующее выходное напряжение составит —UBx.
При смене фазы сигнала изменится полярность выходного на-
пряжения (рис. 51, в). Достоинством схемы является большое вход-
ное сопротивление.
Описанные схемы можно использовать в качестве амплитудных
модуляторов, если на вход подавать постоянное (медленно меняю-
щееся) напряжение, а переменным напряжением коммутировать
ключи.
28. Точный аналоговый ключ
Электронные ключи в состоянии «включено» имеют сопротивле-
ние около 100 Ом. В некоторых случаях такое значение сопротив-
69
ления неприемлемо. Операционный усилитель уменьшает сопротив-
ление открытого ключа до десятых долей ома.
Схема ключа [41] (рис. 52) открывается и закрывается проти-
вофазными управляющими напряжениями, подаваемыми на затворы
Рис. 52. Точный аналоговый
ключ на основе ОУ и МОП-
транзисторов.
МОП-транзисторов. Когда Tj вклю-
чен, а Тг выключен, выходное на-
пряжение равно инвертированно-
му входному сигналу. В этом по-
ложении ключ замкнут, его вы-
ходное сопротивление составляет
примерно 0,1 Ом.
Когда ключ разомкнут (7\
выключен, Тг включен), выход ОУ
подсоединяется к суммирующей
точке. Нагрузка изолируется от
входного сигнала и через резистор
обратной связи практически под-
соединяется к земле.
29. Функциональный преобразователь
Всякую нелинейную функцию можно представить в виде дис-
кретных линейных отрезков. Точность такой аппроксимации зависит
от числа линейных отрезков. Используемые на практике диодные
параллельные и последовательные ограничители имеют тот недо-
статок, что вследствие температурной зависимости вольт-амперных
характеристик диодов изменяется положение точек излома на ап-
проксимированной кривой.
/? Rq.c
Рис. 53. Прецизионный функциональный преобразователь (а) и его
выходная характеристика (б).
70
Более общий метод аппроксимации нелинейных функций ил-
люстрируется на рис. 53 [1]. В этой схеме можно независимо из-
менять как положение точек излома аппроксимированной кривой,
так и наклон (угловой коэффициент) прямолинейных отрезков.
В схеме использованы прецизионные однополупериодные выпрями-
тели (см. рис. 50, а), имитирующие характеристику идеального
диода. Изломы на границах отрезков резкие (без закруглений), и
их положение не зависит от температуры.
30. Логарифмические усилители
Для построения схем с логарифмической зависимостью исполь-
зуется вольт-амперная характеристика р-п-перехода. Эта характе-
ристика имеет вид:
I=l0\e T-U, (48)
где /о — обратный ток утечки р-п-перехода; фт— термический по-
тенциал.
Термический потенциал при Т=20°С равен 26 мВ.
При С7»26 мВ имеем:
I = l.e т;
(49)
In I = In /0 + (t//<pT); L/= фт (In / — In/0).
Выходное напряжение схемы на рис. 54, а равно напряжению
на диоде с обратным знаком.
Ток через диод I=UvlIR. Поэтому
t/вых = Фт In (С/вх//о/?). (50)
В десятичных логарифмах
(^вых= 2,3фт 1g (£7ВХ//О/?). (51)
Для схемы на рис. 54,6, вычисляющей антилогарифмы, можно
записать:
^вых=-/о^С,Вх/Фт- (52)
В десятичных логарифмах
и /2,3<₽
t/вых = -I0R-ю вх т. (53)
Из (50) очевидно, что имеются два температурных эффекта,
подлежащих компенсации: температурная чувствительность мас-
штабного коэффициента фт и температурная чувствительность по-
стоянной составляющей фт In /о.
Температурную чувствительность масштабного коэффициента
71
можно компенсировать с помощью терморезистора в цепи ОС, ко-
торый должен иметь 77<7?^0,3 %/°C. Температурную чувствитель-
ность постоянной составляющей компенсируют путем включения
дополнительного диода, через который пропускают неизменный тою
Если характеристики диодов согласованы, то член In /0 исключается.
Рассмотрим схему логарифмического усилителя на рис. 54, в [23,
Рис. 54. Логарифмический (а) и антилогарифмический (б) усилите-
ли, практическая схема логарифмического усилителя (в) его вы-
ходная характеристика (г).
40] . Она содержит инвертирующий ОУц в цепь ОС которого включен
транзистор Ti. Путем введения согласованного транзистора Т2 ком-
пенсируется член In /о. Усилитель ОУ г включен как неинвертирую-
щий буферный усилитель.
Для операции логарифмирования используется не абсолютное
падение напряжения на р-п-переходе, а приращение напряжения на
72
перепаде база — эмиттер согласованной пары транзисторов. При
увеличении дифференциального тока:
, , , ^бэг^т
1^1— ‘0е > 'К2— *ое
(54)
или
^61,б2 — Фт In к1/Ks) •
Ток 7к1 является входным током ОУ1, поэтому /к1 = 1Л»х/^1.
Ток /к2 определяется положительным напряжением питания и
резистором 7?г:
^К2 = ^п/^2*
Тогда напряжение Между базой и эмиттером
Д^бэ = Фт Ш (UBX RJRjUn) • (55)
Так как база транзистора Ti заземлена, приращение ДС7бэ по-
дается на вход ОУг, имеющего коэффициент передачи (/?1//?з) + 1.
Таким образом,
t/вых = Фт [(^4//?з) + 11 In (t/вх RzlRiUu)' (56)
В десятичных логарифмах
t/вых = 2, ЗФт [(Ri/Rs) + 111g (С/вх R2/RiUn)- (57)
Наклон логарифмической характеристики определяется сопро-
тивлением резистора Ri, а точка пересечения нуля — сопротивлением
резистора R2. Температурная нестабильность выходной характерис-
тики на рис. 54, а составляет примерно 0,3 %/°C. Для ее компенса-
ции следует последовательно с резистором R3 включить соответст-
вующее термосопротивление.
31. Аналоговое умножение и деление
Множительные устройства находят широкое применение в уз-
лах электронной аппаратуры. Основные методы выполнения опера-
ции умножения; логарифмический, разности квадратов, усреднения
прямоугольного напряжения, время-импульсный, нормировки токов
и переменной крутизны. Описание указанных методов содержится в
[1,10,49].
Метод переменной крутизны отличается схемной простотой, но
требует наличия согласованных по характеристикам пар биполяр-
ных или полевых транзисторов.
Элементом умножения схемы на рис. 55 [23] является тран-
зисторная пара Tt—Т2.
Коллекторный ток транзистора Тi
73
Продифференцировав It по Uoai, найдем:
dlJdU бЭ1 = /1/Фт- <59>
Если дифференциальное входное напряжение равно нулю, то
ток I, подаваемый на эмиттеры, равномерно распределяется между
двумя транзисторами, т. е. Л=//2.
Рис. 55. Умножитель на согласованной паре биполярных транзис-
торов.
Усилитель ОУ1 представляет собой преобразователь входного
напряжения l7Bxi в ток I. Если выполнить соотношение Ri(Ri+
,+Rs) —R2R3, то
Z = R^U R&R1 (60)
Приращение дифференциального тока
d^i dlt= (dUdUffez) • (61)
Фт z
С учетом того, что 1/вх2=<Шбэ1 — б/(7бэ2, Ra-Rs, найдем вы-
ходное напряжение
^вых ~ R%Rs ^bxi ^вхг/^фт R^R^. (62)
Нужно отметить, что пары резисторов Re—Ri и Re—Ra долж-
ны быть подобраны с точностью 0,1 %. Уравнение (62) справедливо
для малого сигнала, поэтому (7вх2 должно быть не более ±20 мВ,
что обеспечивает удовлетворительную линейность. Напряжение 17ВХ1
может быть только положительным.
Наилучшей совокупностью параметров обладают интегральные
умножители с нормировкой (отношением) токов [37].
74
Схема умножителя типа 525ПС1 представляет собой счетверен-
ный дифференциальный усилитель с перекрестными коллекторны-
ми связями. Путем логарифмирования и антилогарифмирования од-
ного из входных сигналов с последующим умножением его на дру-
гой входной сигнал обеспечивается выходное напряжение, пропор-
циональное произведению двух сигналов с учетом алгебраического
знака (четырехквадрантное умножение).
На рис. 56 изображена схема включения умножителя. На вы-
воды 9 и 4 подаются сигналы Ux и Uy. Коэффициент передачи по
Ч5В
Рис. 56. Аналоговый умножитель на основе микросхемы 525ПС1
с нормировкой токов.
Рис. 57. Схема квадратора для сигналов переменного напряжения.
каждому каналу можно регулировать резисторами и Ry. Резис-
торы Rt и /?2 определяют эмиттерные токи дифференциальных кас-
кадов и общий коэффициент передачи. На схеме указаны номиналы
резисторов для входных сигналов, изменяющихся в диапазоне
75
±10 В, общего коэффициента передачи, имеющего значение около
0,1, что обеспечивает выходное напряжение в пределах ±10 В.
Можно объединить выводы 3 и 13, включив резистор с сопротив-
лением 6,8 кОм. Выводы 8 и 12 предназначены для балансировки
нуля по каждому каналу. Точность перемножения составляет 2—
5 % в диапазоне температур ±60 °C.
Операционный усилитель, включенный на выходе умножителя,
преобразует дифференциальный токовый сигнал в выходное напря-
жение
= (63)
где Kt — коэффициент пропорциональности.
Умножитель можно использо-
вать для возведения сигнала в
квадрат, извлечения квадратного
корня, вычисления тригонометри-
ческих функций, удвоения частоты,
модуляции и т. д.
На рис. 57 изображена схема,
имеющая квадратичную зависи-
мость между входным и выход-
ным синусоидальными напряже-
ниями. Входной сигнал подается
на один из входов умножителя
через резисторный делитель, на
еле прецизионного выпрямления и
сглаживания.
Любой умножитель можно превратить в делитель, если исполь-
зовать схему, изображенную на рис. 58. На один из входов умно-
жителя подается выходное напряжение ОУ. В суммирующей точке
складываются два одинаковых тока: —U^i/R и (Увых^вхз//?. Для
нормальной работы схемы эти токи должны иметь противополож-
ную полярность.
32. Компараторы
В схемах компараторов используются ОУ с разомкнутой ОС.
На рис. 59, а приведена простейшая схема нуль-компаратора. Если,
например, напряжение насыщения ОУ составляет ±10 В и К=*.
= 10 000, то (7пор= 10/10 000=1 мВ. Подавая на вход схемы сину-
соидальный сигнал С7вх>20 мВ, на выходе получим практически
прямоугольное переменное напряжение. Для ограничения выходного
уровня в цепь ОС иногда включают стабилитроны или другие огра-
ничители.
Схема на рис. 59, в предназначена для сравнения разнополяр-
R
иМ
^8x2 Цвых /Умножц.-
тель идх^
, о
')/''V8bif~U8xi№8x2
Рис. 58. Метод аналогового
деления с использованием ум-
ножителя.
другой вход сигнал подается
76
ных напряжений. Входной сигнал t/BX и опорное напряжение 1)еп
подаются на вход (—). При 1/вхС^оп t/BMX==—Un&e, при t/Bx>t/on
t/вых +t/нас В момент равенства t/BX и Uoa ОУ находится в не-
устойчивом линейном режиме. Переключение компаратора происхо-
дит с некоторой задержкой, которая определяется временем переза-
Рис. 59. Нуль-компаратор (а) и форма его выходного напряжения
(6); компаратор разнополярных сигналов (в) и форма его выход-
ного напряжения (а).
ряда паразитных емкостей ОУ. Схема имеет низкое входное сопро-
тивление, но позволяет сравнивать большие сигналы без появления
смещения выходного напряжения от синфазной составляющей. Если
сигнал и опорное напряжение подавать на разные входы ОУ, можно
сравнивать сигналы одинаковой полярности. Сигналы 1/вХ и UOu при
Ьтом не должны превышать допустимого для данного ОУ синфазно-
го напряжения.
Часто возникает необходимость преобразовать аналоговые сиг-
налы в цифровые. Для этих целей целесообразно применять ин-
тегральные компараторы, являющиеся специализированными ОУ.
Обычные ОУ имеют большой размах выходного напряжения, что не-
приемлемо для управления логическими микросхемами. Выходное
напряжение компаратора может находиться только на стандартных
уровнях: логический 0 (—0,54-4-1,4 В) или логическая 1 (3—5 В).
Компаратор считается сбалансированным, если его выходное на-
пряжение находится в пределах 0,7—1,4 В (для ОУ выходное на-
пряжение должно равняться нулю). За счет сокращения амплитуд-
ного диапазона быстродействие компаратора выше быстродействия
стандартного ОУ, скорость отклика составляет около 50 нс.
На рис. 60, а показана основная схема использования компара-
тора типа 521СА2. На один из входов подается входной сигнал,
77
на другой — опорный. Когда входной сигнал превысит значение
опорного напряжения, выходное напряжение изменяется от +3,1
до —0,5 В.
Для исключения влияния помех в передаточную характеристи-
ку вводят некоторый гистерезис (рис. 60, г). Ширина петли гисте-
Рис. 60. Интегральный компаратор без гистерезиса (о) и с гисте-
резисом (в) и их выходные характеристики (б, г).
резиса берется несколько больше ожидаемой амплитуды помехи.
Гистерезис образуется за счет введения положительной ОС (резис-
тор /?3). Напряжения срабатывания и отпускания определяются по
формулам:
^ср = ^оп4~^г(3,1 — Uоп)/(₽2~Ь Я»)I (64)
^ОТП ~^ОП R% (~ 6,5 ^on)/(^2 ^зУ' (65)
Гистерезис
Д[/ = [/Ср-[/ОтП = 3,6/?2/(/?г + /?3). (66)
Для уменьшения влияния входного тока компаратора следует
выбирать
Ri^RMlRt + R*)-
Двойной компаратор типа 521СА1 содержит два одинаковых
компаратора, схемы которых аналогичны схеме компаратора 521СА2.
Он удобен для построения двухпороговых схем, имеющих симмет-
ричный отклик на положительный и отрицательный сигналы. Разли-
чие компараторов 521СА1 и 521СА2 заключается в построении це-
78
пей ограничения выходного каскада, а также наличии у компарато-
ра типа 52ICA1 входов стробирования.
На рис. 61, а приведена схема детектора-ограничителя по двум
уровням без гистерезиса, а на рис. 61, в —с гистерезисом. Напря-
жения нижнего й верхнего пределов подаются на входы двойного
компаратора. Если входное напряжение превышает верхний предел
Rs 510
+4-6 В
Строб1
Ri 510
Rs 510 8
5
+Ог
+12 В
\r427k
6
+12 В
Rl510
521СА1
—о
^вых
12
1
9
Строб2
~6 В
42 В R224k
Рис. 61. Двойной интегральный компаратор без гистерезиса (а) и
с гистерезисом (в) и их выходные характеристики (б, г).
или становится меньше нижнего предела, выходное напряжение ста-
новится равным около +3 В. При расчете положительных поро-
гов срабатывания и отпускания в схеме на рис. 61, в справедливы
уравнения
ил •ад .
ср + Ъ + Ъ > (О/)
и _ . ЯП—о,5-ад6/(/?г +ад
0ТП + /?5 /?1 + Я2 • (00)
Задавшись значениями сопротивлений резисторов #5, из
79
(67) и (68) можно определить:
=/?г(3,6 —А€/)/ДС7; R4 = n3R6(R2-R1)7(ncpRi-3,lR1).
Значения отрицательных порогов срабатывания и отпускания
рассчитываются по этим же формулам с учетом знака опорного на-
пряжения.
Рассмотренные пороговые схемы можно реализовать на обыч-
ных ОУ и стабилитронах. Рассмотрим схему детектора нулевого
Рис. 62. Полупроводниковое реле (а) и его выходная характерис-
тика (б).
уровня с гистерезисом (рис. 62), называемую бесконтактным реле
[44].
Напряжение на входе (—) равно:
Напряжение на входе ( + ), определенное методом наложения,
равно:
(/?8 + Ъ) + ^вых/ (Кд + R4) •
Так как дифференциальное напряжение ОУ равно нулю, то
Пвх = Rg (Кз + Ri) Uon/Ki (Ki + Кг) - R3HBbIX/R4.
Для уменьшения напряжения смещения от входного тока необ-
ходимо, чтобы
R\Rg/(К1 4” Rg) — R3R4 (Rg R4);
Пер ~ Ki (Rg 4- Ri) Uon/Ki (Ki 4“ Rg) KgUminJRi',
Потп — R2 (R3 4“ Ki) Uon/Ki (Ri 4- Rg) — RgUmax/Rf
Решая совместно последние уравнения, найдем:
Ki — Rg (Umax Umin)/ (Uср Потп); (69)
«1 = ~й /p' + и /R = (7o)
k'cp/'vs r Umtnl “i
n __ Rl (H0T n Ri 4“ Umax Rg)
W»+ л«>-Чои я<-Umax’
80
Пример. Рассчитать схему бесконтактного реле со следующими
параметрами: L'cp=3 В, (70Тп— ,0,5 В, [Д>п=-М5 В, /?3 = Ю кОм.
На выходе использовать стабилитрон типа Д818 (Umax=9 В,
Umin = —0,7 В).
Решение. Из (69):
Из (70)ч-
15
К'~ 3/10 - 0,7/38,8 - 53'2 кОм-
Из (71):
„ 53,2 (0,5-38,8 + 9-10) п Л
2~ 15 (10 + 38,8) —0,5-38,8 —9-10 “ ’ К
Схема на рис. 63 имеет характеристику трехпозиционного по-,
ляризованного реле. Здесь ОУ совмещает функции усилителя посто-
Рис. 63. Трехпозиционное поляризованное реле (а) и его выходная
характеристика (б).
янного тока и компаратора с гистерезисом. Два транзистора выпол-
няют роль токовых компараторов. С коллекторов этих транзисто-
ров снимается напряжение положительной ОС.
В исходном состоянии выходной сигнал равен нулю, транзисто-
ры 1\ и Т2 насыщены, напряжение между резисторами Ri2 и /?!3
равно нулю. При увеличении сигнала положительной полярности
выходное напряжение ОУ также будет возрастать. Если выбрать
/?в==27?8, то при выходном напряжении около Ua/2 транзистор Т2
начнет закрываться. Половина коллекторного напряжения через
резисторы /?5, Rz прикладывается к входу (—) ОУ, что равносиль-
но увеличению положительного входного сигнала.
6—109
81
Развивается регенеративный процесс, и выходное напряжение
скачком возрастает до 4-ПНас, а на коллекторе транзистора А
скачком устанавливается отрицательное напряжение —При
уменьшении входного сигнала ОУ возвращается на линейный учас-
ток также скачком, образуя петлю гистерезиса. По обоим каналам
чувствительность регулируется резистором /?з, а ширина петли гис-
терезиса — резистором fa.
Если выбрать /?12=^1з, /?э=2/?8, /?8=4~6 кОм, /?3>/?2, »
» U ЭБ, то
Пср=Пп7?2/2Р3; (72)
ДП = С/п/?2/2Р5. (73)
Из (72) и (73) находим:
Я3 = Пп7?2/2Пср; (74)
/?6 = С/п/?2/2ДС/. (75)
33. Широтно-импульсный модулятор
Широтно-импульсный модулятор преобразует входной сигнал в
последовательность импульсов, ширина которых зависит от ампли-
туды входного сигнала. В схеме, описанной в [6], несущая часто-
та, имеющая форму меандра, подается на вход ОУ1, включенного
по схеме интегратора (рис. 64). На выходе интегратора получают-
ся треугольные импульсы. Благодаря наличию резистора 7?3 эти
импульсы поддерживаются симметрично относительно земли.
Треугольные выходные импульсы интегратора подаются на один
из входов компаратора, а входной сигнал — на другой. Компара-
82
тор переключается, когда амплитуда входного сигнала становится
равной амплитуде треугольных импульсов. При нулевом входном
сигнале скважность импульсов равна 0,5. При максимальном по-
ложительном сигнале скважность около 1, при отрицательном, рав-
ном амплитуде треугольного импульса, скважность около нуля. Но-
минальные значения элементов схемы соответствуют несущей час-
тоте 100 кГц при скважности до 0,99.
34. Цифро-аналоговые преобразователи
Двоичные числа (логическая 1 и логический 0) с выхода циф-
ровых систем преобразуются в эквивалентные аналоговые напряже-
ния при помощи схемы ЦАП. Схема обычно содержит матрицу на
резисторах, управляемые ключи, источник опорного напряжения и
ОУ. Для резистивной матрицы (рис. 65, а) требуется меньшее число
Рис. 65. Цифро-аналоговый преобразователь с разными номина-
лами резистивной матрицы (а) и с номиналами резистивной мат-
рицы R и R/2 (б).
резисторов, но с разными номиналами. Выходное аналоговое на
пряжение для этой матрицы определяется выражением [46]
Ua + 2Ub + 4Uc + 8Ud
вых - J + 2 + 4 + 8 + ...
(76)
Если каждый цифровой выход Ua—Ud принимает значение
15 В или 0, то выходное напряжение равно 1 В при двоичном чис-
ле 0001 (десятичное число 1), равно 5 В при двоичном числе 0101
(десятичное число 5) и т. д.
Для ЦАП на рис. 65, б требуется больше резисторов, но с но-
миналами только R и R)2. Выходное напряжение этого ЦАП
uA + wB+wc+wD
U вых — 2п 1
(77)
где п — число цифровых входов.
Последовательное изменение дискретных выходных напряже
6*
83
ний в порядке возрастания чисел даст иа; выходе ступендато-нарвс-
тающее напряжение. ...
Операционный усилитель в схемах ЦАП выполняет роль согла-
сующего каскада, развязывающего резистивную матрицу от низко-
омной нагрузки. При необходимости увеличить выходное напряже-
ние ОУ включают усилителем. В качестве переключателей исполь-
зуются электронные ключи на биполярных или полевых транзис-
торах.
35. Аналого-цифровой преобразователь
Аналого-цифровой преобразователь переводит аналоговое на-
пряжение в цифровую форму, пригодную для ввода в ЭВМ. Су-
ществует несколько методов преобразования аналоговых сигналов
в цифровые [1].
Одна из схем АЦП изображена на рис. 66. Напряжение на ре-
версивном двоичном счетчике возрастает от каждого тактового им-
Рис. 66. Аналого-цифровой преобразователь с реверсивным
счетчиком.
пульса, когда на вход счетчика от компаратора ОУг подается по-
ложительное напряжение около 4-3 В. И, наоборот, напряжение на
счетчике уменьшается от каждого тактового импульса, если от ком-
паратора подается низкий уровень около —0,5 В.
На вход (4-) ОУ1 поступает напряжение резистивной цепи, ко-
торое сравнивается с аналоговым входным напряжением UBX. Если
последнее превышает напряжение резистивной цепи, на выходе ком-
паратора ОУ2 будет напряжение около 4-3 В, счетчик будет счи-
тать в прямом направлении, а напряжение резистивной цепи уве-
личиваться.
Если UBX меньше напряжения резистивной цепи, то на выходе
компаратора ОУг будет низкий уровень около —0,5 В, а на выхо-
де компаратора ОУз около 4-3 В. Счетчик будет считать в обрат*
ном направлении, а напряжение резистивной цепи уменьшаться.
84
Обратная связь поддерживает выходное напряжение резистив-
ной цепи примерно равным аналоговому входному напряжению.
Поэтому сигнал на выходе реверсивного счетчика представляет со-
бой цифровой эквивалент аналогового входного напряжения.
36. Генераторы синусоидальных колебаний
На практике широкое распространение получили генераторы
синусоидальных колебаний на основе моста Вина. Трудность по-
строения стабильных по амплитуде генераторов состоит в том, что
необходимо иметь глубину отрицательной ОС, равную глубине по-
ложительной ОС. Даже малые нарушения этого условия приведут
к искажениям или срыву генерации. Для автоматической регули-
ровки усиления используются полевые транзисторы и диоды.
Рис. 67. Генераторы синусоидальных колебаний с регулировкой
усиления на полевом транзисторе (а) и на кремниевых дио-
дах (б, в).
Выходное напряжение генератора на рис. 67, а выпрямляется
диодом Д1, фильтруется конденсатором С* и подается на затвор
полевого транзистора. С повышением выходного напряжения со-
противление перехода сток — исток увеличивается, а коэффициент
передачи усилителя падает.
Если /?iCi=7?2C2, то частота генерации
f= 1/2^01. (78)
Уровень выходного напряжения определяется отношением со-
противлений резисторов Rs/Re и характеристикой полевого тран-
зистора. С указанными на схеме номиналами резисторов генератор
работает на частоте 1 кГц с выходным напряжением около 2 В.
В схеме на рис. 67, б функции АРУ выполняют кремниевые дио-
ды [46]. Когда выходное напряжение мало для открывания дио-
дов, ОУ имеет большой коэффициент передачи, так как сопротив-
85
С учетом того, что коллекторный ток /из значительно больше
входного тока UBX/Ri, т. е. Rt/Ur&Ri/Uвх, найдем частоту преоб-
разователя
/«{/’вх (Jb + RJ/CtiWJi.
(80)
Глава
пятая
СХЕМЫ С ЕМКОСТНЫМИ ЯЧЕЙКАМИ ПАМЯТИ
40. Амплитудный детектор
В технике точных измерений часто требуется измерить ампли-
туду сигнала. Использование ОУ в схемах амплитудных детекторов
позволяет значительно повысить точность измерений.
Простейшая схема детектора с ОУ изображена на рис. 70, а.
Здесь ОУ включен как неинвертирующий повторитель с единичным
Рис. 70. Амплитудный детектор (а), его выходная характеристика
(б) и практическая схема амплитудного детектора (в).
усилением. Слежение за амплитудой входного сигнала происходит
до момента, когда этот сигнал достигает максимального значения.
Если сигнал начнет уменьшаться, диод Д1 закроется и напряжение
на конденсаторе будет удерживаться на уровне максимального
значения.
Практические схемы содержат еще буферный повторитель, пре-
дотвращающий разряд конденсатора на нагрузку. В высококаче-
ственных амплитудных детекторах предусматривается ключ, кото-
рый периодически разряжает конденсатор, чтобы обновить инфор-
мацию об амплитуде сигнала.
Практическая схема амплитудного детектора изображена на
рис. 70, в. В качестве буферного повторителя использован транзис-
88
тор, охваченный общей ОС. Постоянная времени заряда
^зар = О (₽вых Н" *д),
где /?Вых — выходное сопротивление ОУ (менее 400 Ом), 7?д — внут-
реннее сопротивление диода (примерно 50 Ом).
Постоянная времени разряда тРаз~ CR.
При отсутствии сигнала нулевой уровень на выходе устанавли-
вается с помощью резистора Ri.
41. Формирователь задержанных импульсов
Схема, изображенная на рис. 71 [43], может использоваться
для временной задержки импульса.
Усилитель ОУ1 представляет собой компаратор, формирующий
входные импульсы с напряжениями положительного и отрицатель-
ного насыщения.
Рис. 71. Формирователь задержанных импульсов (о) и форма на-
пряжений в его схеме (б).
Выходное напряжение повторяет положительные и отрицатель-
ные перепады входного сигнала с задержкой около 0,3 RtCi. При
изменении полярности входного сигнала от —UBx до +£/вх напря-
жение на входе ( + ) ОУ 2 увеличивается по экспоненте с постоян-
ной времени RiCt. Как только напряжение на входе ( + ) пересе-
чет нулевой уровень, выходное напряжение меняется от —ивых до
+ t/вых. Стабилитрон Дз ограничивает положительный всплеск на-
пряжения на входе (+). При изменении полярности входного на-
пряжения от +ив* до —1/вх конденсатор Ct разряжается с посто-
янной времени RtCt. Как только напряжение на входе ( + ) перей-
дет нулевой уровень, выходное напряжение резко изменит поляр-
ность на отрицательную, и т. д. Равенство задержек исключает появ-
ление в выходном напряжении временных смещений. Диоды Дь Дг
и стабилитроны Д3, Дь должны иметь одинаковые характеристики.
89
При указанных на схеме номиналах элементов время задерж-
ки регулируется от 50 до 400 мкс. Увеличивая емкость конденсато-
ра С1г время задержки можно увеличить до 1 с. Резисторы /?2 и
₽з ограничивают выбросы тока и не оказывают существенного
влияния на время задержки.
42. Схемы выборки с запоминанием
Для некоторых электронных схем недопустимо изменение вход-
ного сигнала во время измерения. Схема выборки с запоминанием
(рис. 72, а) обеспечивает слежение за амплитудой входного сигнала
во время выборки (ключ замкнут) и последующее хранение теку-
щего значения этого сигнала по команде управляющего напряже-
Рис. 72. Схема выборки с запоминанием (а), ее выходная харак-
теристика (б) и схема выборки с запоминанием с большим вход-
ным сопротивлением (в).
ния. В режиме хранения (ключ разомкнут) сигнал практически не
изменяется. В качестве ключа могут использоваться контакты реле
или ключевые схемы на полевых транзисторах. Недостатком схемы
на рис. 72, а является малое входное сопротивление. Более совер-
шенна схема с двумя ОУ (рис. 72,6). Она содержит два противо-
фазно управляемых ключа [1]. В режиме выборки Kt замкнут, а
Кг разомкнут. Первый ОУ1 работает с максимальным выходным
током до полного заряда конденсатора. В режиме хранения со-
стояние ключей меняется; при этом ключ Кг обеспечивает обрат-
ную связь для ОУ1. Схема имеет большое входное сопротивление.
Конденсатор С должен иметь малый ток утечки, а ОУг — малый
входной ток.
43. Ждущий мультивибратор
На выходе схемы, изображенной на рис. 73, а, образуется им-
пульс определенной длительности при подаче на вход запускающе-
го импульса. В отсутствие входного сигнала ОУ находится в со--
90
стоянии отрицательного ограничения (для микросхемы типа
521СА2 это составляет около —0,5 В), так как на вход ( + ) пода-
но отрицательное опорное напряжение — Uou.
Если на вход подать отрицательный импульс с амплитудой, пре-
вышающей опорное напряжение,- выходное напряжение ОУ скачком
увеличится до положительного ограничения. За счет положитель-
Рис. 73. Ждущий мультивибратор (а), релаксационный генератор
(в) и формы их выходных напряжений (б, г).
/?2
-о
’ь/Х
1
ной обратной связи через резистор /?3 и конденсатор С2 возникает
лавинообразный процесс, переводящий ОУ в состояние положи-
тельного ограничения. Это состояние сохраняется на определенное
время. По мере разряда конденсатора С2 через резисторы /?3 и Кг
напряжение на входе ( + ) уменьшается. Как только оно достигнет
нуля, возникает обратный лавинообразный процесс.
Длительность выходного импульса можно рассчитать по фор-
муле
т = (Я2 + К3) С2 In [А[/ВЫХ /?2/С/оп (К2 + (81)
где Д(7вых — перепад выходного напряжения (для микросхемы
521СА2 А1/ВЫХ«3,5 В).
Рекомендуется выбирать /?3~ 157?г.
44. Релаксационные генераторы
На основе ОУ можно строить простые автогенераторы. Они
обычно содержат цепи положительной и отрицательной обратной
связи. Положительная ОС обеспечивает лавинообразный переход
91
схемы из одного состояния в другое, а отрицательная ОС опреде-
ляет период колебаний генератора.
На рис. 73, в показана схема генератора на основе Компара-
тора типа 521СА2. Цепь положительной ОС содержит делитель Rs,
Ri, а цепь отрицательной ОС — интегрирующую цепь Ri, Rz, С.
Период колебаний генератора определяется временем, в тече-
ние которого конденсатор заряжается под воздействием выходного
напряжения до уровня RiUmaxKRs+Rt):
т = 2 -^-С1п-------------------. (82)
Для микросхемы 521СА2 типовое значение Л(Л>ых=3,5 В,
Цтах=+3 В, t/mjn = —0,5 В.
При С/оп=—6 В схема генерирует симметричные прямоуголь-
ные импульсы, если выбрать Т?2« 102?ь Rs=Ri—l кОм.
В этом случае период колебаний можно рассчитать по упро-
щенной формуле
T~2,7RtC. (83)
Схема работоспособна до частоты 5 мГц.
В схеме генератора, показанной на рис. 74, а [45], ОУ выпол-
няет функции компаратора. Элементы Rlt R2, Ct определяют часто-
ту генератора. Цепь положительной ОС образована резисторным
делителем R3, Rt. Амплитуда генерируемых импульсов определяет-
Л 7 дггз
Рис. 74. Релаксационный генератор с регулируемой скважностью
(а), форма его выходного напряжения (б) и параметры выходного
напряжения при изменении емкости (в).
Ci Timin Т1 + Т2
мкФ МКС мс
0,0027 7,0 0ft
0,0100 21,3 2ft
0,0560 128ft 13ft
0,1000 212,0 21,7
0,3800 690ft 70,9
1,0000 2130,0 218,0
в)
92
ся напряжениями положительного, и отрицательного насыщения.
Частота генератора меняется в пределах пяти декад путем измене-
ния емкости, а точная установка частоты регулируется резистором
Rt. Коэффициент заполнения импульсов Ti/fTi+Ta) регулируется
резистором /?2 в пределах от 0,1 до 0,9. Стабильность частоты ге-
нерации не более 1 % при стабильности источников питания око-
ло 1 %.
Г л а в а
шестая
НЕКОТОРЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ
ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ОУ
45. Требования к источникам питания
Для питания ОУ обычно требуется два источника питания: по-
ложительное + 1/п и отрицательное —17п относительно земли или
общей точки схемы. Обычно на схемах условно источники питания
не показывают.
Ряд параметров ОУ зависит от стабильности источников пита-
ния. Поэтому последние должны быть хорошо отфильтрованы и
стабилизированы. Как правило, допускается разброс значений на-
пряжения питания в пределах ±10 % и пульсации не более 5 мВ
эффективного значения. В отдельных случаях допускается исполь-
зование ОУ в широком диапазоне питающих напряжений, например,
от ±3 до ±20 В.
Для предотвращения паразитной генерации по цепям питания
около каждого ОУ рекомендуется заблокировать цепи питания
4-[/п и —1/п конденсаторами емкостью 0,01—0,05 мкФ.
Проводники печатной платы, подводящие напряжение питания,
могут служить источником токов утечки. Для схем, чувствительных
к малым токам, нужно предусмотреть защиту входов ОУ от токов
утечки. Защиту целесообразно выполнить в виде проводящего коль-
ца печатной дорожки, которое располагают вокруг входов ОУ и
соединяют с землей.
46. Защитные цепи
Превышение предельных режимов работы приводит к выходу
из строя ОУ вследствие электрического или теплового пробоя по-
лупроводниковых переходов. Для защиты от всплесков дифферен-
циального сигнала при переходных процессах между входами ОУ
93
можно включить встречно-параллельные диоды. Пока сигналы ма-
лы, диоды не проводят ток. Большие входные сигналы откроют
диоды, й дифференциальное напряжение будет ограничено прямым
падением напряжения на каждом диоде.
Современные ОУ имеют встроенную защиту от короткого за-
мыкания на выходе. Операционные усилители, не имеющие такой
защиты, выйдут из строя при замыкании нагрузки. Защитой ОУ от
перегрузки по выходу является резистор сопротивления 200 Ом»
включенный последовательно с выходным зажимом в цепь ОС. Та-
кое включение практически не увеличивает выходное сопротивле-
ние ОУ.
47. Балансировка
Реальный ОУ имеет при нулевом сигнале некоторое постоян-
ное напряжение, обусловленное разбалансом внутри схемы ОУ.
Это смещение обычно нежелательно, и его компенсируют баланси-
ровкой нуля ОУ.
Схема, изображенная на рис. 75, а, предназначена для баланси-
ровки ОУ при внутреннем сопротивлении источника сигнала менее
10 кОм. Номинал резистора 7?з в 1500 раз больше номинала резис-
Рис. 75. Схемы балансировки ОУ при внутреннем сопротивлении
источника сигнала до 10 кОм (а) и свыше 10 кОм (б).
тора 7?1. При напряжении питания ±15 В схема обеспечивает сме-
щение нуля на входе в пределах ±10 мВ.
На рис. 75, б показана схема балансировки при большом внут-
реннем сопротивлении источника сигнала. Потенциал с движка ре-
зистора R5 делится делителем RSt Ri до уровня ±10 мВ.
В некоторых современных ОУ предусмотрены специальные вы-
воды балансировки, куда подсоединяют крайние выводы потенцио-
метра. Движок потенциометра подключают к определенному выво-
ду источника питания. Путем регулировки этого потенциометра
можно настроить выход ОУ на нуль.
04
48. Рекомендации по установке и монтажу
Установка микросхемы ОУ на печатную плату производится с
зазором не более 3,5 мм. Крепится микросхема путем припайки
отформованных выводов. При формовке выводов необходимо обес-
печивать их неподвижность между корпусом и местом изгиба. Из-
гиб вывода допускается производить на расстоянии от корпуса до
центра окружности изгиба не менее 1 мм, радиус изгиба должен
быть равен 1 мм.
Лужение выводов рекомендуется производить методом погру-
жения в расплавленный припой на время не более 2 с. Расстояние
от корпуса до зеркала припоя должно быть не менее 1 мм. Интер-
вал между двумя погружениями — не менее 5 мин. Температура
расплавленного припоя должна быть не более 250 °C.
При пайке микросхемы одножальным паяльником температура
жала не должна превышать 280 °C. Время касания каждого выво-
да должно быть не более 3 с. Интервал между пайками соседних
выводов — не менее 10 с. Жало паяльника должно быть заземлено.
Запрещается подведение к корпусу и неиспользуемым выводам
микросхемы каких-либо электрических сигналов.
Микросхемы в блоках аппаратуры рекомендуется покрывать
несколькими слоями лака типа УР-231 или Э-4100, обеспечивающи-
ми коррозийную стойкость в условиях повышенной влажности.
49. Условия эксплуатации
Ниже приводятся типовые условия эксплуатации микросхем
К группе А относятся ОУ специального назначения, к группе Б —
ОУ широкого применения.
Воздействие А Б
Температура окружающей
среды.......................
Относительная влажность
воздуха ....................
Вибрация в диапазоне частот
с ускорением ...............
Многократные удары с уско-
рением .....................
Линейные нагрузки с уско-
рением .....................
Одиночные удары с ускоре-
нием .......................
Акустические шумы в диапа-
зоне частот с уровнем звуко-
вого давления до 100 дБ . *
От —60 От —10
до 4-125 ₽С до 85° С
98% при 40 РС 98% при 25 °C
5 Гц—5 кГц. 1—600 Гц.
До 40g До 10g
До 150 g До 75 g
До 150 g До 25 g
До 1000 g —
50 Гц—10 кГц —•
95
приложение
50. Типы корпусов ОУ
Габаритные чертежи используемых корпусов изображены на
рис. 76: на рис. 76, а — круглый металлостеклянный корпус 301.8-1
или 301.8-2 (масса не более 2 и 1,5 г соответственно); на
рис. 76,6 — круглый металлостеклянный корпус 301.12-1 (масса
не более 1,5 г); на рис. 76, в — прямоугольный металлостеклянный
корпус 151.15-4 (масса не более 4,5 г); на рис. 76,г — прямоуголь-
ный пластмассовый корпус 201.14-1 (масса не более 1,1 г); на рис.
76, д — прямоугольный керамический корпус 402.16-6 (масса не бо-
лее 1г).
На рис. 77 изображено бескорпусное оформление ОУ. Микро-
схемы герметизированы компаундом. Нумерация выводов соответ-
ствует нумерации выводов схемы включения и нумерации контакт-
ных гнезд транспортировочной тары. Длина выводов микросхем за
пределами кристалла 13±1 мм. Масса микросхемы не более 10 мг.
51. Справочные сведения о некоторых отечественных ОУ
Для каждого типа ОУ приводятся схема включения, сведения
о частотной коррекции, электрические параметры, предельно допус-
тимые режимы, а также тип корпуса.
Для всех ОУ, кроме компараторов, указываются следующие
электрические параметры.
Наименование параметра
Коэффициент усиления . ......
Выходное напряжение, В ..... .
Ток потребления, мА.............. .
Напряжение смещения, мВ .... .
Входной ток, нА.......................
Разность входных токов, нА .... .
Входное сопротивление, МОм , . > .
Выходное сопротивление, Ом . . . .
Температурный дрейф напряжения сме-
щения, мкВ/°C.........................
Частота единичного усиления, мГц . .
Напряжение питания, В.................
Входной дифференциальный сигнал, В .
Входной синфазный сигнал, В . . . .
Сопротивление нагрузки, кОм , . , ,
Обозначение
К
^ВЫХ
I пот
Нем
1 вх
д/ВХ
^?вх
^вых
Д^см/ДГ
иа
И»*
«НФ
Для компараторов указываются следующие
раметры.
электрические па-
96
Рис. 76. Типы корпусов ОУ.
Рис. 77. Конструктив-
ное оформление бескор-
пусных ОУ.
7—109
Наименование параметра Обозначение
Коэффициент усиления.............. . К
Выходное напряжение логической едини-
цы, В ................................ (Л
Выходное напряжение логического ну-
ля, В .............. ..... и°
Ток потребления, мА.......... /пот
Напряжение смещения, мВ .... . [/сМ
Входной ток, нА............... /вх
Разность входных токов, нА... Л/их
Время задержки выключения, нс . . /°-1
Напряжение питания, В.............. 1/п
Входной дифференциальный сигнал, В . 1/Дф
Входной синфазный сигнал, В . . . , 1/Сф
Сопротивление нагрузки, кОм .... Ли
Логические уровни строба, В . . . , U®n
Все параметры даны для температуры (25±10) °C при номи-
нальных значениях напряжения питания и нагрузки. Емкость нагруз-
ки не более 100 пФ.
Далее с целью сокращения приводятся только обозначения па-
раметров.
140УД1, К140УД1
Один из первых отечественных ОУ общего применения. Имеет
небольшой коэффициент усиления, малую амплитуду неискаженного
выходного напряжения, большой входной ток. Однако до сих пор
широко используется в разнообразной аппаратуре.
Ci
о—
Увх
о—
Ц
&~6,ЗВ(-12,6В)
о
12 ивых
R-1 о
Схема включения приведена на рис. 78, а. На ней показано под-
ключение основной цепи частотной коррекции. Для этой цепи реко-
мендуются следующие значения элементов: 1
Ки..................... ±1 ±10 ±100
Ом................. 75 330 620
Cit пФ................ 1000 510 100
98
Для рабочих частот менее 1 кГц рекомендуется частотная кор-
рекция путем подсоединения емкости 1000—2200 пФ между выво-
дом 3 и землей (рис. 78,6).
Для расширения частотного диапазона, например, в видеоуси-
лителях рекомендуется частотная коррекция, показанная на схеме
рис. 78, в. Коэффициент передачи схемы
= (T?2/Z?i) + 1.
Электрические параметры
Обозначение Допуск 140УД1* К140УД1*
А Б А Б в
Л 900 2000 500 1350 8000
^ВЫХ> В +3,5; —3 +8; —6,3 ±2,8 ±5,7 ±5,7
7 пот > М-А 4,2 8 4,2 8 8
77см, мВ 7вх, нА ±7 ±7 ±9 ±9 ±9
5000 8000 7000 9000 9000
А7 Вх > нА ±1500 ±1500 ±2500 ±2500 ±2300
МОм 0,004 0,004 0,004 0,004 0,004
7?вых> Ом Д7/сМ/Д7\ мкВ/°C 700 700 700 700 700
20 20 30 30 30
fl, МГц 3 8 3 8 8
Uui В ±10% ±6,3 ±12,6 ±6,3 ±12,6 ±12,6
£7дф, В ±1,5 ±1,5 ±1,5 ±1,5 ±1,5
исф, В ±3 ±3 ±3 ±3 ±3
7?и, кОм i 5 5 5 5 5
* Чертеж корпуса дан на рис. 76, б.
140УД2, К140УД2
Операционный усилитель общего применения среднего класса
точности.
Схема включения приведена на рис. 79, а.
Для инвертирующего повторителя и схем масштабного усиле-
ния рекомендуется частотная коррекция по схеме на рис. 79, б при
следующих значениях элементов:
7*
99
Ku.....................
/?1, Ом................
Cj, пФ.................
С2, пФ.................
С3> пФ.................
—1 ±10 ±100
470 470 470
15 000 6800 6800
2200 1000 470
15 000 15 000 6800
Для неинвертирующего повторителя (Ки = + 1) следует ис-
пользовать схему частотной коррекции, приведенную на рис. 79, в,
где указаны значения элементов.
Электрические параметры
Обозначение 140УД2* К140УД2А* К140УД2Б*
К >35 000 >35 000 >3000
Свых> В . . . . <±Ю <±10 <±3
1 ПОТ > .... <8 <8 <5
Сем» мВ <±5 <±5 <±7
/вх> нА <700 <700 <700
Д/ВХ, нА ... . <±200 <±200 <±200
/?вх, МОм.... >0,3 >0,3 >0,3
^вых>Ом • • • • <100 <100 <100
A(/cm/A7>k3/0C. <20 <30 <30
Л, МГц. ... . >1 > 1 > 1
иа, в ±12,6±1,26 ±12,6±1,26 ±6,3±0,63
Сдф, в <±4 <±4 <±1,5
Ссф> В <±6 <±6 <±3
/?п, кОм . . . . >1 >1 >1
* Чертеж корпуса дан на рис. 76, а.
140УД5, К140УД5
Операционный усилитель общего применения среднего класса
точности. Имеет высокоомный (контакты 8, 11) и низкоомный (кон-
такты 9, 10) входы. Соответственно образуются группы А и Б. При
использовании низкоомного входа контакты 8, 11 подсоединяются
соответственно к контактам 9, 10.
Схема включения приведена на рис. 80, а.
fy200
100
Для инвертирующего повторителя и схем масштабного усиле-
ния рекомендуется частотная коррекция по схеме на рис. 80,6 при
следующих значениях элементов:
Ка *0*99*4 —1 ±10 ±100
*1, Яз, кОм .... 1,2 1,2 1,2
Ci, с2, пФ 270 270 270
с3, пФ <•••••• 30 24 10
Для неинвертирующего повторителя (/(«= + !) следует исполь-
зовать схему частотной коррекции, приведенную на рис. 80, в, где
указаны значения элементов.
Электрические параметры
Обозначение Допуск 140УД5* К140УД5*
А Б А Б
К 1500 2500 500 1000
Свых, В +6; +6; +6,5; +6,5;
—4 —4 —4,5 -4,5
/ПОТ, мА 10 10 12 12
мВ ±8 ±5 ±10 ±5
/вх, нА 1100 6000 5000 10000
Д/ВХ, нА ±300 ±1800 ±1000 ±5000
7?вх, МОм 0,06 0,004 0,05 0,003
^вых> Ом 700 700 700 700
Д(/СМ/ДТ, мкВ/°С 45 6 35 10
fi, МГц 5 10 5 10
иа, В ±10% ±12 ±12 ±12 ±12
С/дф, в ±3 ±3 ±3 ±3
f/сф. В ±6 ±6 ±6 ±6
Ra, кОм 5 5 5 5
* Чертеж корпуса дан на рис. 76, б.
140УД6, К140УД6
Прецизионный ОУ общего примене-
ния с защитой входа и выхода от пере-
грузок.
Схема включения приведена на рис.
81. Частотная коррекция — внутренняя.
9+0
101
Электрические параметры
Обозначение 140УД6А*
К.................. >70 000
^вых> В................ <+12;
<—Ю
/пот, мА • ••••• <2,8
UCM, мВ................... <±5
/вХ, нА ...... <30
Д/вх,нА.................. <±10
/?вх, МОм _............... >2
^вых> Ом ..... <150
Д/7СМ/ДТ, мкВГС. . <20
/ь МГц.................... >1
UB, В .................. ±15+^0
17Дф, В.................. <±30
Г'сф, В.................. <±15
/?„, кОм......... . >1
140УД6Б* К140УД6*
>50 000 >30 000
<+12; <—10 <+И; <—ю '•Ч
<2,8 <2,8
<±8 <±10 Ж
<50 <100
<±15 <±25 I
<150 > 1 <150 !
<20 <20 +
>1 > 1 9
±15±?0 ±15+?„
<±30 <30
<±15 <±15
>1 >1
Чертеж корпуса дан на рис. 76, а.
140УД7, К140УД7
Операционный усилитель среднего
класса точности, имеется защита входа
и выхода от перегрузок.
Схема включения приведена на
рис. 82.
Частотная коррекция — внутренняя.
В инвертирующем включении допу-
скается подсоединение емкости 70 пФ
между выводами 2—8 для увеличения скорости нарастания выход-
ного напряжения до 20 В/мкс.
Электрические параметры
Обозначение
140УД7*
К140УД7*
К....................... >50 000
^вых> В.................. <±11,5
/пот, мА.................... <2>8
+ мВ......................... <±4
/вх, нА..................... <200
Д/вх,нА..................... <±50
/?вх, МОм................... >0,4
/?вых, Ом.................. <150
Д//СМ/ДТ, мкВ/°С .... <6
fi, МГц.................... >0,8
Ua, В.....................±15±1,5
/Удф, в............................ <±20
исф, В. . . ................... <±15
/?Н, кОм............................ >2
>30 000
<±10,5
<2,8
<±9
<400
<±200
>0,4
<200
<10
>0,8
± 15± 1,5
<20
<15
>2
• Чертеж корпуса дан на рис. 76, а.
102
140УД8, К140УД8
Операционный усилитель общего
применения среднего класса точности с
большим входным сопротивлением.
Схема включения приведена на
рис. 83.
Частотная коррекция — внутренняя.
Электрические параметры
Обозначение Допуск 140УД8* К140УД8*
А Б А Б АВ
1 К 50 000 50 000 50 000 20 000 10 000
Ь'вЫХ > В ±10 ±10 ±10 ±10 10
/ ПОТ > мА 5 5 5 5 5
Uсм > мВ ±20 ±100 ±50 ±100 ±100
/вх> нА 0,2 0,2 0,2 1 1,2
А7ВХ, нА ±0,15 ±0,15 ±0,15 ±0,15 ±0,15
/?вХ, МОм 20 20 10 10 10
^вых>Ом —• — - — — —
Д(7СМ/ДТ, мкВ/иС 50 100 100 100 100
Л, МГЦ 1 1 1 1 1
1/п, В ±10% ±15 ±15 ±15 ±15 ±15
Г^дф > В ±6 ±6 ±6 ±6 6
Г^сф» В ±10 ±10 ±10 ±10 10
/?н, кОм 2 2 2 2 2
* Чертеж корпуса дан на рис. 76, б.
140УД9
Операционный усилитель среднего
класса точности.
Схема включения и частотная кор-
рекция приведены на рис. 84.
Электрические параметры
Обозначение
К......................, . . . .
^ВЫХ> В . . э ..............
I ПОТ > мА......................
^см, мВ...............
^вх» нА..................... .
140УД9*
>35 000
<±10
<8
<±5
<350
103
А/вх» нА. ..... .
/?вх, МОм.........
^вых, Ом..........
А(7сМ/АТ, мкВ/°С . .
Л, МГц............
ип, в . . . '.....
Едф’ I............
й*ком:::::::
<±100
>0,3
<150
<20
>1
±12,6±2,4
< ±4
<±7
>1
* Чертеж корпуса дан на рис. 76, б.
140УД10
Быстродействующий ОУ со скоростью нарастания выходного
напряжения около 50 В/мкс. Отличается высокой стабильностью
параметров во всем диапазоне питающих напряжений.
Схема включения приведена на рис. 85, а.
Для уменьшения времени восстановления рекомендуется час-
тотная коррекция по схеме на рис. 85, б, для увеличения скорости
нарастания выходного напряжения — схема на рис. 85, в.
Электрические параметры
Обозначение 140УД10*
К................................... >50 000
^ВЫХ> В........................ • • <±12
7пот> мА................................... <10
^см> МВ.................................... <±4
/вх, нА ...........................• <500
А/вх. нА.................................. <±150
/?вх, МОм. ............................... >0,4
7?вЫХ> Ом.................................. —
А(7сМ/АТ, мкВ/°С........................... <50
fi, МГц.................................... >15
Un, В.................................... ±15±?0
t/дф, В................................... <±4
104
^сф» В..............
/?н» кОм •
<±6
>2
* Чертеж корпуса дан на рис. 76, а.
К140УД11
Быстродействующий ОУ широкого применения со скоростью
нарастания выходного напряжения около 30 В/мкс.
Схема включения приведена на рис. 86, а.
Схемы частотной коррекции — на рис. 86, б—г.
Схему на рис. 86,6 рекомендуется применять в режиме мас-
штабного усиления при емкости нагрузки более 10 пФ. На
рис. 86, в приведена схема инвертора, на рис. 86, г — схема повто-
рителя.
Электрические параметры
Обозначение
к........... . .
^вых, В. . . . .
/ пот > МА • ‘ • •
С/сМ,мВ . . . . .
1 вх 1 нА • • • • •
А^вх> нА . . . .
^вх» ^4Ом • . « •
^вых» Ом. . • .
лисм/лт, мкВ/°C
fii МГц.......
с/п, в........
^дф> В........
(7сф, В . • . . .
/?н, кОм.....
К140УД11*
>25 000
<±12
<10
<±10
<500
<±200
>0,4
<50
>15
±15±?0
< ±4
<±6
>2 .

Чертеж корпуса дан на рис. 76, а.
105
153УД1, К153УД1
Операционный усилитель среднего
класса точности общего применения.
Схема включения и частотная кор-
рекция изображены на рис. 90. Рекомен-
дуются следующие значения элементов.
кОм..................
С1; пФ...................
С2, пФ...................
±1 ±10 ±100
1,5 1,5 0
5100 510 10
220 20 3
Электрические параметры
Обозначение
153УД1* К153УД1А* К153УД1Б*
К . . >20 000 >15 000 >10 000
^ВЫХ, В < ±10 <±ю < ±9
/ ПОТ , мА <6 <6 <6
V см, мВ <5 <7,5 <7,5
/ ВХ> нА <600 <1500 <2000
Д/вх, НА <±250 <±500 < ±600
/?вх, МОм >0,2 >0,2 >0,2
Явых’ Ом <200 <200 <200
Д£/СМ/ДТ, мкВ/°С. . <30 <30 <30
fi, МГц > 1 > 1 >1
В ±15±1,5 ±15±1,5 ±15±1,5
1/дф , В . . . . . о . < ±5 < ±5 < ±5
1/сф, В < ±8 < ±8 < ±8
>2 >2 >2
* Чертеж корпуса дан на рис. 76, а.
153УД2, К153УД2
В
о----1
з
+1SB
Ci
—о
Ri
Иг
15В&
10~22к
Баланса.-*
ровна нуля
Усовершенствованный ОУ среднего
класса точности с защитой от перегру-
зок.
Схема включения и частотная кор-
рекция приведены на рис. 91. Значение
емкости, пФ, определяется из соотно-
шения Ci = 30/Ku,
для Кц >10 Ci = 3 пФ.
i
108
Электрические параметры
Обозначение
153УД2*
К..............
и ВЫХ’ В.......
/пОТ’ мА .......
(7СМ, мВ ...... .
/вх, нА .......
Д/Вх. нА.......
/?вх, МОм.......
^вых> Ом...... .
AUCM/AT, мкВ/°С . .
Л, МГц........о
г/п, в..........
С/дф, в ...... .
^сф> В....... .
/?п, кОм........
>50 000
< ±11
<3
< ±5
<500
< ±200
>0,3
<300
<30
±15±1о
< ±30
<±12
>2
К153УД2*
>25 000
< ±10
<3
< ±7,5
<1500
< ±500
>0,3
<300
<30
±15±?0
< ±30
< ±12
>2
* Чертеж корпуса дан на рис. 76, а.
153УДЗ
Усовершенствованный ОУ среднего
класса точности. Схема включения и
частотная коррекция приведены на рис. 92.
Рекомендуются следующие значения
элементов.
..................
Ri, кОм..............
Ci, пФ.... ..........
С2, пФ...............
±1 ±10 ±100
1,5 Ь5 0
5100 510 10
220 20 3
Электрические параметры
Обозначение
153УДЗ*
Обозначение
К ..............>25 000
^вых, В......... < ±11
/пот’ мА • • • • • "<3, 6
U см > МВ ..... < ±2
/вх, нА....<200
Д/вх, нА. < ±50
ЯвХ, МОм. . . . >0,4
^ВЫХ» Ом
Д^см/ДЛ
Л. МГц .
Сп, В . .
^дф> В . .
Г^сф’ В .
/?н, кОм.
мкВ/°С
153УДЗ*
<200
<15
± 15± 1,5
<±5
<±8
>2
* Чертеж корпуса дан на рис. 76, а.
109
153УД4
Микромощный ОУ с малым током
потребления, с защитой выхода от пере-
грузки.
Схема включения и частотная кор-
рекция приведены на рис. 93. Значения
емкостей, пФ, определяются из соотно-
шений С1 = 51/Км, С2 = 150/Км; для Хи>
>10 Ci = 5,l пФ; С2 = 15 пФ.
Электрические параметры
Обозначение 153УД4* Обозначение 153УД4*
К ................>5000 ЯвЫХ, Ом ... . <1000
(7ВЫХ, В.......... <±4 А{/см/Д7, мкВ/°С <50
/пот, мА..........<0,8 fi> МГц • • • • ’ >°>7
{/см, мВ.......... < ±5 Un, В..........±6±3
/вх, нА........... <400 ^дф, В .... . < ±2
Д/вх, нА.......... <±150 17сф, В........< ±5
/?вх, МОм. . . . >0,2 Ra, кОм......... >5
* Чертеж корпуса дан на рис. 76, б.
153УД5
Прецизионный ОУ, имеющий малое
напряжение смещения, малые уровни
дрейфа и шума и высокий коэффициент
усиления.
Схема включения и частотная кор-
рекция приведены на рис. 94. Рекомен-
дуются следующие значения элементов.
. . ............................
/?!, Ом...............................
Сх, мкФ...............................
т?2> Ом...............................
С2, пФ................................
±1 ±10 ±100
10 27 47
0,05 0,05 0,01
39 270 —
20 000 1500 —
Электрические параметры
Обозначение 153УД5А* 153УД5Б*
К............................. >125 000 >100 000
С/Вых, В. . . ............... <±10 <±10
/пот, мА................... . <3,5 <3,5
ПО
{/см » мВ ...........
/ ВХ» нА' • •••••••.♦.
Д/вх, нА..............
/?вх, МОм.............
/?вых> Ом...... . . . .
Д1/СМ/ДТ, мкВ/°С......
/1, МГц ..............
t/п» В............
t/дф» В...............
t/сф. В...............
Ан, кОм...............
< ±2,5
<100
<±20
<150
<5
>0,3
±15±1,5
< ±5
< ±13,5
>2
<±2,5
<100
< ±20
>1
<150
<10
>0,3
±15±1,5
< ±5
< ±13,5
>82
* Чертеж корпуса дан на рис. 76, а.
153УД6
Операционный усилитель среднего
класса точности.
Схема включения и частотная кор-
рекция приведены на рис. 95. Значение
емкости, пФ, определяется из соотноше-
ния С1 = 30/Аи; для Au >10 Ci = 3 пФ.
Электрические параметры
Обозначение 153УД6*
А ....................>50000
t/вых, В. . . . . < ±10
/пот» мА ..... <3
{/см» мВ..........< ±2
/вх, нА...........<75
Д/вх, нА.......... < ±10
/?вх, МОм .... >0,3
Обозначение 153УД5*
АВых> °м • • ’ • <200
ДС/см/ДТ, мкВ/°C <15
Л, МГц >0,7
{/п, В 4-15+1-5 10
{/дф> В..... . С-В < ±30 < ±12
Ан, кОм >2
* Чертеж корпуса дан на рис. 76, а.
154УД1
Открывает серию быстродействующих
ОУ на комплементарных транзисторах с
диэлектрической изоляцией. Относится к
классу микромощных. Обладает высокими
параметрами по постоянному току и ско-
ростью нарастания выходного напряжения
це менее 10 В/мкс.
Частотная коррекция — внутренняя.
Схема включения приведена на рис. 96.
Ill
Электрические параметры
Обозначение
к ....................
U-RbXS., В............
/ пот > мА............
UCm, мВ...............
I вх, нА..............
Д/вх, нА..............
/?вх, МОм.............
154УД1*
>200 000
< ±12
<0,12
< ±3
<20
< ±10
Обозначение
^вых1 Ом . . .
Д£/СМ/ДТ, мкВ/°С
Л, МГц . ип, В. . • •
^дф. в . и„X, в. . «1 •
/?н, кОм. « •
154УД1*
<300
<30
>1
±15±1,5
< ± 10
< i 10
>2
* Чертеж корпуса дан на рис. 76, а.
154УД2, 154УДЗ
Быстродействующие ОУ со скоростью
нарастания выходного напряжения не ме-
нее 80 В/мкс и временем установления вы-
ходного напряжения соответственно 5 и
0,5 мкс.
Схема включения и частотная коррек-
ция приведены на рис. 97.
Электрические параметры
Обозначение
154УД2*
к ................
U ВЫХ1 В.......................
1 пот > мА.....................
и см, мВ.......................
вх > НА..........
Д/вх, нА..........
/?вх, МОм . . . .
^вых> Ом . . . .
Д(7СМ/ДТ, мкВ/°С
>100 000
< ±10
<6
< ±2
<100
< ±20
154УДЗ*
>8000
< ±9,5
<7
< ±9
<225
< ±30
fi, МГц
Un, В .
^дФ> В
Г^сф, в
Рн, кОм
<300
<20
>15
±15±1,5
< ±10
< ±10
>2
<300
<30
>15
± 15± 1,5
±10
< ±10
>2
* Чертеж корпуса дан на рис. 76, а.
К284УД1
Гибридный ОУ с полевыми транзи-
сторами на входе, обладающий высоким
входным сопротивлением.
Схема включения приведена на рис.
98.
Частотная коррекция осуществляет-
ся подключением емкости между выво-
дами 5 и 8. Рекомендуются следующие
значения этой емкости.
112
Ки . ...................... ±1 ±10
Clt пФ...............' . 4700 430
±100
33
Электрические параметры
Обозначение
К284УД1Д. Б*
К............., . . . >20 000
^вых< В . ........ < ±5
/пот» мА «•••...о. ^С2,5
1^см> мВ ......... <±10
^вх> нА. ......... <1
Л/Вх, бА >•••<••.. "—
/?вх> МОм ......... >5
Явых, Ом. . ....... <200
Д:/СМ/АТ, мкВ/°С... <50
fa, МГц............ >0,4
Un, В................ ±9±0,9
С/Дф, В............ < ±16
t/сф. В............ < ±6
/?н, кОм........... >5
К284УД1В*
>20 000
< ±5
<2,5
< ±10
>5
<200
<100
>0,4
±9±0,9
< ±16
< ±6

* Чертеж корпуса дан на рис. 76, в.
521СА1, К521СА1
Двухканальный стробируемый ком-
паратор напряжения. Может применять-
ся как дифференциальный пороговый
детектор, стробируемый пороговый де-
тектор, стробируемый дискриминатор ам-
плитуды, усилитель считывания сигналов
магнитной памяти.
Схема, включения приведена на рис.
99. Для подготовки компаратора к ра-
боте без стробирования на выходы 2 и 10
необходимо подать положительное на-
пряжение 3—6 В.
Частотная коррекция не требуется.
Электрические параметры
Обозначение
521СА1* К521СА1*
К >750 >700
и1, в 3,5±}’5 3,5±!’5
и°, в <0,3 <0,3
/ ПОТ » мА ........ <+Н,5; <+Н,5;
<—6,5 < —6,5
Uсм > мВ < ±3,5 <±7,5
I вх, нА <75 000 <75 000
А/вх> нА........ <±10 000 < ±10000
№ • <110 <120
8—109
113
uai в .
^дф>
t/сф, В.
/?н, кОм
г&р. в
СР. в
+12±2,04;
—6+1,02
< ±5
< ±5
>1
>2,5
<0,5
4-12±2,04;.
—6±1,02
< ±5
< ±5
>1
>2,5
<0,5 '
* Чертеж корпуса дан на рис. 76, /ч
521СА2, К521СА2
Компаратор напряжения. Может ис-
пользоваться как детектор, амплитудный
дискриминатор, усилитель считывания
сигналов магнитной памяти.
Схема включения приведена на рис.
100.
Частотная коррекция не требуется,
Электрические параметры
Обозначение 521СА2*
К .... .............. >750
U1, В.................. 3,5±?’5
U®, В................ <0,3
/пот» мА ..•••••• < I 9,
< —8
Uсм, мВ.............. < ±5
/вх, нА.............. <±75 000
Д/вх, нА............. <±10 000
, нс............. <120
Un, В................. +12±2,04;
- 6±1,02
(7дф, В.............. < ±5
^сф. В............ < ±5
/?н> кОм............. >1
К521СА2*
>750
3,5±?’5
<0,3
<+9;
< ±7,5
< ±75 000
<±10 000
<130
4-12±2,04;
—6±1,02
< ±5
< ±5
>1
* Чертеж корпуса дан на рис. 76, а.
521САЗ, К521САЗ
Прецизионный компаратор напряжения. Рекомендуется приме-
нять в точных преобразователях код—аналог, в широтно-импульс-
ных схемах, усилителях считывания сигналов магнитной памяти,
схемах согласования низкоуровневых и высокоуровневых цифро-
вых ИС.
Схемы включения компаратора без стробирования приведены
на рис. 101, а, б.
114
Он может работать как от напряжений питания, характерных для
ОУ, так и от одного источника питания 5 В.
На рис. 101,в приведена схема подачи стробирующего сигнала
ТТЛ-уровня и балансировки нуля. Необходимость балансировки по-
является при работе от высокоомного источника сигнала. Стробиру-
ющий сигнал U ° подготавливает компаратор к работе. При сиг-
нале ПсТр на входе компаратора устанавливается напряжение +ил.
Частотная коррекция не требуется.
Электрические параметры
Обозначение 521САЗ* К521САЗД* К521САЗБ*
К . . . . £71, в. . • >200 000 Уровни МОП или ТТЛ
и°,в . . • <0,4 (1н< 6 мА) 1,5(1н<50мА)
7ПОТ > мА . • <4-6; —5 <+6; -5 <4-7,5;—5
U СМ, мВ. • <±з <±з <±7,5
вх» нА • • <100 <100 <250
Д/вх, нА • <±10 <±10 <±50
НС . • <300 <300 <300
(7П> В. . -+-1 к+1-5 — 1О—Ю ±15±!б5
Пдф, В . • <±5 <±5 <±5
^сф' В • • <±5 <±5 <±5
/?Н, кОм. • <0,3 <0,3 <0,3
в • » >2,5 >2,5 >2,5
в . • <0,5 <0,5 <0,5
* Чертеж корпуса дан на рис. 76, а.
544УД1, К544УД1
Операционный усилитель с полевы-
ми транзисторами на входе, обладаю-
щий высоким входным сопротивлением,
низким уровнем шумов.
Схема включения приведена на
рис. 102.
Частотная коррекция — внутренняя.
8*
Электрические параметры
Обозначение Допуск 544УД1* К544УД1*
А Б, В А Б, В
К 50 000 20 000 50 000 20 000
Uвых> В ±10 ±10 ±10 ±10
/ПОТ’ МА 3,5 3,5 3,5 3,5
£/см, мВ ±15 ±50 ±30 ±50
7ВХ, нА 0,15 1 0,15 1
А/вх,нА ±0,05 ±0,5 ±0,15 ±1
Явх, МОм 10 10 10 10
7?выХ’ Ом 200 200 200 200
AUCM/ АТ, мкВ/ С 20 50 30 100
fi, МГц 1 1 1 1
t/п, В ±10% ±15 ±15 ±15 ±15
(7,дф, в < ±10 ±10 ±10 ±10
±10 ±10 ±10 ±10
7? и, кОм 2 2 2 2
* Чертеж корпуса дай на рис. 76, а.
544УД2, К544УД2
Широкополосный ОУ с высоким вход-
ным сопротивлением, низким уровнем шумов
и быстродействием не менее 20 В/мкс.
Схема включения и частотная коррек-
ция изображены на рис. 103 Уменьшение
емкости Ск ослабляет действие внутренней
коррекции. При замыкании выводов 1 и 8
полностью включается внутренняя коррекция.
Электрические параметры
Обозначение Допуск 544УД2* К544УД2*
А Б А Б. В
К 20 000 10 000 20 000 10 000
^ВЫХ’ В /пот> мА t7cM’ мВ ±10 ±10 ±10 ±10
7 7 7 7
±30 ±50 ±30 ±50
/вх> НА 0,1 0,5 0,1 1
А/Вх, нА ±0,1 ±0,5 ±0,1 ±1
/?вх, МОм 10 10 10 10
7?выХ’ Ом 200 200 200 200
Al/см/А7, мкВ/иС 50 100 50 100
Л, МГц 15 15 15 15
116
Продолжение
Обозначение Допуск 544УД2* К544УД2*
А Б А Б, В
ип,в ±10% ±15 ±15 ±15 ±15
U дф, в ±10 ±10 ±10 ±10
исХв ±10 ±10 ±10 ±10
RH, кОм 2 2 2 2
* Чертеж корпуса дан на рис. 76, а.
К551УД1
Малошумящий ОУ широкого приме-
нения с большим коэффициентом уси-
ления.
Схема включения и частотная кор-
рекция приведены на рис. 104. Рекомен-
дуются следующие значения элементов.
Ки .... ±1 ±10 ±100
Ri, Ом . . . 10 27 47
Cl мкФ . . 0,05 0,05 0,01
/?2, Ом . . . 39 270 —
С2, пФ. . . 20 000 1500 —
Электрические параметры
Обозначение
К551УД1А*
к................. . . . .
UВЫХ> В.................
/пот, мА ••••••*••••
Псм> мВ...................
/вх> нА- ............
Д/вх> нА..................
/?вх> МОм.................
/?вых< Ом ............ .
AUCM/AT, мкВ/°С...........
ft, МГц...................
Un. В.....................
>500 000
<±10
<5
<±1,5
<100
<±20
<550
<5
>0,8
±15±!б5
Пдф, в....................
U сф, В................
/?н, кОм...................
<±5
<±13,5
>2
К551УД1Б*
>250 000
<±Ю
<5
<±2,5
<125
<±35
<150
<10
>0,8
±1бДб5
<±5
<±13,5
>2
* Чертеж корпуса дан на рнс. 76, а.
117
К553УД2
-15В6 ровна, нуля
Является аналогом ОУ типа К153УД2,
имеет пластмассовый корпус.
Схема включения и частотная кор-
рекция приведены на рис. 105. Значение
емкости, пФ, определяется из соотноше-
ния Ci=30/Ku; для Ku>10 Ci=3 пФ.
Электрические параметры
Обозначение К553УД2* Обозначение К553УД2
к >20 000 Д//см/ДТ,мкВ/°С <30
Ubux< В <±ю А, МГц 1
/ПОТ, мА ..... Uсм, мВ <6 <±7,5 ип. в ±15±?0
/ вх- нА <1500 ^дф- В <±30
A/вх' нА .... <±500 ^сф- В .... , <±12
/?вх, МОм.... >0,3 /?н, кОм >2
/?вых- Ом • • • • <300
I*
* Чертеж корпуса дан на рис. 76, а.
К554СА1
Обозначение
К...........
Является аналогом двухканального
компаратора напряжения типа К521СА1,
имеет пластмассовый корпус.
Схема включения приведена на рис.
106.
Частотная коррекция не требуется.
Электрические параметры
Ц554СА1* Обозначение
>700 Un, В . . . .
и1,к ....
и°, в. . . .
Iпот, мА • •
(7см< мВ • . .
/вх, нА . . .
А/вх- нА . .
/°’1 нс
*зд > НС • • •
3,5+}15
<0,3
<4-11,5;-6,5
<±7,5
<75 000
<±10 000
<120
/7дф- В . •
^сф, В . • .
/?н, кОм . • .
±р.В • •
у’Тр,в . . .
К554СА1*
4-12±2,01;
—6±1,02
<±5
< ±5
>1
>2,5
<0,5
* Чертеж корпуса дан на рис. 76, г.
118
К554СА2
Является аналогом компаратора на-
пряжения типа К521СА2, имеет пласт-
массовый корпус.
Схема включения приведена на рис.
107.
Частотная
Обозначение
К .... .
и1, в . . .
и°, в . . .
7пот» мА . .
77см> мВ . .
7вх> нА . .
коррекция не требуется.
Электрические параметры
К554СА2*
>750
3,5±°’3
'апанси-
нуля
+
^5пФ
—о
иных
<+9; -8
<75 000
Обозначение
А7 вх> нА . •
(7п> В . . .
t/дф, В . . .
t+ф, В. . .
/?п, кОм . .
К554СА2*
<+10 000
<130
+ 12±2,04;
—6±1,02
1
* Чертеж корпуса дан на рис. 76, г.
574УД1, К574УД1
Быстродействующий ОУ со скоростью
нарастания выходного напряжения око-
ло 90 В/мкс, имеет высокое входное со-
противление и большой коэффициент уси-
ления. Рекомендуется применять в схе-
мах выборки-хранения, широкополосных
схемах усилителей, компараторов и ге-
нераторов.
Схема включения и частотная кор-
рекция приведены на рис. 108.
Электрические параметры
Обозначение Допуск 574УД1* К574УД1*
А Б А Б в
К ^ВЫХ> В 7пот> мА Uсм > мВ 7Вх, нА А7ВХ> нА 7?вх» МОм 7?вых> Ом Д7/см/АГ, мкВ/°C fi, МГц 1/п, В ±io% 50 000 ±10 8 ±50 0,5 ±0,2 10 000 200 100 10 ±15 50 000 ±10 8 ±25 0,5 ±0,2 10 000 200 50 10 ±15 20 000 ±10 8 ±50 9,5 ±0,2 10 000 200 100 10 ±15 50 000 ±10 8 ±50 0,5 ±0,2 10 000 200 50 10 ±15 10 000 ±10 8 ±100 1 ±0,2 10 000 200 100 10 ±15
119
Продолжение
Обозначение Допуск 574УД1* К574УД1*
А Б А Б В
В Цсф> В кОм WA А ±10 ±30 2 ±10 ±30 2 ±10 ±30 2 ±10 . ±30 2 ±10 ±30 2
* Чертеж корпуса дан на-рис. 76, а.
597СА1
Быстродействующий точный компа-
ратор напряжения с запоминанием пре-
дыдущего состояния. Применяется в ско-
ростных АЦП, в детекторах с изменяе-
мым порогом, приемниках цифровых сиг-
налов. Выходные уровни напряжения и
входные уровни по стробирующему вхо-
ду совместимы со схемами эмиттерно-
логики ЭСТ Л. .
д 4
О---1
+6В
Остр
ЭСГЛ_
12
11
Rh
100
в
16
В вых
Ввых
Г?)
\%н
6-5*2 В JL
связанной транзисторной
Схема включения приведена на рис. 109. Для подготовки ком-
паратора к работе на вывод 6 следует подать сигнал Цстр. При по-
даче сигнала компаратор сохраняет предыдущее состояние.
Для предотвращения генерации сопротивления, подсоединяе-
мые к выводам 3 и 4, должны быть не более 100 Ом. Выводы 1 и 16
должны подсоединяться к земле отдельными короткими проводами.
Частотная коррекция не требуется.
Электрические параметры
Обозначение 597СА1* Обозначение 597СА1*
К >1000 ^ол нс . . ' <6,5 и1, В ... — 0,9+Ц и в ’ Ч-6±043;— 5,2±0,26 17®,В . . . —1,75±0,1 {7дф, В*. 1 <±3>3
/Иот,мА . . <+22; <-28 (7Сф, В. . . <±3,3
(7См> мВ . . <±2 /?н, кОм . .
^вх>нА- • • <10 000 .л о —0,9±0,2
А/вх,нА.. <±1000 и-Р’В’ •’ +0,12 (7°то В. . о -1.75Io,i6
♦ Чертеж корпуса дан на рис. 76, д.
597СА2
Быстродействующий точный компаратор / напряжения с запо-
минанием предыдущего состояния. Применяемая в скоростных АЦП,
в детекторах с изменяемым порогом, приемниках цифровых сигна-
лов. Выходные уровни напряжения и входные уровни по стробиру-
ющему входу совместимы со схемами транзисторно-транзисторной
логики ТТЛ.
120
___з
U&C 2
О.—-
Схема включения приведена на рис. ПО. Для подготовки ком-
паратора к работе без стробирования вывод 7 следует заземлить.
Стробирование сигналом также подготавливает компаратор к
работе. При подаче сигнала (7^, ком-
паратор сохраняет предыдущее состоя-
ние.
Для предотвращения генерации со-
противления, подсоединяемые к выводам
2 и 3, должны быть не более 100 Ом.
Вывод 8 должен подсоединяться к зем-
ле коротким проводом.
При скорости нарастания сигнала менее 1 В/мкс следует
в компаратор положительную ОС, для чего между одноименным вхо-
дом и выходом 3,14 и 2,42 подключаются резисторы по 150—300 кОм.
Ucrp
74 i ®
12
ввести
Электрические параметры
Обозначение 597CA2* Обозначение 597СА2*
К .... . >1000 ’Un, В ... 4-5±0,5; —6±0,6
1/1,в. . . . >2,5 i/дф, В . . . <±3,5
и°, в ... <0,5 иСф, в. . . <±2,7
/ ПОТ> МА • • <4-38; <—30 /?н, кОм . . >0,1
I/CM> мВ • • /вх- нА . . <±2 Ч1 В >2,5
<10 000 ^СТр’ ° ’ •
AZjjx, нА « » Л 1 <±1000 <4Р.в. • • <0,5
*ЗД,НС . . <12
* Чертеж корпуса дан на рис. 76, д.
710УД1
Является бескорпусным аналогом
микромощного ОУ типа 153УД4.
Схема включения и частотная кор-
рекция приведены на рис. 111. Значения
емкостей, пФ, определяются из соотно-
шений Ci = 51/Ku, С2 = 150//<гг; для Л4>
>10 Ci = 5,1 пФ; С2=15 пФ.
Электрические параметры
Обозначение 710УД1* Обозначение 710УД1*
К >5000 /?вых> Ом • • . <1000
UbmX- В . . . . <±4 AUCM/AT, мкВ/°С <50
/пот- мА .... <0,8 ft, МГц ... . >0,7
1/см- мВ .... <±5 ип, в . . . . . ±6±3
/вх» нА • • • « <400 t/дф, В .... . <±2
121
Обозначение
Д/вх, вД »
/?вх> -МОм
710УД1*
<±150
>0,2
«Обозначение
1/Оф. В.... ,
RH, кОм . , . .
710УД1*
<±5
>5
дан на рис. 77, д.
740УД1, К740УД1
* Чертеж корпуса
+15 BQ Ci
—о
^вых
Является бескорпусным аналогом
ОУ типа Г53УД1.
Схема включения и частотная кор-
рекция приведены на рис. 112. Рекомен-
дуются следующие
значения элементов.
Ки....... ±1 ±10 ±100
#1. кОм. 1,5 1,5 0
Ср пФ ...... . 5100 510 10
с2, пФ... 220 20 3
Электрические параметры
Обозначение Допуск 740УД1* К740УД1*
А । Б А Б
Uвых» В
/пот, мА
^СМ> мВ
/ ВХ’ НД
Д/ВХ’ нА
/?вх, МОм
Лвыь Ом
ДС/см/ДТ, мкВ/°С
fi, МГц
Un, В
^Дф’
б'сф-
/?Н’
В
В
кОм
20 000
±10,5
4,5
±5
700
±300
0,2
200
30
1
±15
±5
±8
2
12 000
±10,5
4,5
±7,5
1500
±700
0,2
200
30
1
±15
±5
±8
2
15 000 10 000
±10 ±9
4,5 4,5
±7,5 ±7,5
1500 2000
±500 ±800
0,2 0,2
200 200
30 30
1 1
±15 ±15
±5 ±5
±8 ±8
2 2
* Чертеж корпуса дан на рис. 77, а.
740УДЗ, К740УДЗ
Является бескорпусным аналогом
ОУ типа 140УД1.
Схема включения и частотная кор-
рекция приведены на рис. 113. Рекомен-
дуются следующие значения элементов.
•••»•«... ± 1
Rlt Ом ...... . 75
Съ пФ...... 1000
±10 ±100
330 620
510 100
122
Электрические параметры
Обозначение
К
(/вых, В
/пот> мА о • • « • •
(/см- мВ
/вх, нА. ......
Д/вх, нА
7?вх, МОм
/?вых- Ом
А^см/ДТ, мкВ/°C. .
к, МГц ......
</п, В .......
(/дф, В ...... .
Лсф, в
кОм • « о • • •
740УДЗ*
>800
<+3,5; —3
<4,5
<±7
<5000
<±1500
>0,004
<700
<20
>5
±6,3±0,63
< ±1,5
< ±3
>5
К740УДЗ*
>400
> ±2,8
<6
< ±10
<8000
< ±3000
>0,004
<700
<20
>5
±6,3±0,63
< ±1,5
< ±3
>5
♦ Чертеж корпуса дан на рис. 77, б.
740УД4-1, К740УД4-1
Является бескорпусным аналогом
прецизионного ОУ типа 140УД6.
Схема включения приведена на рис.
114.
Частотная коррекция — внутренняя.
Электрические параметры
Обозначение
740УД4-1*
к................
^вых> В....... .
У мА. <>•*••••«
(/см- мВ.........
Лх- НА...........
Д/Вх, нА....... .
7?пх, МОм .......
/?вых- 0м........
Д[/СМ/ДТ, мкВ/°С . . .
fi, МГц..... . .
UD, В............
♦ Чертеж корпуса дан на рис. 77, е.
>50 000
< ±12
<2,8
< ±8
<50
< ±15
>1
<150
<20
>1
±15±10
< ±30
< ±15
>1
К740УД4-1*
>30 000
< ±11
<4
< ±10
<100
< ±25
<150
<30
±15±?о
< ±30
< ±15
>1
123
740УД5-1
Ct
+15 В
г
6
о-
Ugx ,
О-----
У5В&10-22к
R2
Увык
Rl5,1M 7
Балансировка,
нуля
Является бескорпусным аналогом
ОУ типа 153УД2.
Схема включения и частотная кор-
рекция приведены на рис. 115. Значение
емкости, пФ, определяется из соотноше-
ния Ci = 30//Cu; для Ки >10 С1=3 пФ.
Электрические параметры
Обозначение 740УД5-1* Обозначение 740УД5-1*
К >50 000 Д[/СМ/ДТ, мкВ/°С <30
^ВЫХ> В. . •^пот> мА. • t/CM, мВ . . /вх> нА . • А/вх, нА • /?вх, МОм . < ±11 fl МГц > 1
<3 иа, В ±15±?0 < ±30 < ±12 > 2
< ±5 <500 < ±200 >0,3 Г^дф> В • . , . . С/Сф, В RH, кОм
^?ВЫХ’ Ом . <300
* Чертеж корпуса дан на рис. 77, г.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Проектирование и применение операционных усилителей/Под
ред. Дж. Грэма, Дж. Тоби, Л. Хьюлсмана. — М.: Мир, 1974. — 510 с.
2. Марше Ж. Операционные усилители и их применение. — Л.:
Энергия, 1974. — 216 с.
3. Алексенко А. Г. Основы микросхемотехники. — М.: Советское
радио. 1971.—350 с.
4. Шило В. Л. Линейные интегральные схемы. 2-е изд., перераб.
и доп. — М.; Советское радио, 1979, — 368 с.
5. Гутников В. С. Применение операционных усилителей в изме-
рительной технике. — Л.: Энергия, 1975. — 116 с.
6. Современные линейные интегральные микросхемы и их приме-
нение: Пер. с англ./Под ред. М. В. Гальперина. — М.: Энергия,
1980. —273 с.
7. Половников Д. Е. Решающие усилители. — М.: Энергия,
1973, —247 с.
8. Ленк Дж. Руководство для пользователей операционных уси-
лителей.— М.: Связь, 1978. — 323 с.
9. Новые приборы. Технический каталог. Институт «Электрони-
ка», 1974. — 152 с.
10. Корн Г., Корн Т. Электронные аналоговые и аналого-цифро-
вые вычислительные машины. 4.1. Теория и основные функциональ-
ные блоки. — М.: Мир, 1967. — 462 с.
124
11. Гребен А. Б. Проектирование аналоговых интегральных схем
Пер. с англ./Под ред. Е. X. Караерова. — М.: Энергия, 1976,— 256 с.
12. Towers Т. Elements of Linear Microcircuits. 5. Every-day
Uses of Monolithic Operational Amplifiers, — Wireless World, 1971,
№ 2, p. 76—80.
13. Мур P. Получение нелинейной выходной характеристики прн
помощи линейного потенциометра и операционного усилителя. —>
Электроника, 1975, № 17, с. 52—53.
14. Риттер Т. Регулировка усиления операционного усилителя
одним потенциометром. — Электроника, 1972, № 16, с. 59—60.
15. Уидлар Р. Компенсация дрейфа. — Электроника, 1968, № 3,
с. 16 — 20.
16. Шейнгольд Д. Расчет резисторов для суммирующих и вычи-
тающей цепей. — Электроника, 1975, № 12, с. 62—64.
17. Паттерсон Р. Высоковольтный гибридный операционный уси-
литель на ИС и дискретных компонентах. — Электроника, 1970,
№20, с. 30 —31.
18. Кокс Дж. Устранение нелинейных искажений операционного
усилителя при помощи усилителя мощности. — Электроника, 1971,
№ 7, с. 54.
19. Гегнон Р., Карвоски Р. Улучшение характеристик операцион-
ного усилителя при использовании выходного каскада на комплемен-
тарных транзисторах. — Электроника, 1972, № 20, с. 72—74.
20. Достал Дж. Улучшение характеристик операционного уси-
лителя типа 709. — Электроника, 1973, № 22, с. 115—116.
21. Чойс Л. Компенсация напряжения сдвига нуля путем после-
довательного соединения операционных усилителей. — Электроника,
1972, № 7, с. 58—59.
22. Конев Ю. И. Полупроводниковые триоды в автоматике. —
М.: Советское радио, 1960. — 447 с.
23. Widlar R., Giles J. Avoid Over-integration by Designing Li-
near Circuit with Off-the-shelf Items. External Discrete Parts May be
added whenewer Needed. — Electronic Design, 1966, № 1, p. 56—62.
24. Вендлэнд П. Светочувствительный датчик в виде пары крем-
ниевый фотодиод — операционный усилитель. — Электроника, 1971,
№11, с. 30 — 33.
25. Гольдфарб В. Использование саморегулирующего стабилит-
рона в источнике опорного напряжения. — Электроника, 1973, № 12,
с. 57 — 58.
26. Черч П. Операционный усилитель как делитель напряжения—
Электроника, 1973, № 11, с. 69.
27. Экхарт Р. Стабилизированный источник питания операцион-
ных усилителей. — Электроника, 1974, № 20, с. 54—55.
28. Спенсер Р. Недорогой источник питания с нулевыми пульса-
циями. — Электроника, 1973, № 23, с. 62.
29. Бехаш Н. Высококачественный интегратор на двух операци-
онных усилителях. — Электроника, 1974, № 7, с. 72—73.
30. Хьюлсман Л. П. Теория и расчет активных RC-цепей. — М.:
Связь, 1973. — 240 с.
31. Знаменский А. Е., Теплюк И. Н. Активные RC-фильтры.—
М.: Связь, 1970. —280 с.
32. Шепард Р. Использование усилителей с единичным коэффи-
циентом усиления. — Электроника, 1969, № 17, с. 3—И.
33. Веллинг Б. Расчет активного фильтра на одном операцион-
ном усилителе. — Электроника, 1969, № 3, с. 17—25.
125
34. Грэм Дж. Выпрямительная схема на операционных усили-
телях, не требующая входного буферного каскада. — Электроника,
1970, № 21, с. 28—29.
35. Спейни В. Схема определения абсолютных величин парамет-
ров на одном операционном усилителе. — Электроника, 1969, № 2,
с. 20.
36. Винетзер А. Повышение точности пикового детектора при
помощи операционного усилителя. — Электроника, 1969, № 6, с. 37.
37. Реншлер Е., Вейсс Д. Универсальная монолитная ИС анало-
гового умножителя. — Электроника, 1970, № 12, с. 19—26.
38. Аналоговые интегральные схемы под ред. Г. Коннелли. Пер.
с англ./Под ред. М. В. Гальперина — М.: Мир, 1977. — 439 с.
39. Кофлин У., Дрисколл, У. Операционные усилители и линей-
ные интегральные схемы. Пер. с англ./Под ред. М. В. Гальперина —
М.: Мир, 1980. —592 с.
40. Гальперин М. В., Злобин Ю. П., Павленко В. А. Усилители
постоянного тока. — 2-е изд. — М.: Энергия, 1978. — 247 с.
41. Алексенко А. Г., Коломбет Е. А., Стародуб Г. И. Примене-
ние прецизионных аналоговых ИС. — М.: Радио и связь, 1981.—
224 с.
42. Аналоговые и цифровые интегральные схемы/Под ред.
С. В. Якубовского. — М.: Советское радио, 1979. — 336 с.
43. Кофман Б. Задержка и формирование цифровых сигналов
с помощью операционных усилителей. — Электроника, 1971, № 4,
с 39—40.
44. Кук В. Упрощенный расчет гистерезисных схем. — Электро-
ника, 1969, № 23, с. 37.
45. Шах М. Регулировка коэффициента заполнения выходных
импульсов мультивибратора при помощи потенциометра в цепи об-
ратной связи. — Электроника, 1971, № 20, с. 56—57.
46. Молиньюкс Л. Использование диодов для повышения ста-
бильности синусоидального генератора на операционном усилителе. —
Электроника, 1969, № 7, с. 41.
47. Букреев С. С. Компенсационный стабилизатор без выходно-
го конденсатора. — Электронная техника в автоматике, 1973, вып. 5,
с. 31—35.
48. Рутковски Дж. Интегральные операционные усилители. — М.:
Мир, 1978. — 324 с.
49. Функциональные устройства на интегральных микросхемах
дифференциального усилителя/Под ред. В. 3. Найдерова. — М.: Со-
ветское радио, 1977.— 128 с.
50. Справочник по интегральным микросхемам. 2-е изд./Под
ред. Б. В. Тарабрина. — М.; Энергия, 1981. — 816 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие .............. 3
Глава первая. Основы схемотехники ОУ .... 6
1. Источник тока................................ 6
2. Входные каскады.............................. 7
3. Выходные каскады ..............................9
4. Параметры ОУ .................................11
5. Принципиальные схемы ОУ.......................14
6. Частотная коррекция ..........................28
Глава вторая. Линейные частотно-независимые схемы . 32
7. Идеальный ОУ................................ 32
8. Инвертирующий масштабный усилитель .... 33
9. Неинвертирующий усилитель ....... 34
10. Повторитель напряжения ........ 35
11. Регулировка усиления . . ...... . 35
12. Дифференциальные усилители . .................38
13. Мостовые усилители............................40
14. Стабилизаторы постоянного напряжения .... 42
15. Стабилизаторы тока.......................... 46
16. Усилители тока и заряда ........ 47
17. Усилители переменного напряжения..............49
18. Питание ОУ от одного источника ...... 50
19. Усилители класса В для управления исполнительными
двигателями..................................... 52
Глава третья. Линейные частотно-зависимые схемы , 53
20. Интеграторы................................. 54
.21 Дифференциаторы .......... 56
22. Фазовращатель ................................57
23. Активные фильтры..............................58
24. Синтез операционного преобразователя второго порядка 62
Глава четвертая. Схемы с нелинейными и управляемы-
ми обратными связями................................ 65
25. Ограничитель................................65
26. Прецизионные выпрямители .....................66
27. Фазочувствительные выпрямители..............68
28. Точный аналоговый ключ......................69
29. Функциональный преобразователь..............70
30. Логарифмические усилители . . . .... 71
127
р
31. Аналоговое умножение и деление ......
32. Компараторы . . . . . ...............
33. Широтно-импульсный модулятор................
34. Цифро-аналоговые преобразователи............
35. Аналого-цифровой преобразователь............
36. Генераторы синусоидальных колебаний ....
37. Управляемый генератор.......................
38. Кварцевый генератор.........................
39. Преобразователь напряжение — частота ....
Глава пятая. Схемы с емкостными ячейками памяти
40. Амплитудный детектор.........................
41. Формирователь задержанных импульсов ...»
42. Схемы выборки с запоминанием................
43. Ждущий мультивибратор ........
44. Релаксационные генераторы ..................
Глава шестая. Некоторые замечания по эксплуатации ОУ
45. Требования к источникам питания.............
46. Защитные цепи.....................
47. Балансировка ...............................
48. Рекомендации по установке и монтажу ....
49. Условия эксплуатации...................
Приложение .................................. .
50. Типы корпусов ОУ............................
51. Справочные сведения о некоторых отечественных ОУ
Список литературы ............1
ВНИМАНИЮ ЧИТАТЕЛЕЙ!
На стр. 119 настоящей книги по вине типографии по-
мещены ошибочно не те рисунки.
Верхний рисунок (схема включения усилителя К554СА2)
должен быть заменен рисунком
Нижний рисунок (схема включения и частотная коррек-
ция усилителей 574УД1 и К574УД1) должен быть заменен
рисунком
+15В