БИБЛИОТЕКА
ПО
АВТОМАТИКЕ
Выпуск 628
ДЖ. Б. ДАНС
ОПЕРАЦИОННЫЕ
УСИЛИТЕЛИ:
ПРИНЦИП РАБОТЫ
И ПРИМЕНЕНИЕ
Перевод с английского С М. Смольского
под редакцией Е. А. Богатырева
ШЭ
МОСКВА ЭНЕРГОИЗДАТ 1982

ББК 32.846
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЙ
И. В. Антик, Г. Т. Артамонов, А. А. Воронов, Л. М. Закс,
В. К. Левин, В. С. Малов, В. Э. Низе, Д. А. Поспелов,
И. В. Прангишвили, Ф. Е. Темников, Ю. М. Черкасов,
А. С. Шаталов
Дане Дж. Б.
Д 18 Операционные усилители: Принцип работы и
применение. Пер. с англ.—М.: Энергоиздат, 1982.—
80 с, ил. — (Б-ка по автоматике; Вып. 628)
35 к.
В книге английского специалиста Дж. Б. Данса в популярной
форме изложены принципы действия и возможные применения опе-
рационных усилителей в качестве предусилителей звуковой частоты,
буферных усилителей, в измерительных схемах и многих других об-
ластях. Большинство рассматриваемых усилителей имеет отечествен-
ные аналоги.
Для широкого круга инженерно-технических работников, не яв-
ляющихся специалистами в области электроники и схемотехники, а
также для подготовленных радиолюбителей.
051(01)-82 '00т0' 6Ф0.3
ДЖ- Б. ДАНС
ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ:
ПРИНЦИП РАБОТЫ И ПРИМЕНЕНИЕ
Редактор Е. А. Богатырев
Редактор издательства А. Я. Гусяцкая
Технический редактор Л. В. Порхачева
Корректор Л. С. Тимохова
ИБ № 3155
Сдано в набор 26.04.82 Подписано в печать 15.05.82 Формат 84ХЮ81/в»
Бумага типографская № 2 Гарнитура литературная
Печать высокая Усл. печ. л. 4,20 Усл. кр.-отт. 4,41 Уч.-изд. л. 5,38
Тираж 40 000 экз. Заказ 112 Цена 35 к.
Энергоиздат, 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10
Московская типография № 10 Союзполиграфпрома при Государственном
комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торгов-
ли. 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10
J. BRIAN DANCE
Op-Amps —
Their Principles and Applications
Newnes Technical Books
London, 1978
Д
2403000000-442
ББК 32.846
238-82
© J. Brian Dance, 1978
© Перевод на русский язык, Энергоиздат, 1982

Предисловие редактора перевода
В предлагаемой читателю книге обсуждаются внешние харак-
теристики разнообразных типов операционных усилителей, выпускаемых
за рубежом, дается сравнение различных их модификаций, приводятся
описания и. принципиальные схемы устройств, выполненных на базе
операционных усилителей и широко используемых в практической ра-
диоэлектронике. Автор книги ограничил круг рассмотренных устройств
только такими, в которых операционные усилители используются в ли-
нейном режиме (исключение составляют два устройства: генератор
прямоугольных импульсов и триггер Шмитта).
Материал книги в ряде случаев хорошо дополняет известную оте-
чественную и переводную литературу, список которой приведен в кон-
це книги. Особый интерес представляют разделы, посвященные описа-
нию усилителей мощности и малошумящих предварительных усили-
телей низкой частоты в интегральном исполнении, поскольку эти во-
просы недостаточно освещены в отечественной литературе, доступной
широкому кругу читателей.
К сожалению, автор иногда увлекается описанием конкретных мо-
дификаций операционных усилителей, что отнюдь не способствует по-
лучению читателем четкой ориентации в существующем многообразии
типов операционных усилителей.
В конце книги (в приложении) приведен краткий словарь тер-
минов, относящихся к операционным усилителям, который составлен
автором и откорректирован редактором. Там же имеется и перечень
основных типов отечественных усилителей и их зарубежных аналогов
со ссылками на источники, в которых можно найти параметры указан-
ных усилителей.
Книга рассчитана на потребителей операционных усилителей и
будет полезна широкому кругу специалистов по радиоэлектронике,
в том числе подготовленным радиолюбителям.
Е. А. Богатырев

Предисловие
Операционные усилители, выполненные в виде интегральных ми-
кросхем, являются одним из наиболее широко используемых типов
полупроводниковых электронных устройств. Если к таким усилителям
подключить небольшое число внешних элементов, то они смогут найти
применение в очень широком классе устройств. Данная книга напи-
сана не для инженеров-специалистов, а для радиолюбителей и всех
тех, кто стремится лучше понять работу операционных усилителей,
затратив на это минимум усилий.
В книге принят не математический, а практический подход к изло-
жению материала. Применение операционных усилителей иллюстриру-
ется практическими схемами, на которых указаны номиналы исполь-
зуемых элементов. Принципы работы всех устройств обсуждаются
детально, но основное внимание при этом уделяется не пояснению
особенностей принципиальной схемы усилителей, а их практическому
использованию.
В гл. 1—3 рассматриваются схемы, в которых применен известный
операционный усилитель типа 741, так как этот широко распростра-
ненный прибор исключительно дешев и может быть использован в са-
мых разнообразных устройствах. Частотная коррекция рассматривается
в гл. 4, где описаны усилители, требующие применения внешних кор-
ректирующих цепей. В гл. 5 рассматриваются усилители, во входных
каскадах которых использованы полевые транзисторы. Интегральные
микросхемы для низкочастотных усилительных устройств описаны
в гл. 6 и 7. В конце книги дано приложение, где приведены определе-
ния терминов, относящихся к операционным усилителям.
Материал книги является переработанным и обновленным мате-
риалом ряда статей, опубликованных впервые в журнале Electronics
Australia под названием «Операционные усилители в целом». Автор
хотел бы высказать признательность редактору указанного журнала
Дж. Роу за помощь и поддержку в работе и за разрешение опубли-
ковать материалы статей в виде отдельной книги.
Автор также благодарен К. Стаммерсу — сотруднику физического
факультета Бирмингэмского университета за детальное изучение ру-
кописи и многочисленным изготовителям полупроводниковых приборов,
разрешившим воспроизвести в книге типовые схемы использования
операционных усилителей.
Дж. Брайан Дане

ГЛАВА ПЕРВАЯ
ВВЕДЕНИЕ
Операционный усилитель является важнейшим базовым узлом
всех линейных цепей. Область его применений очень широка и вклю-
чает в себя усилители напряжения и мощности звуковых сигналов,
таймеры, стабилизаторы напряжения, чувствительные измерительные
цепи и т. д.
Базовый усилитель
Термин «операционный усилитель» первоначально относился
к усилителям с высоким коэффициентом усиления, работающим вплоть
до «нулевой» частоты, которые использовались в аналоговых вычисли-
тельных машинах для выполнения некоторых математических операций
(сложения, вычитания, интегрирования и т. д.). Такие усилители с вы-
соким коэффициентом усиления используются в самых разнообразных
устройствах, но старое название «операционный усилитель» сохрани-
лось и применяется часто несмотря на то, что эти усилители фактиче-
ски не выполняют математических операций.
Ранее операционные усилители изготовлялись на основе дискретных
компонентов, ъ настоящее время для их изготовления используют
интегральную технологию. Операционные усилители выполняются в ви-
де небольшой интегральной микросхемы, которую необходимо допол-
нить лишь несколькими внешними элементами. Интегральная микро-
схема содержит большое число компонентов, находящихся в миниатюр-
ном кремниевом кристалле. Все соединения между внутренними ком-
понентами осуществляются автоматически с помощью фотолитографи-
ческой техники в процессе производства микросхемы.
Одним из основных преимуществ применения интегральных микро-
схем является экономия времени, которое могло бы уйти на осущест-
вление многочисленных соединений элементов. Дополнительным преиму-
ществом является то, что вероятность повреждения внутренних соеди-
нений микросхемы существенно меньше, чем при соединении элементов
с помощью пайки. Кроме того, замена схем на дискретных элементах
интегральными микросхемами дает очень большой выигрыш в габа-
ритах и массе устройств.
5

Другим преимуществом использования интегральных микросхем
является то, что стоимость большинства обычно используемых микро-
схем намного меньше суммарной стоимости компонентов аналогичного
устройства, выполненного на дискретных элементах. Действительно,
некоторые современные интегральные микросхемы, содержащие боль-
шое число транзисторов, стоят в 2—3 раза дороже одного транзи-
стора.
Основным недостатком интегральной микросхемы является невоз-
можность введения изменений в ее внутреннюю структуру, так как все
компоненты микросхемы изготовле-
Источнцк положительного ны в базовом кремниевом кристал-
напримения . Л
• ле, который должен тщательно обе-
НеинВертирую- p^J регаться от воздействия влаги и
Ze%i%H,-ZZlj>—в™* других веществ атмосФеРы-
'ций.ЦхоВ ^\ Операционные усилители, вы-
' полненные в виде интегральных ми-
^$шТшГ"0га кросхем, являются чрезвычайно
удобными функциональными узлами,
Рис. 1. Основной символ для которые с успехом можно исполь-
обозначения на принципиаль- зовать изготовления сложных
ных схемах операционного уси- „ ~
лителя устройств. Эти усилители явля-
ются в настоящее время настолько
удобными в применении, что разработчики радиоэлектронной аппарату-
ры почти не занимаются проектированием полностью дискретных
низкочастотных усилителей, если только к схеме не предъявляются
специальные требования.
Разработчика схем обычно не интересует взаимодействие внутрен-
них компонентов интегральной микросхемы, а только внешние харак-
теристики узла в целом. Поэтому для обозначения операционного
усилителя на схемах обычно используют условный символ, показан-
ный на рис. 1. Как видно из рисунка^ усилитель имеет два входа,
один выход и выводы для подключения положительного и отрицатель-
ного источников питания.
Если напряжение на инвертирующем входе усилителя станет более
положительным, то выходное напряжение станет более отрицательным;
вот почему этому входу дали название «инвертирующий». Если более
положительным станет напряжение на неинвертирующем входе, то вы-
ходное напряжение также станет более положительным.
Операционный усилитель типа 741
Рассмотрим операционный усилитель типа 741, так как он явля-
ется наиболее известным и доступным операционным усилителем об-
щего применения, и его выпускают почти все крупные фирмы — изго-
товители полупроводниковых приборов. Он является также одним из
самых дешевых линейных интегральных микросхем.
6

Потребитель микросхем имеет дело только с внешними цепями,
поэтому один из первых вопросов, который может задать человек,
начинающий заниматься электроникой, будет таким: «Как выглядит
операционный усилитель типа 741?». Этот прибор изготовляется в кор-
пусах различных типов, некоторые из которых показаны на рис. 2—4.
Радиолюбители обычно считают, что тип корпуса, показанный на
рис. 2, наиболее удобен для применения; он же является и наиболее
дешевым. Этот тип корпуса известен как 8-выводной с двумя рядами
выводов, причем в каждом ряду расположены четыре вывода.
bUJlZHGUpntiXOL
нуля
Ин&ртирующии £ ц-~1-^
Вход.
Нвинбертирующиц g
Вход
Источник
отрицательного
напряжения
р 8 Не используется
Источник
b 7 положительного
напряжения
|з 6 Выход
^ Вала.нсиро8ка
нуля
Рис. 2. Расположение выводов операционного усилителя типа 741, по-
мещенного в 8-выводной корпус с двумя рядами выводов
Не используется 1С о
Не используется 2 с
БатнсироВна. п
нуля
ИнВертируюш, и. и а J rv
Вход *4"""1
НеинВертирунлции. с
Вход
Источник атрица- q
тельного напряжении
Не используется 7 с]
□ 14 Неиспользуемое
э 13 Не используется
12 Не используется
Источник поло-
жительного
напряжения
р/0 Выход
I q ВалансироВка.
Р * нуля
р# Не используется
Рис. 3. Расположение выводов операционного усилителя типа 741, по-
мещенного в 14-выводной корпус с двумя рядами выводов.
На корпусе прибора, изображенного на рис. 2, для ясности нари-
сован треугольный символ усилителя. В интегральных микросхемах
с двумя рядами выводов имеется метка: или небольшая впадина меж-
ду выводами 1 и 5, или небольшой кружок около вывода У, позво-
ляющие определить нумерацию 'выводов. Радиолюбителю следует быть
внимательным при определении нумерации выводов, так как информа-
ция о номерах выводов содержится только в этой небольшой метке.
Аналогичный по электрическим характеристикам усилитель типа
7

741 изготавливается в 14-выводном корпусе с двумя рядами выводов,
показанном на рис. 3. Третьим типом корпуса является цилиндриче-
ский металлический корпус типа ТО-5, показанный на рис. 4 и исполь-
Не используется
Балансировка,
нуля
ИнЗвртируинццй
Зход
Неиндертирикяции $
Вход
Источник
nojwnuuneJlbHOSl)
напряжения
6 Выход
z Балансировки
нуля
Источник отрицательного
напряжения
Рис. 4. Расположение выводов операционного усилителя типа 741, по-
мещенного в цилиндрический металлический корпус типа ТО-5
зуемый обычно для дискретных транзисторов. Усилители типа 741
выпускаются также в корпусах другого вида? но все эти усилители
удовлетворяют большинству требований, предъявляемых радиолюби-
телями.
Панельки
Подключение операционного усилителя типа 741 может осу-
ществляться путем непосредственной припайки выводов микросхем
к плате или с помощью специальной панельки, в которую вставляется
микросхема. Панельки для показанных на рис. 2 и 3 корпусов с двумя
рядами выводов широко распространены, но могут, однако, стоить
дороже, чем сама микросхема. Поэтому потребители микросхем часто
предпочитают не использовать панельки, хотя следует помнить, что
при неисправности заменить микросхему гораздо легче, если использу-
ется панелька. Их применение может оказаться предпочтительным для
более дорогих, по сравнению с 741, операционных усилителей. Чтобы
вынуть микросхему из панельки, необходимо просунуть отвертку меж-
ду панелькой и корпусом микросхемы и вытолкнуть микросхему.
Экспериментирование
Одним из лучших способов изучения любого электронного при-
бора является экспериментальное исследование его свойств в про-
стейших устройствах. В значительной степени это относится и к опе-
рационным усилителям. Чтобы читатель, не имеющий соответствующих
навыков, смог познакомиться с операционным усилителем типа 741,
можно рекомендовать схему, представленную на рис. 5.
8

Для питания операционного усилителя типа 741 обычно использу-
ются два источника напряжения: положительной и отрицательной по-
лярности. В схеме на рис. 5 показаны источники питания с напряже-
нием ±9 В, в качестве которых могут быть использованы две обыч-
ные батарейки для транзисторных радиоприемников1. Если необходи-
мо получить большие выходные напряжения, то следует использовать
источники питания с напряжением ±15 В, но для операционного усили-
теля типа 741 напряжение пита-
ния никогда не должно превы-
шать ±18 В.
Нумерация выводов микро-
схемы, указанная на рис. 5, отно-
сится только к 8-выводному кор-
пусу с двумя рядами выводов,
показанному на рис. 2, или к ци-
линдрическому металлическому
корпусу, показанному на рис. 4.
Присоединение 14-выводного кор-
пуса осуществляется совсем
иначе, в соответствии с рис. 3.
Следует отметить, что источник
питания напряжением -{-9 В под-
ключается к выводу 7, а источник
—9 В к выводу 4. Неинвертирующий вход, соединенный с выводом 3,
обычно обозначается знаком «-)-», а инвертирующий вход, соединенный
с выводом 2 — знаком «—». Эти знаки не обозначают точек подключе-
ния положительного и отрицательного источников питания. Использо-
вание конденсаторов С1 и С2 может оказаться необходимым для
предотвращения неустойчивой работы усилителя, если провода, иду-
щие к источникам питания, чересчур длинны, но часто эти конденсато-
ры можно исключить из схемы без возникновения неприятных послед-
ствий.
К выходу операционного усилителя подключается вольтметр, по-
этому можно проследить, как меняется выходное напряжение при
изменении напряжений на входах. Этот вольтметр должен быть рассчи-
тан на 10 В (полное отклонение стрелки). Удобнее использовать вольт-
метр с центральным положением нуля (10—0—10). Вполне подходя-
щий вольтметр можно изготовить самостоятельно, соединив последо-
вательно микроамперметр на 100 мкА и резистор сопротивлением
100 кОм или миллиамперметр на 1 мА и резистор сопротивлением
10 кОм. Можно, конечно, использовать и другие комбинации включе-
ния амперметра и резистора.
сг 4=
0,1мк
Рис. 5. Схема для эксперименталь-
ного исследования характеристик
операционного усилителя типа 741
1 Аналогичные отечественные батарейки называются «Крона».
(Прим. пер.)
2—112 9

Балансировка нуля
Потенциометр предварительной установки R5 предназначен для
выставления нулевого выходного напряжения при нулевых напряже-
ниях на входах операционного усилителя. Обычно этот процесс назы-
вают балансировкой нуля. Соедините выводы 2 и 3 микросхемы с об-
щим проводом и регулировкой R5 добейтесь нулевого напряжения на
выходе. Заметьте, что эта регулировка является очень критичной. По
мере прогрева операционного усилителя выходное напряжение может
отклониться от нуля, но его можно опять вернуть к нулевому значе-
нию с помощью регулировки R5.
Отклонение от нуля выходного напряжения (так называемый дрейф
нуля) при изменении температуры оказывает существенное влияние,
когда операционный усилитель используется как усилитель с большим
коэффициентом усиления. В схеме на рис. 5 отсутствует обратная
связь, поэтому усилитель обладает максимальным коэффициентом уси-
ления, что является наихудшим случаем с точки зрения температур-
ного дрейфа нуля. Действительно, дрейф нуля является одной из
причин, по которым операционные усилители обычно не используются
в этом режиме.
Коэффициент усиления
Коэффициент усиления операционных усилителей обычно очень
высок, но существенно меняется от одного экземпляра к другому.
Например, операционные усилители типа 741 имеют на нулевой частоте
коэффициент усиления 200 000 (в соответствии со справочными дан-
ными, приводимыми большинством изготовителей). Однако минималь-
ное значение этого коэффициента для отдельных экземпляров усилите-
лей достигает 20 000—25 000, а максимальное значение вообще не ука-
зывается.
Потребитель может оценить коэффициент усиления операционного
усилителя типа 741 на нулевой частоте с помощью схемы на рис. 5.
Если коэффициент усиления близок к минимальному значению (поряд-
ка 20 000), то сопротивление резистора R1 следует выбрать равным
50 кОм, но для большинства операционных усилителей типа 741, об-
ладающих большим коэффициентом усиления, это сопротивление долж-
но быть равно 2 МОм. Если ,#/=50 кОм, то постоянное напряжение
в точке соединения резисторов R1 и R2 будет примерно равно 400 мкВ,
и если коэффициент усиления равен 20 000, то выходное напряжение
будет равно 8 В, что удобно при использовании описанного выше
вольтметра. Если Rl=2 МОм, то напряжение в точке соединения рези-
сторов R1 и R2 будет равным 9 мкВ, что удобно (с точки зрения
точности измерения выходного напряжения) для исследования опера-
ционных усилителей с коэффициентом усиления порядка 1 млн.
В качестве начального значения сопротивления резистора R1 удоб-
но взять 500 кОм.. После установки нулевого выходного напряжения
W

оставьте инвертирующий вход заземленным и переведите потенциометр
R3 в крайнее верхнее положение^ чтобы неинвертирующий вход уси-
лителя был подключен к точке соединения резисторов R1 и R2. Если
выходное напряжение получится слишком малым и его трудно будет
измерить, то уменьшите сопротивление резистора R1. Если показание
измерительного прибора превышает 7 В, то R1. следует увеличить.
После определения подходящего значения сопротивления R1 из-
мерьте изменение выходного напряжения при регулировке потенцио-
метра R3 от нижнего положения до верхнего (при этом потенциометр
R4 должен оставаться в нижнем положении, т. е. инвертирующий
вход должен быть заземлен). Коэффициент усиления равен отношению
изменения выходного напряжения к изменению напряжения на неиивер-
тирующем входе, причем последнее примерно равно произведению на-
пряжения питания (9 В) на 0JR2fiRl.
Заметьте, что если напряжение на неинвертирующем входе слегка
увеличивается, то выходное напряжение возрастает. Увеличение на-
пряжения на инвертирующем входе уменьшает выходной сигнал. Если
движки потенциометров R3 и R4 перемещаются из нижнего положе-
ния (земля) в верхнее (к точке соединения резисторов R1 и R2)y
то выходное напряжение будет меняться очень незначительно, так как
влияние увеличения напряжения на одном входе будет практически
скомпенсировано увеличением напряжения на другом входе. Таким
образом, описанная схема, по существу, реагирует на разность напря-
жений двух входов.
Если соединить инвертирующий вход с землей и изменить напря-
жение на неинвертирующем входе с помощью потенциометра R3> то вы-
ходное напряжение будет изменяться так, как показано на рис. 6.
Следует отметить, что максимально возможный размах выходного на-
пряжения примерно на 1 В меньше напряжения питания, поэтому
в характеристике на рис. 6 возникают горизонтальные участки.
Коэффициент усиления по переменному току
Если экспериментатор располагает звуковым генератором и ос-
циллографом или вольтметром переменного напряжения, то он может
измерять коэффициент усиления микросхемы типа 741 на разных ча-
стотах. Схема для проведения таких измерений показана на рис. 7.
Выходное напряжение можно измерить с помощью осциллографа
или подходящего вольтметра переменного напряжения. При этом надо
выбирать не слишком большой входной сигнал усилителя, чтобы выход-
ное напряжение не соответствовало горизонтальным участкам пере-
даточной характеристики (см. рис. 6). Значение переменного входного
напряжения лучше всего измерить, подключив осциллограф или вольт-
метр переменного напряжения к выходу звукового генератора и разде-
лив затем измеренное значение на коэффициент деления (R1/R2) де-
лителя, состоящего из резисторов R1 и R2.
2* "

Теперь коэффициент усиления усилителя может быть легко вычис-
лен как отношение переменного выходного напряжения к переменному
входному напряжению. При этом окажется, что коэффициент усиления
микросхемы типа 741 быстро спадает на частотах выше 5 Гц. Типич-
ная зависимость коэффициента усиления от частоты для операционного
Рис. 6. Передаточная ха- Рис. 7. Схема для измерения коэффициента
рактеристика операцией- усиления операционного усилителя типа 741
ного усилителя типа 741 по переменному току
усилителя типа 741 показана на рис. 8. Можно заметить, что коэф-
фициент усиления спадает до нуля на частоте около 1 МГц.
Полоса пропускания операционного усилителя обычно принимает-
ся равной частоте, на которой коэффициент усиления падает на 3 дБ.
Другими словами, это частота, на
которой входное напряжение умень-
шается в У 2 раз (или составляет
0,707) относительно значения на
очень низких частотах. Этот экспе-
римент можно повторить, поменяв
местами входы 2 и 3 (см. рис. 7),
чтобы убедиться, что коэффициент
усиления с ростом частоты падает
при подаче сигнала на инвертирую-
щий вход точно так же, как и прк
его подаче на неинвертирующий
вход.
1 10 10г W3 W4 Ю510е 10?
Частата f Гц
Рис. 8. Типовая зависимость
коэффициента усиления прибо-
ра 741 от частоты
Обратная связь
Мы убедились в том, что операционный усилитель типа 741 об-
ладает очень большим коэффициентом усиления на низких частотах.
Однако коэффициент усиления меняется от микросхемы к микросхеме
настолько сильно, что нельзя даже указать определенные значения
резистора R1 в схемах на рис. 5 и 7. При частоте входного сигнала,
превышающей 5 Гц, коэффициент усиления падает примерно на 20 дБ
при увеличении частоты в 10 раз, а выходное напряжение сильно ме-
няется даже при небольших перепадах температуры.
12

Читатель может спросить: «Как же можно практически исполь-
зовать операционные усилители, обладающие такими большими недо-
статками?» Ответ на этот вопрос дан в следующей главе: решение про-
блемы кроется в использовании отрицательной обратной связи. Эта
обратная связь уменьшает коэффициент усиления, но зато при ее ис-
пользовании коэффициент усиления становится зависящим только от
номиналов двух внешних резисторов, так что изменения параметров са-
мих операционных усилителей при замене микросхем практически не
влияют на характеристики устройства. При этом коэффициент уси-
ления можно сделать постоянным до частот, существенно превышаю-
щих 5 Гц, но при определенном значении частоты он все равно начи-
нает уменьшаться. При использовании обратной связи дрейф нуля
имеет место, но для усилителя с небольшим коэффициентом усиления
этот дрейф выходного напряжения может оказаться вполне допу-
стимым во многих устройствах.
Практически операционные усилители редко используются без
отрицательной обратной связи. Проблемы, которые будут далее рас-
сматриваться, являются важными почти для любого применения. Одна-
ко не будем тратить время на рассмотрение схем без обратных связей,
так как тот уровень понимания, которого мы достигнем, и без того
поможет в практическом использовании операционных усилителей. Так,
уже теперь мы знакомы со многими ограничениями в их использо-
вании.
Коэффициент усиления, который был определен таким путем, на
зывается обычно коэффициентом усиления при разомкнутой цепи об-
ратной связи, так как при его измерении обратная связь не вводи-
лась.
ГЛАВА ВТОРАЯ
НЕКОТОРЫЕ БАЗОВЫЕ УСТРОЙСТВА
НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ ТИПА 741
Рассмотрим некоторые практические схемы, в которых для ста-
билизации коэффициента усиления, расширения частотной характери-
стики и улучшения других свойств использована отрицательная обрат-
ная связь. Когда применяется отрицательная обратная связь определен-
ной глубины, разница в характеристиках отдельных экземпляров ми-
кросхем одного типа практически не влияет на работу большинства?
практических устройств.
Так как микросхема типа 741 представляет собой очень экономич-
ный операционный усилитель широкого применения, который легко
приобрести, будем использовать именно ее для построения различных
устройств. Однако почти все рекомендации, данные ниже, могут быть
отнесены и к операционным усилителям других типов.
13

Инвертирующий усилитель
Вхсд
Базовая схема инвертирующего усилителя на микросхеме типа
741 показана на рис. 9. Входной сигнал поступает через резистор R1
на инвертирующий вход операционного усилителя, и поэтому выходной
сигнал имеет противоположный знак по отношению ко входному сигна-
лу. Для упрощения схемы на ней не показано подключение источников
питания, которые необходимо подключить, как на схемах в гл. 1.
Опустив на схеме источники питания и цепи балансировки нуля, можно
сконцентрировать внимание на наи-
более важных участках схемы, ко-
торые будут рассмотрены далее.
Если входное напряжение, посту-
пающее на резистор R1, немного
увеличится, то это приведет к не-
большому увеличению напряжения
ча инвертирующем входе микросхе-
мы 741 (обозначенном «—»), и в ре-
зультате выходное напряжение
уменьшится. Это уменьшение напря-
жения передается через цепь обрат-
ной связи R3 на вход и уменьшает
возрастание напряжения на инвертирующем входе.
Ранее было отмечено, что операционные усилители имеют очень
большой коэффициент усиления, так что уменьшение выходного напря-
жения почти полностью скомпенсирует увеличение напряжения на ин-
вертирующем входе усилителя. Полной компенсации при этом не будет,
поскольку для изменения выходного напряжения сигнал на входе
также должен измениться. Однако инвертирующий вход усилителя
остается фактически под потенциалом земли, и поэтому его часто на-
зывают фактической землей.
Операционные усилители имеют обычно очень высокое входное со-
противление. Поэтому токи, втекающие во входные цепи микросхемы
типа 741 (см. рис. 9), очень малы. Поскольку инвертирующий вход
находится фактически под потенциалом земли, ток, текущий через
резистор R1, равен входному напряжению UBX, разделенному на RL
Точно так же, ток, текущий через R3, равен UBUX/R3, где ивых—
выходное напряжение. Эти два тока почти равны, так как ток, вте-
кающий в инвертирующий вход, пренебрежимо мал:
Рис. 9. Базовая схема инверти-
рующего усилителя на микро-
схеме 741 (коэффициент усиле-
ния равен отношению R3/R1)
UBX/Rl=UBblx/R3.
Следовательно,
UBblx/UBX=R3/Rl.
Но отношение UBbix/UBX— это коэффициент усиления схемы с цепью
обратной связи. Таким образом, коэффициент усиления равен отноше-
14

нию сопротивлений резисторов R3/R1 и не зависит от коэффициента
усиления используемого операционного усилителя.
В действительности этот вывод является приближенным, посколь-
ку предполагалось, что потенциал инвертирующего входа всегда равен
нулю, а это не совсем так. Тем не менее, если коэффициент усиления
операционного усилителя без цепи обратной связи существенно больше
отношения R3/R1, то коэффициент усиления схемы с цепью обратной-
связи близок к отношению R3/R1.
Входное сопротивление схемы на рис. 9 практически равно сопро-
тивлению резистора Rly так как правый вывод этого резистора всегда
остается под нулевым потенциалом. Если необходимо минимизировать
влияние малых токов, втекающих во входные цепи усилителя, следует
выбрать сопротивление R2 примерно равным параллельному соедине-
нию R1 и R3.
Если, например, требуется получить усиление по напряжению
в 50 раз (34 дБ), то можно выбрать iR<3=50 кОм и Rl = \ кОм. Для
этого коэффициента усиления полоса пропускания усилителя с типовой
микросхемой типа 741 будет около 20 кГц на уровне 3 дБ. Однако по-
лоса пропускания обратно пропорциональна коэффициенту усиления.
Так, при коэффициенте усиления 5 полоса равна 200 кГц, а при полосе
2 кГц коэффициент усиления равен 500. Микросхема типа 741 вполне
может быть использована как предварительный усилитель звуковых
сигналов с коэффициентом усиления до 50 (или до 100 при возмож-
ности сужения частотной характеристики), но для этой цели выпуска-
ются специальные операционные усилители, обладающие меньшим по
сравнению с 741 уровнем шума.
Читатели, которые захотят испытать эту схему, могут использовать
для питания две батарейки напряжением 9 В. Можно также исполь-
зовать пониженное, выпрямленное и стабилизированное напряжение
сети переменного тока, но в любом случае без риска повредить хмикро-
схему на нее можно подавать в качестве питающего напряжения не
более ±15 В.
Неинвертирующий усилитель
На схеме, показанной на рис. 10, входное напряжение поступает
на неинвертирующий вход микросхемы, поэтому инверсии сигнала не
происходит. К выходу усилителя подключен делитель напряжения
Rl—R2f а сигнал отрицательной обратной связи снимается с точки
соединения этих резисторов и подается на инвертирующий вход ми-
кросхемы.
Если входное напряжение увеличивается на некоторое значение
£/вх, выходное напряжение также увеличивается, например, на UBblx.
Часть напряжения UBblx подается на инвертирующий вход для орга-
низации отрицательной обратной связи. Потенциалы на обоих входах
операционного усилителя увеличиваются почти на равные значения,
15

шоскольку если бы это было не так, разность потенциалов двух вхо-
дов, умноженная на очень большой коэффициент усиления микросхе-
мы 741 с разомкнутой цепью обратной связи, вызвала бы такое же
большое изменение выходного сигнала.
Напряжение, действующее на R2, составляет часть выходного на-
пряжения i/вых, равную отношению R2/(R1-^R2). Если предположить,
что коэффициент усиления микросхемы 741 так высок, что потенциалы
обоих входов одинаковы, то
UB^UBblxR2/(Rl+R2)
и коэффициент усиления
K=Uauz/Uu=(til+R2) /R2=\+R1/R2.
Если R1 намного больше R2, то коэффициент усиления схемы пример-
но равен R1/R2 и поэтому не зависит от собственных характеристик
используемого операционного усилителя.
Балансировка нуля
В схемах на рис. 9 и 10 можно использовать потенциометр
балансировки нуля. Такой потенциометр (сопротивлением, например,
10 кОм) включается между выводами 1 к 5 стандартной 8-выводной
микросхемы типа 741, а движок потенциометра подключается к источ-
нику отрицательного напряжения питания (см. рис. 5). Если сопротив-
ления резисторов обратной связи выбраны так, что коэффициент уси-
ления схемы не очень велик (от 10 до 100), то влияние регулировки
балансировочного потенциометра будет существенно меньшим, чем при
использовании микросхемы типа 741 в режиме полного коэффициента
усиления, т. е. без отрицательной обратной связи.
Действительно, при средних коэффициентах усиления в схемах
на рис. 9 и 10 с помощью потенциометра выходное напряжение меня-
ется на доли вольта, тогда как в схеме на рис. 5 очень незначитель-
ная регулировка потенциометра смещения нуля вызывает изменение
выходного напряжения от одного предельного значения до другого.
Разность напряжений на входах этих схем умножается на коэффи-
циент усиления схемы на нулевой частоте. Таким образом, при практи-
ческом использовании схем на рис. 9 и 10 нуль на выходе может быть
установлен очень точно. Хотя выходное напряжение будет несколько
изменяться с температурой, здесь этот дрейф будет существенно мень-
ше, чем в схеме на рис. 5, где цепь отрицательной обратной связи
отсутствует.
Буферный усилитель
Схема простого буферного усилителя, имеющего высокое вход-
ное и низкое выходное сопротивления, показана на рис. 11. Он подо-
бен усилителю по схеме на рис. 10, в котором вместо части выходного
16

напряжение на инвертирующий вход поступает весь выходной сигнал.
Этот тип усилителя называется повторителем напряжения, так как
Еыходное напряжение его всегда равно входному.
В схемах на рис. 10 и И ток источника входного сигнала втекает
в неинвертирующий вход операционного усилителя. Операционный
усилитель типа 741 разработан так, что этот ток оказывается очень
Вход
Выход
Вход
141
Выход
Рис. 10. Базовая схема не-
инвертирующего усилителя с
коэффициентом усиления
(R1/R2+1)
Рис. 11. Схема повторителя на^
пряжения со 100%-ной отри*
цательной обратной связью
малым и поэтому входное сопротивление этих схем намного больше
входного сопротивления схемы на рис. 9, в которой через резисторы
R1 и R3 текут примерно одинаковые токи. Поэтому схема на рис. II
оказывается очень полезной, когда необходимо создать каскад с очень
высоким входным- сопротивлением, не нагружающий предыдущий кас-
Вход
Выход
Рис. 12. Схема усилителя с высо-
ким входным сопротивлением, ко-
эффициент усиления которого мо-
жет изменяться в широком диа-
пазоне
Рис. 13. Схема инвертирующею
усилителя, обладающего высоким
входным сопротивлением и боль-
шим коэффициентом усиления
кад и способный работать на различные последующие каскады. Вместо
названия «повторитель напряжения» для обозначения этих схем часто
используют термин «преобразователь импеданса», поскольку они как бьз
преобразуют низкий импеданс .насрузки., в. выешш&->входной импеданса
Входное сопротивление операционного усилителя,атипа 741 равно
обычно 1 МОм (минимальное? Значение- tixoftftoito-сЪпйотивления со*-
1?

ставляет обычно 0,3 МОм), а -выходное сопротивление немного менее
1 кОм.
Схему на рис. 11 применяют, когда не требуется усиление по на-
пряжению, а схемы на рис. 9 и 10 обеспечивают усиление. При жела-
нии один из резисторов цепи обратной связи можно сделать перемен-
ным, так чтобы можно было изменять коэффициент усиления схемы.
Глубокая (100% -ная) отрицательная обратная связь в схеме на
рис. 11 обеспечивает очень высокое значение входного сопротивления.
Если необходимо создать усилитель с максимально возможным сопро-
тивлением, который обеспечивал бы требуемое усиление, можно ис-
пользовать комбинацию входной цепи схемы на рис. 11 и выходной
цепи схемы на рис. 9 или 10, так как усиление последних схем более
единицы *. Типовая схема, в которой можно получать самые разные
значения коэффициентов усиления, показана на рис. 12.
Существует большое число вариантов базовых схем на операцион-
ных усилителях. Например, на рис. 13 показан инвертирующий уси-
литель с высоким коэффициентом усиления, входное сопротивление
которого может быть очень большим. Если в схеме на рис. 9 требо-
валось получить большой коэффициент усиления при не очень большом
сопротивлении R3, то сопротивление R1 следовало выбирать достаточ-
но малым, что и приводило к относительно низкому входному сопро-
тивлению. В схеме же на рис. 13 сопротивление R1 может быть боль-
шим даже при очень большом коэффициенте усиления, так как рези-
сторы R3 и R4 подбираются так, что в цепь обратной связи подается
небольшая часть выходного напряжения и поэтому сопротивление R2
можно выбирать небольшим.
Чувствительный микроамперметр
На схеме на рис. 14 показано, как использовать микросхему 741
для создания высокочувствительного микроамперметра с током полного
отклонения 1 мкА. Кроме того, эта схема является полезной и радио-
любитель, не обладающий опытом работы с операционными усилите-
лями и экспериментирующий с простыми схемами, подобными этой,
получит много полезных практических навыков.
Если предположить, что во входную цепь этой схемы • втекает
некоторый входной ток, то почти такой же ток протекает и через
резистор R3, так как входное сопротивление операционного усилителя
очень велико. Если входной ток равен 1 мкА, то этот ток, протекаю-
щий через резистор R3, создает на нем падение напряжения 0,22 В.
Так как вывод 2 микросхемы остается под нулевым потенциалом,
в результате входной ток значением 1 мкА приведет к формированию
выходного напряжения 0,22 В. Если общее сопротивление микроампер-
1 В гл. 5 описаны операционные усилители, более удобные для
создания схем с высоким входным сопротивлением, чем микросхемы
типа 741.
18

метра Ml и потенциометра R5 равно 4,4 кОм, то через микроамперметр
потечет ток 50 мкА. Таким образом, входной ток 1 мкА обеспечивает
полное отклонение стрелки прибора.
Диоды Д1 и Д2 не проводят тока, если выходное напряжение
не превышает по модулю 0,6 В. Если напряжение выходит за указан-
ные границы, то один из диодов отпирается, что предотвращает пере-
грузку измерительного прибора, которая может привести к выходу его
Вход
1 4-93
Рис. 14. Схема, обеспечивающая полное отклонение стрелки измери-
тельного прибора при входном токе 1 мкА (схема может быть исполь-
зована в качестве милливольтметра постоянного напряжения)
из строя. Равенство сопротивлений входных резисторов R1 и R2 умень-
шает дрейф выходного напряжения.
Если входной сигнал имеет положительную полярность (т. е. если
входной ток «'втекает» в резистор R1), то выходной сигнал становится
отрицательным. Поэтому в этом случае положительный полюс микро-
амперметра следует заземлить, а отрицательный соединить с выходом
микросхемы 741. При желании можно использовать двуполярный ми-
кроамперметр с центральной стрелкой (50—0—50), в этом случае
можно осуществить измерение сигнала любой полярности.
При практическом использовании схемы сначала следует отрегу-
лировать потенциометр R4 так, чтобы при нулевом входном сигнале
прибор показывал нуль. Затем следует подать на вход ток 1 мкА.
Это можно сделать, соединив положительный полюс источника напря-
жения 10 В со входом схемы через резистор сопротивлением 10 МОм
и отрицательный полюс этого источника — с землей. После этого сле-
дует отрегулировать потенциометр R5 полного отклонения так, чтобы
обеспечить отклонение стрелки микроамперметра на всю шкалу.
В этом устройстве можно использовать микроамперметр 0—
100 мкА, но тогда сопротивление потенциометра R5 следует уменьшить
19

до 2,5 кОм. Можно также использовать и другие достаточно чувстви-
тельные микроамперметры с полным отклонением до 500 мкА, но при
этом необходимо уменьшить сопротивление R5.
Типовое значение входного тока операционного усилителя типа
741 равно 0,2 мкА (максимальное значение 0,5 мкА). Разность входных
токов, измеряемая при нулевом выходном напряжении, для опера-
ционного усилителя типа 741 равна 0,03 мкА (максимум 0,2 мкА) и
меняется с температурой. Таким образом, при попытках значительно
увеличить чувствительность схемы на рис. 14 для обеспечения полного
отклонения стрелки при намного меньших входных токах возникают
существенные погрешности в работе. Далее покажем, что для изме-
рения токов, существенно меньших тех, которые можно измерять
с помощью схемы на рис. 14, целесообразно применять операционные
усилители других типов.
Схему на рис. 14 можно использовать также как вольтметр по-
стоянного напряжения, тогда потенциометр R5 следует отрегулиро-
вать так, чтобы полное отклонение стрелки измерительного прибора
соответствовало входному напряжению 200 мВ.
Подключения источников питания и цепей регулировки нуля, пока-
занные на рис. 14 и 15, нужно использовать и в схемах на рис. 9
я 13.
Многодиапазонный микроамперметр
С помощью схемы на рис. 15 иллюстрируется использование
операционного усилителя типа 741 в качестве усилительного элемента
многодиапазонного микроамперметра. Когда переключатель П1 нахо-
дится в положении 1, ток 5 мкА, протекающий через резисторы Rl, R3
20

(подобранные с 1%-ной точностью) с общим сопротивлением 200 Ом,
обеспечивает падение напряжения 1 мВ на этих резисторах и это
приводит к полному отклонению стрелки прибора. Когда переключатель
П1 переводится в положение 2, полное отклонение стрелки обеспечива-
ется при токе 10 мкА, а в положении 3 полное отклонение реализуется
при токе 20 мкА.
Коэффициент усиления (R6/R4) этой схемы равен примерно 200,
поэтому входное напряжение 200 мВ обеспечивает протекание тока
100 мкА через измерительный прибор. Регулировка потенциометра R7
осуществляется точно так же, как и для схемы на рис. 14. Корректи-
ровка полного отклонения осуществляется потенциометром R8 на лю-
бом лтиазояеу при этом точность регулировки сохраняется и в дру-
гих диапазонах, если элементы Rl—R3 выбраны с указанной точностью,
а резистор R6 имеет точность 5%.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ДРУГИЕ ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОСХЕМЫ 741
Предварительный усилитель звуковых сигналов
Микросхемы типа 741 (как и другие операционные усилители)
могут быть рюпользованы в самых разнообразных устройствах.
На рис. 16 показана схема предварительного усилителя низкой ча-
стоты с высоким входным сопротивлением, предназначенного для рабо-
ты от пьезокерамического звукоснимателя. Схемы, описанные выше,
работали от одинаковых источников питания положительной и отри-
цательной полярностей, так что в них операционный усилитель может
нормально функционировать, если напряжения на входах и выходах
меняются относительно нуля (земли) в обе стороны. При использо-
вании операционных усилителей в схемах усилителей низкой частоты
это не очень удобно, так как потребитель часто располагает только
одним источником питания.
В схеме на рис. 16 резисторы R2 и R3 образуют делитель напря-
жения, причем по постоянному току сопротивления резисторов R2 и
R4 суммируются. Этот делитель напряжения подобран так, что на
неинвертирующем входе микросхемы 741 действует напряжение, рав-
ное половине напряжения источника питания. Поэтому на -выходе
операционного усилителя также поддерживается напряжение, равное
половине напряжения питания, но это не является недостатком схемы
предварительного усилителя, так как за счет конденсатора С4 постоян-
ная составляющая выходного напряжения не проходит на вход после-
дующего усилителя мощности. Таким образом, здесь микросхема 741
может нормально функционировать, так как входное и выходное на-
пряжения изменяются относительно средних значений.
21

Такой способ обеспечения смещения рабочей точки усилителя ис-
пользуется очень часто. Действительно, в устройстве, изображенном
на рис. 17 (см. далее), используется именно этот способ и, кроме того,
он обычно применяется для большинства малогабаритных интеграль-
ных усилителей мощности.
Выходное постоянное напряжение микросхемы 741 в устройстве
на рис. 16 полностью передается на инвертирующий вход через цепь
отрицательной обратной связи, поэтому усилитель действует по по-
02 -E+I Т
тк X<S*« Г]
дход
+ 12 В
1т Выход
Рис. 16. Предварительный усилитель сигналов низкой частоты на опе-
рационном усилителе типа 741
стоянному току как повторитель напряжения. Другими словами, коэф-
фициент усиления по постоянному току равен единице и поэтому дрейф
входного напряжения, пересчитанный на выход без умножения на
большой коэффициент усиления схемы, будет относительно мал. Таким
образом, выходное постоянное напряжение поддерживается на уровне
напряжения на неинвертирующем входе, и это позволяет изменять
выходной сигнал в максимально возможных пределах в обе стороны
от среднего значения.
Для сигналов звуковой частоты резистор R5 через конденсатор СЗ
подключается к точке соединения резисторов R2 и R3. Кроме того,
для звуковых сигналов резистор R3 соединен параллельно с резисто-
ром R2y поскольку конденсатор С2 соединяет верхний конец R2 по
переменному току с землей. Таким образом, резистор R5 совместна
с параллельно соединенными R3 и R2 образует делитель напряжения,
и только часть выходного сигнала звуковой частоты поступает через
цепь обратной связи на инвертирующий вход операционного усилителя.
Коэффициент усиления можно уменьшить за счет уменьшения сопро-
тивления R5. Нижний вывод резистора R1 соединен не с землей, а с
конденсатором СЗ, что обеспечивает большое входное сопротивление.
Причину того, что входное сопротивление является большим, мож-
22

но выявить, если проанализировать действие цепи обратной связи.
Если входное напряжение на короткое время увеличивается, то резуль-
тирующее увеличение выходного напряжения обеспечивает увеличение
потенциала в точке соединения R1 и R3 за счет действия цепи обрат-
ной связи. Увеличение последнего почти равно увеличению входного
сигнала, так как цепь обратной связи поддерживает почти полное ра-
венство входных сигналов усилителя. Таким образом, изменения напря-
жений на обоих выводах резистора R1 почти идентичны, и поэтому
переменный ток, текущий через резистор Rly очень мал. Если подача
переменного входного напряжения вызывает очень малый переменный
ток во входной цепи, то это означает, что «входное сопротивление очень
велико.
Этот способ получения высокого входного сопротивления называют
иногда «использованием искусственной линии связи», поскольку потен-
циал на нижнем выводе резистора R1 за счет дополнительной обратной
связи отслеживает изменение входного сигнала или, другими словами,
входной сигнал как бы за счет дополнительного канала изменяет по-
тенциал на нижнем выводе резистора R1. Напряжение источника пи-
тания может изменяться от 9 до 30 В. Наиболее удобно использовать
напряжение 12 В.
Низкочастотный микшер
Схема, показанная на рис. 17, относится к классу микшерных
устройств, вырабатывающих выходной звуковой сигнал, который явля-
ется комбинацией трех или более входных сигналов *. Резисторы со-
Рис. 17. Схема микшерного устройства для звуковых сигналов
противлением 47 кОм во входных цепях предохраняют каждый из
источников сигнала от проникания в него сигналов других источников,
т. е. развязывают источники.
1 В данном случае суммой трех или более входных сигналов.
(Прим. ред)
23

В этой схеме опять используется подача дополнительного смеще-
ния на неинвертирующий вход, что обеспечивает работоспособность при
однополярном источнике питания. Коэффициент усиления может из-
меняться путем регулировки сопротивления резистора R7 цепи обрат-
ной связи. Как и в схеме на рис. 16, напряжение источника питания
можно менять в широком диапазоне.
Источник регулируемого опорного напряжения
Простая схема источника регулируемого опорного напряжения
на основе операционного усилителя типа 741 показана на рис. 18.
Для выработки опорного напряжения используется стабилитрон с на-
пряжением стабилизации 6,8 В, так как стабилитроны на это опорное
напряжение могут быть изготовлены с очень низким температурным
коэффициентом. Ток, протекающий через стабилитрон, является по-
стоянным и не зависит от нагрузки, подключенной к выходу опера-
ционного усилителя. Сопротивление резистора R1 следует выбирать
так, чтобы ток, текущий через стабилитрон Д/, соответствовал точке
оптимальной стабильности напряжения.
Операционный усилитель типа 741 включен как повторитель на-
пряжения и вырабатывает выходное напряжение, равное напряжению,
снимаемому с движка потенциометра R2. Аналогичная по принципу
Рис. 18. Схема, вырабатывающая Рис. 19. Схема, вырабатывающая
регулируемое опорное напряжение регулируемое отрицательное вы-
ходное напряжение
действия схема, вырабатывающая отрицательное регулируемое напря-
жение, показана на рис. 19,
Стабилизатор напряжения
Для работы в стабилизаторах напряжения выпускаются специ-
альные интегральные микросхемы, но для этой цели вполне можно
использовать операционные усилители типа 741, как показано на
рис. 20.
24

Опорное напряжение для операционного усилителя вырабатывает-
ся стабилитроном. Если в какой-то момент времени на инвертирующем
входе напряжение уменьшится и станет ниже ©порного, то выходное
напряжение операционного
усилителя увеличится и боль-
ше откроет транзистор 77, что
приведет к увеличению выход-
ного напряжения стабилиза-
тора. В результате спустя не-
которое время напряжение,
снимаемое с движка потен-
циометра R4, станет равным
опорному. Максимальное зна-
чение выходного тока стаби-
лизатора определяется кон-
кретным типом регулируемого
транзистора 77, и значения выходного сопротивления обычно не пре-
вышают 0,1 Ом.
Следует отметить, что в данной схеме операционный усилитель ие-
пользуется как компаратор напряжений, который сравнивает опорное
напряжение стабилитрона с напряжением на движке потенциометра R4.
Рис. 20. Использование операционно-
го усилителя типа 741 в схеме стаби-
лизатора напряжения
Милливольтметр переменного тока
С помощью только измерительного прибора и полупроводнико-
вых диодов трудно изготовить милливольтметр переменного тока
с удовлетворительными характеристиками, так как нелинейность ха-.
рактеристик диодов приведет
к нелинейности шкалы прибо- ^ i+WB
pa. В схеме на рис. 21 изме«
ряемое напряжение подается
на вход операционного усили-
теля типа 741. Выходное на-
пряжение операционного уси*
лителя поступает на выпрями-
тельный диодный мост, при-
чем переменный ток моста
протекает через разделитель-
ный конденсатор С2 и рези-
стор R2. Мостовая схема
выпрямителя служит для того, чтобы ток через измерительный при-
бор протекал только в одном направлении. Угол отклонения сгрелки
прибора пропорционален значению переменного входного напряже-
ния. Если выбрать номиналы элементов такими, как указано на схеме,
то полное отклонение шкалы будет соответствовать 10 мВ.
3-112 25
Рис. 21. Милливольтметр переменно-
го тока с полным or лонением 10 мВ

Выходное постоянное напряжение поступает обратно на инверти-
рующий вход для стабилизации режима по постоянному току, а пе-
ременное напряжение, выделяемое на резисторе R2, — на неинверти-
рующий 'вход и обеспечивает большое значение входного сопротивле-
ния (более 1 МОм).
Использование диодов в цепи обратной связи обеспечивает хоро-
шую линейность шкалы даже при нелинейных характеристиках диодов.
Диоды не проводят тока, когда к ним в прямом направлении прило-
жено небольшое напряжение. Если в схеме на рис. 21 напряжение на
неинвертирующем входе становится более положительным, то это поло-
жительное приращение напряжения усиливается в большое число раз
и приводит к отпиранию диодов в тот период времени, когда на них
действует отпирающее напряжение. Переменный ток, протекающий че-
рез диодный мост, создает на резисторе R2 напряжение, обеспечиваю-
щее обратную связь на инвертирующий вход. Таким образом, высокий
коэффициент усиления операционного усилителя типа 741 фактически
устраняет влияние нелинейности характеристик диодов, включенных
в цепь обратной связи.
Однако частотная характеристика схемы на рис. 21 ограничена
частотной характеристикой операционного усилителя типа 741, так что
если частота входного сигнала поднимается в область нескольких ки-
логерц, то отклонение стрелки при постоянном входном напряжении
будет уменьшаться.
Генератор прямоугольных импульсов
Схема на рис. 22 может использоваться для выработки прямо-
угольных импульсов с единичным отношением длительности импульса
к промежутку между импульсами. Частота повторения импульсов опре-
деляется только значениями элементов R1 и С1. Например, если С1=
Рис. 22. Генератор сим- Рис. 23. Схема триггера
метричных прямоуголь- Шмитта
ных импульсов на опера-
ционном усилителе ти-
па 741
R1
CD-
26

= 1000 пФ и #7=100 Ом, то частота будет немного менее io кГц.
Максимальное значение частоты повторения для этой схемы равно
20—30 кГц.
Хотя подобные генераторы могут быть собраны на двух транзи-
сторах, генератор на операционном усилителе прост в реализации
и за счет большого коэффициента усиления вырабатывает импульсы
с очень хорошими фронтом и спадом.
Выходное напряжение микросхемы типа 741 может изменяться
на 80% напряжения источников питания. Таким образом, при напря-
жении питания ±12 В выходное напряжение может достигать ±10 В
(20 В от минимума до максимума).
Если необходим генератор, вырабатывающий несимметричный пря-
моугольный сигнал, то нужно обеспечить различие времен заряда и
разряда конденсатора CL Этого можно достигнуть, заменив резистор
R1 параллельным соединением двух ветвей, каждая из которых со-
стоит из последовательно включенных резистора и диода, причем дио-
ды в ветви включены с разной полярностью. Заряд конденсатора осу-
ществляется через одну ветвь, состоящую из диода и резистора, а раз-
ряд— через другую: через диод с другой полярностью и резистор
другого номинала.
На операционных усилителях типа 741 можно собрать ждущие
мультивибраторы (одновибраторы) и устройства с двумя устойчивыми
состояниями (триггеры).
Триггер Шмитта
Схема простого триггера Шмитта, собранного на операционном
усилителе типа 741, показана на рис. 23. При увеличении входного
напряжения наступает момент, когда выходное напряжение резко из-
меняется от начального «высокого» значения потенциала до «низкого».
При уменьшении входного напряжения ниже того значения, при ко-
тором произошло первое переключение, происходит переключение триг-
гера в исходное состояние, при котором выходной сигнал имел «высо-
кий» потенциал.
Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения, и потенциал
на неинвертирующем входе поддерживается равным выходному на-
пряжению, умноженному на отношение Rl / (Rl-\-R2). Таким образом,
если входное напряжение увеличивается, то переключение' наступает
в тот момент, когда уровень входного напряжения достигнет напряже-
ния на неинвертирующем входе. Выходной сигнал теперь будет отрица-
тельным, равным по модулю предыдущему положительному выходному
сигналу. Для обратного переключения схемы в исходное состояние
входное напряжение должно снизиться до нового значения.
3* 27

Источники питания
В различных устройствах на операционных усилителях, исполь-
зующих одинаковые источники питания положительной и отрицатель-
ной полярностей, вполне можно применить две обычные батареи на-
пряжением 9 В. Однако в некоторых случаях, особенно если соедини-
тельные провода к источнику питания не очень коротки, устойчивость
работы устройства может нарушиться. В этом случае целесообразно
подключить развязывающие конденсаторы емкостью порядка 0,1 мкФ
между каждым проводом питания и землей, причем надо расположить
эти конденсаторы как можно ближе к интегральной микросхеме. Это
обеспечит хорошую развязку по высокой частоте. Не следует использо-
вать для питания операционных усилителей старые батареи, у которых
внутреннее сопротивление велико, так как это также может привести
к нарушению устойчивости.
Если для питания используется выпрямитель, то для обеспечения
устойчивости требуется применить дополнительные развязывающие кон-
денсаторы емкостью 0,1 мкФ, кроме тех случаев, когда провода, иду-
щие от операционного усилителя к конденсатору фильтра выпрямите-
ля, короткие (менее 5 см). Хотя конденсаторы емкостью 0,1 мкФ под-
ключены параллельно электролитическим конденсаторам значительно
большей емкости, включенным на выходе выпрямителя, они обеспечи-
вают высокочастотную развязку непосредственно на зажимах опера-
ционного усилителя. Обычно провода питания имеют достаточную дли-
ну, поэтому их индуктивность необходимо учитывать. Кроме того,
выводы электролитических конденсаторов также обладают существен-
ной индуктивностью, включенной последовательно с этими конденсато-
рами. Таким образом, для предотвращения паразитных связей через
провода источника питания необходимо обеспечивать дополнительную
развязку.
Если используется одиночный источник питания, то между токо-
несущим проводом и землей следует включить одиночный развязываю-
щий конденсатор (около 0,1 мкФ). Если требуется долговременная
стабильность работы, то сетевые источники питания должны иметь
отабилизаторы. Кроме того, стабилизация напряжений обычно значи-
тельно уменьшает уровень фона.
Часто предпочтительно (особенно при проведении экспериментов и
настройки) использовать источник питания, который не может выраба-
тывать ток, превышающий 50—100 мА. В этом случае при случайном
коротком замыкании элементов или их неправильном соединении в про-
цессе наладки схемы ток, протекающий по проводам питания, будет
недостаточным для того, чтобы повредить микросхему, подключенную
к источнику питания.
28

Аналогичные операционные усилители
Операционный усилитель типа 741 выпускается большинством из-3
готовителей полупроводниковых приборов под наименованиями LM741
(National Semiconductor), СА 741 (RCA), uA 741 (Fairchild), MC 1741
(Motorola) и т. д. Хотя все эти микросхемы будут удовлетворительно
работать во всех описанных выше устройствах, следует иметь в виду,
что интегральные микросхемы одного типа, изготовленные разными
фирмами, могут иметь существенно различные электрические характе-
ристики. Большинством этих различий можно пренебречь для правиль-
но спроектированных схем, но не следует забывать, что они все-таки
существуют.
Перечень характеристик микросхем, выпускаемых конкретным из-
готовителем, следует всегда тщательно изучать, не забывая и про
величины, не указанные в перечне этих характеристик,
Существуют другие типы операционных усилителей, подобных уси-
лителю 741. Например, микросхема типа 747 содержит два усилителя
741, помещенных в один 14-зыводной корпус с двумя рядами выводов,
назначение которых, показано на рис. 24,а. Микросхема типа 1458 так-
же содержит два операционных усилителя типа 741, но помещена
НеинЗертируащий Вход усилителя! 1 >
Инвертирующий Входусилителя1 2
Балансировка, нуля усилителя 1 3 i
Истопникотрицательногонапряжения 4i
Балансировка нуля усилителя Z 51
НеинВертирующий Входусилителя2 В >
Инвертирующий Вход усилителя! 7
7¥7
Выход усилителя 1 1
ИнВеотируницийбхад усилителя! Z
Ивиноврпшруюищй Вход усилителя! 3
Источник отрицательного напряжения Ч ^
1W
IМ Баланеиробка нуля усилителя!
а 12 Выход усилителя !
аИе используется
з 13 Выход усилителя 2
Э 3 ИсточникПОЛОтитеЛопиаи лилрлтег
В балансироВт нуля усилителя2
8 Источник положительного напряжения
7 Выход усилителя 2
6 ИнВертирующий Вход усилителя 2
15 НеинВертирующий ВхоВ'усилителя2
Выход усилителя 1 7d
ИнВертирунзщий вход усилителя1 2
НеанВвртирующий Вход усилителя ! 3
Источник положительного напряжения Ч
НеинВвртирунзщий Вход усилителя 2 5
ИнВертирунзщий Вход усилителя 2 6
Выход усилителя2 7
«Г4-* Выход усилителя 4
з 13 ИнВертирующий Вход усилителя 4
з 12 НвинВертиоцющий Вход усилителя 4
LM348 3 И V- Истомин отрицательного напряжения
а 10 НеинВертирующий Вход усилителя 3
з 3 ИнЗертирующий Вход усилителя 3
3 8 Выход усилителя 3
В)
Рис. 24. Расположение выводов операционных усилителей типов 747
(а), 1458 (б) и LM 348 (в)
в 8-выводной корпус, поэтому выводоз для подключения цепей балан-
сировки нуля здесь нет. Назначение выводов этой микросхемы показано
на рис. 24Д Микросхема типа 1458 выпускается также в 14-©ыводном
корпусе с двумя рядами выводов, но и здесь не предусмотрена воз-
можность подключения цепей балансировки нуля. Регулировка нуля
29

дтйх микросхем осуществляется путём подачи дополнительного смеще-
ния на вход, но этот способ неудобен.
Новая микросхема LM 348 фирмы National Semiconductor содер-
жит четыре операционных усилителя, подобных усилителю типа 741
й помещенных в 14-выводной корпус с двумя рядами выводов. Из-за
ограниченного числа выводов здесь также не предусмотрена возмож-
ность балансировки нуля, но входные токи здесь меньше, чем в ми-
кросхеме типа 741, и ток, потребляемый всеми четырьмя усилителями,
меньше тока, потребляемого одним операционным усилителем типа
741. Микросхемы, содержащие несколько операционных усилителей,
очень удобны в многокаскадных схемах.
Другой микросхемой, входной ток которой в несколько раз мень-
ше входного тока операционного усилителя типа 741, является микро-
схема типа 307. Соединения этой микросхемы, помещенной в 8-выводной
корпус с двумя рядами выводов, аналогичны соединениям опера-
ционного усилителя типа 74J, но здесь также не предусмотрены цепи
балансировки нуля.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
ДРУГИЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ,
ВЫПОЛНЕННЫЕ В ВИДЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ
В предыдущих главах настоящей книги рассматривались устрой-
ства, выполненные на операционном усилителе типа 741. В этой главе
кратко рассмотрим некоторые более ранние типы приборов, поскольку
это позволит понять наиболее важные свойства операционных усили-
телей, которых для простоты ранее не касались. Затем изучим неко-
торые современные приборы и отметим, какие их характеристики лучше
характеристик операционных усилителей типа 741.
В настоящее время различными изготовителями полупроводниковых
приборов производится такое огромное число типов операционных уси-
лителей, что практически невозможно даже кратко описать их харак-
теристики. Поэтому ниже описаны такие приборы, которые или широко
распространены, или недороги.
Краткая история
Одним из первых доступных монолитных операционных усилите-
лей был усилитель 702, изготовленный в 1965 г. Почти сразу же
после него был разработан широко известный операционный усилитель
типа 709. Он был впервые изготовлен в 1965—1966 гг. фирмой Fairchild
под номером цА 709. Последний усилитель обладал существенно боль-
шим коэффициентом усиления и повышенным входным сопротивлением,
и можно считать, что он явился, по существу, первым интегральным
операционным усилителем, который производился крупными сериями.
Операционный усилитель типа 741 был разработан в 1968 г.
30

Операционный усилитель типа 709
Имеется много вариантов операционных усилителей типа 709,
но основные электрические характеристики их очень похожи. Как и
операционный усилитель типа 741, усилитель типа 709 обычно работает
от двух одинаковых источников питания положительной и отрицатель-
ной полярностей с напряжениями до ±15 В (максимально допустимое
напряжение питания ±18 В). Потребляемый от источника питания ток
при напряжениях ±15 В составляет обычно 2,6 мА (максимальное
значение 7 мА), в то время как операционный усилитель типа 741
обычно потребляет 1,7 мА. Коэффициент усиления по напряжению
меньше, чем у операционного усилителя типа 741, минимальное значе-
ние его равно 15 000. Входное сопротивление около 250 кОм (минимум
50 кОм), оно меньше входного сопротивления (1 МоМ) операционного
усилителя типа 741. Входной ток усилителя типа 709 может доходить
до 1500 нА (обычно 300 нА) вместо 500 нА (обычно 200 нА) у усили-
теля 741. Таким образом, основные характеристики операционного уси-
лителя типа 741 несколько лучше характеристик усилителей типа 709.
Когда операционные усилители типа 709 или 741 работают от
источников питания напряжением ±15 В, выходной сигнал может из-
меняться в диапазоне по крайней мере ±12 В, (обычно ±14 В), хотя
этот диапазон снижается на 1—2 В с каждой стороны, если сопротив-
ление нагрузки уменьшается до 2 кОм. Максимальные значения поло-
жительного и отрицательного выходных сигналов никогда не могут
превышать по модулю напряжения питания, поэтому диапазон измене-
ния выходного напряжения сужается при уменьшении напряжения
питания.
Обычно считают, что выходной сигнал может изменяться в преде-
лах примерно ±80% напряжения источника питания. Остальные 20%
Рие. 25. Расположение выводов операционного усилителя типа 709, по-
мещенного в 14-выводной корпус с двумя рядами выводов
напряжения питания требуются для обеспечения правильного функ-
ционирования внутренней схемы операционного усилителя.
Операционный усилитель типа 709 выпускается в 14-выводном
корпусе с двумя рядами выводов, показанном на рис. 25, но его можно
приобрести и в цилиндрическом металлическом корпусе. Из рис. 25
видно, что этот операционный усилитель имеет неинвертирующий (-[-.)
и инвертирующий (—) входы, как и операционный усилитель типа 741,
но не имеет выводов для балансировки нуля.
Частотная коррекция Входа. 3 е
ИнберпирующиЗ. Вход * е ■
У:дезертирующий. Вход 5 в ■
Уяа&ммcw-'itimsjibHoiQнапряжения 6в
Не используется 7 Ч
Не исшьзушя f в
Иеиояомзузтая 2 е
Щ Ие попользуется
13 Ие используется
12 Частотная коррекция Входа.
11 Источник положительного напряжения
10 Выход
9 Частотная коррекция Выхода
8 Неиспользуемой
3!

Частотная коррекция
При увеличении частоты входного сигнала в операционном уси-
лителе любого типа возникает дополнительный фазовый сдвиг между
выходным и входным напряжениями и это может привести к тому,
что на достаточно высокой частоте обратная связь станет положи-
тельной и, следовательно, возникнет генерация. В операционном уси-
лителе типа 741 этого не происходит благодаря использованию кон-
денсатора емкостью 30 пФ, находящегося во внутренней структуре
кремниевого кристалла и снижающего усиление на высоких частотах.
Операционный усилитель типа 709 не содержит такого внутреннего
конденсатора, и поэтому во внешнюю схему нужно добавить конден-
саторы частотной коррекции, подключаемые к специальным выводам
микросхемы. Схема инвертирующего усилителя на микросхеме типа
709 показана на рис. 26. Сравним ее со схемой инвертирующего уси-
лителя на микросхеме 741 (см. рис. 9).
Элементы С1 и R3 обеспечивают частотную коррекцию во входной
цепи операционного усилителя типа 709, а конденсатор С2 служит
для частотной коррекции выходной цепи. Выводы частотной коррек-
ции входной и выходной цепей называют иногда фазосдвигающими вы-
водами.
Внешние элементы частотной коррекции в схемах на операционном
усилителе типа 709 усложняют устройства, но обеспечивают некото-
рые преимущества, связанные с возможностью подбора вида частотной
характеристики усилителя на высоких частотах путем изменения но-
миналов этих элементов. Обычно, если необходимо получить максималь-
ную полосу пропускания схемы и хорошую стабильность, номиналы
корректирующих элементов следует подбирать, так как они зависят от
коэффициента усиления устройства. Если, например, С7=500 пФ R3=
= 1,5 кОм и С2=20пФ, то в схеме на рис. 26 будет обеспечена полоса
пропускания около 700 кГц при коэффициенте усиления 10 для тех
номиналов резисторов R4 и R1, которые указаны на схеме. Для срав-
нения полоса пропускания подобной схемы на операционном усилителе
типа 741 с коэффициентом усиления 10 составляет только 100 кГц.
Это различие становится еще более существенным при больших
коэффициентах усиления. Например, если R4 увеличить до 1 МОм,
a R1 уменьшить до 1 кОм с целью получения коэффициента усиления
1000, то при #3=0, С1=\0 пФ и С2«=3 пФ можно получить полосу
пропускания около 300 кГц. В усилителе на микросхеме типа 741 с ко-
эффициентом усиления 1000 полоса пропускания составляет всего
1 кГц.
Таким образом, операционный усилитель типа 709 может обеспе-
чить существенно большую полосу пропускания, чем операционный
усилитель типа 741, особенно при больших коэффициентах усиления.
Для этого необходимо только правильно подобрать номиналы элемен-
тов цепей частотной коррекции. Однако если коэффициент усиления
т

устройства на операционном усилителе типа f09, обладающего большим
усилением и широкой полосой пропускания, снижать, то емкости кон-
денсаторов цепей частотной коррекции должны быть при этом увели-
чены для обеспечения устойчивости работы в области высоких частот.
На рис. 27 показаны частотные характеристики усилителей с ча-
стотной коррекцией и без нее. Коэффициент усиления устройства без
цепей частотной коррекции начинает падать со скоростью 6 дБ на
+ /5Я
5>
I
I
рев частотной
бАВ/omaSn
Wz W3 W5 W6
Частота 7Гц
Рис. 26. Схема усилителя на
микросхеме 709 с коэффициен-
том усиления по напряже-
нию 10
Рис. 27. Зависимости коэффи-
циентов усиления от частоты
для операционных усилителей
с цепями частотной коррекции
и без них
октаву на вполне определенной частоте, затем на более высокой ча-
стоте он начинает спадать со скоростью 12 дБ на октаву и на очень
высоких частотах скорость уменьшения коэффициента усиления уве-
личивается до 18 дБ на октаву. Частотная коррекция обеспечивает
спад коэффициента усиления с постоянной скоростью 6 дБ на октаву,
начиная от очень низких частот и кончая частотой, на которой коэф-
фициент усиления становится равным единице.
Если частота, на которой начинается спад коэффициента усиления
со скоростью 6 дБ на октаву за счет действия корректирующей цепи,
будет слишком низкой, то это приведет к ограничению полосы пропу-
скания устройства. Если указанная частота будет слишком высокой, то
это может привести к самовозбуждению (или по крайней мере к воз-
никновению высокочастотных выбросов), даже когда операционный
усилитель охвачен, как обычно, внешней отрицательной обратной
связью. Если не требуется обеспечивать широкой полосы пропускания,
то запас устойчивости можно обеспечить за счет сдвига точки излома
частотной характеристики в область низких частот.
33

Сравнение операционных усилителей типов /09 и Hi
Как и для схемы на операционном усилителе типа 741, показан-
ной на рис. 9, коэффициент усиления по напряжению схемы, приве-
денной на рис. 26, равен отношению сопротивлений резисторов R4/R1
или 10 (20 дБ) при номиналах элементов, указанных на схеме. Значе-
ния сопротивления резистора R2 целесообразно выбрать примерно рав-
ным значению входного сопротивления со стороны инвертирующего
входа, так как при этом будут минимизированы изменения выходного
напряжения, обусловленные протеканием входных токов через резисто-
ры входных цепей.
Операционный усилитель типа 741 имеет внутренние цепи защиты,
которые ограничивают значение выходного тока на уровне примерно
25 мА и предотвращают выход микросхемы из строя при случайном
соединении выхода с любым выводом источника питания в любой мо-
мент времени. Операционный усилитель типа 709 не содержит такой
цепи защиты и, если его выход соединен с источником питания или
с землей на время, превышающее несколько секунд, микросхема мо-
жет выйти из строя. Выходное сопротивление операционного усилителя
типа 709 равно 150 Ом, но для ограничения значения выходного тока
при возникновении случайных коротких замыканий следует добавить
в выходную цепь дополнительный резистор.
Внутренняя схема операционного усилителя типа 741 разработана
таким образом, что усилитель не запирается. Вместе с тем, если на
вход операционного усилителя типа 709 подать слишком высокое или
слишком низкое напряжение, то усилитель запирается, т. е. потенциал
на выходе не возвращается к исходному значению после того, как
входное напряжение снимается.
Входное напряжение операционного усилителя типа 741 не должно
выходить за пределы, ограниченные напряжениями питания микросхе-
мы, т. е. за ±15 В. Входные напряжения операционного усилителя ти-
па 709 могут изменяться в более узких пределах — (максимум ±10 В),
а разность напряжений двух входов не должна превышать 5 В. Если
развязывающие конденсаторы в цепях питания отсутствуют, то возбуж-
дение схемы возникает с большей вероятностью, если в ней использу-
ется операционный усилитель типа 709, а не 741.
Эмиттеры внутренних выходных транзисторов микросхемы типа
709 соединены друг с другом и с выходом усилителя, а на выходные
транзисторы микросхемы типа 741 подается дополнительное смещение,
что обеспечивает переход их в класс АВ. Это уменьшает искажения
сигнала дополнительно к тому уменьшению искажений, которое
обусловлено действием отрицательной обратной связи,
Выше были перечислены основные различия характеристик опера-
ционных усилителей типов 741 и 709. Рассмотрим различия самих ми-
кросхем типа 709. Типовые значения входных токов микросхем типа
709А и 709С равны 100 нА, а максимальные значения их меняются
34

от 200 до 500 нА соответственно. Обычно лучшие экземпляры опера-
ционных усилителей типа 709А имеют меньшее входное напряжение
смещения по сравнению с напряжением смещения операционных усили-
телей 709С. Изготавливаются различные операционные усилители, ана-
логичные 709; например, микросхема МС1437 или МС1537 содержит
два операционных усилителя типа 709, помещенных в один 14-выводной
корпус с двумя рядами выводов.
Микроамперметр на операционном усилителе типа 709
В схеме на рис. 28 показано, как можно использовать операци-
онный усилитель типа 709 для изготовления микроамперметра, обеспе-
чивающего полное отклонение стрелки измерительного прибора при
входном токе 1 мкА. Усилитель этого типа не имеет специальных
выводов для балансировки нуля, и поэтому для установки нулевого
показания микроамперметра при нулевом входном токе необходимо
-г- + 9В
150к
-95
Рис. 28. Схема, обеспечивающая полное отклонение стрелки прибора
при входном токе 1 мкА
обеспечить регулируемое смещение на одном из входов микросхемы.
Это достигается с помощью потенциометра R8. Чувствительность ми-
кроамперметра регулируется потенциометром R9.
В качестве диодов можно использовать кремниевые диоды типа
1N914 или 1N4148. Диоды Д1 и Д2 защищают выходные цепи прибора
от перенапряжений, а диоды ДЗ и Д4 — измерительный прибор от пе-
регрузки.
Входной ток 1 мкА, протекающий по резистору R1, создает напря-
жение на неинвертирующем входе, равное 4,7 мВ. Коэффициент уси-
ления схемы, равный отношению R5/R4, составляет 45, поэтому этот
входной ток обеспечивает появление выходного напряжения около
210 мВ. При таком выходном напряжении через потенциометр R9
35

и измерительный прибор будет протекать ток 50 мкА, если их общее
сопротивление несколько менее 5 кОм.
Элементы R6 и С1 обеспечивают частотную коррекцию во входной
цепи, а элемент С2 — в выходной цепи. Аналогичные схемы на опера-
ционном усилителе типа 709 могут быть использованы для изготовле-
ления милливольтметра, но в этом случае не нужно использовать со-
противление R1, показанное на рис. 28, так как милливольтметр дол-
жен обладать существенно большим, чем 4,7 кОм, входным сопротив-
лением.
Операционный усилитель типа LM101/101A
Схема операционного усилителя типа LM101 такова, что частот-
ная коррекция может быть осуществлена с помощью одного внешнего
конденсатора вместо трех элементов частотной коррекции, показанных
на рис. 26 и 28. Этот операционный усилитель имеет также цепи за-
щиты от короткого замыкания на выходе и цепи предотвращения за-
пирания. По своим основным характеристикам он занимает среднее
положение между операционными усилителями типов 709 и 741.
Операционный усилитель типа LM101A аналогичен усилителю типа
LM101, но имеет существенно меньший входной ток (типовое значе-
ние входного тока 30 нА при температуре 25°С, а максимальное значе-
ние 75 нА), чем все рассмотренные операционные усилители. Наиболее
дешевый вариант усилителя типа LM301A имеет типовое значение
входного тока 70 нА при температуре 25°С (максимальное значение
250 нА), что примерно втрое меньше типового значения входного тока
операционного усилителя типа 741. Входное сопротивление микросхемы
LM301A обычно примерно вдвое больше входного сопротивления микро-
схемы 741 и составляет около 2 МОм. Операционный усилитель типа
LM307 (о котором упоминалось в гл. 3) имеет входной ток, примерно
равный входному току усилителя типа LM301A, но для него уже не
нужно использовать внешних элементов частотной коррекции.
Операционный усилитель типа LM308
Операционный усилитель типа LM308, разработанный фирмой
National Semiconductor в 1970 г., содержит специальные транзисторы,
изготовленные в основном кристалле микросхемы и имеющие коэффи-
циент усиления по току около 4000. Это позволяет обеспечить очень
малые рабочие токи входных цепей микросхемы (типовое значение
входного тока составляет 0,8 нА, а максимальное значение 2 нА) и
очень большие входные сопротивления (около 70 МОм). Наиболее
дешевые варианты операционных усилителей типа LM308 имеют вход-
ные токи около 1,5 нА (максимум 7 нА) и входное сопротивление
40 МОм (минимум 10 МОм). Таким образом, эти операционные уси-
лители обладают в 100 раз меньшим входным током, чем усилители
36

типа 709, в то время как стоимость микросхем типа LM308 всего
в 2,5 раза выше стоимости микросхем типа 709.
Типовые значения токов, потребляемых операционными усилителя-
ми типов LM108, LM208 и LM308 от источника питания, составляют
только 300 мкА (максимум 800 мкА), а напряжение питания может
изменяться в пределах от ±2 до ±15 В. Таким образом, эти опера-
ционные усилители очень удобны в системах с питанием от батарей.
Для осуществления частотной коррекции этих усилителей требуется
всего один внешний конденсатор, а коэффициент усиления при разом-
кнутой обратной связи существенно больше, чем у большинства раз-
работанных ранее микросхем. Коэффициент ослабления синфазного
сигнала (величина, которая характеризует способность усилителя по-
давлять синфазные сигналы, поступающие одновременно на оба вхо-
да) для этого операционного усилителя примерно на 10 дБ выше, чем
для усилителей типов 709 и 741. В отличие от более ранних приборов
операционный усилитель типа LM308 имеет максимальный температур-
ный дрейф напряжения смещения входов не более 30 мкВ на градус
Цельсия.
Из приведенных сведений очевидно, что операционные усилители
типа LM308 имеют очень большие преимущества по сравнению с уси-
лителями ранних выпусков. В частности, низкое значение входного
тока позволяет использовать эти операционные усилители в чрезвычай-
но высокоомных цепях. Напряжение смещения операционного усили-
теля типа LM709 существенно уменьшается, когда входное сопротивле-
ние превышает 10 кОм; для операционного усилителя типа LM101A
это значение входного сопротивления увеличивается до 500 кОм, а опе-
рационный усилитель типа LM108 хорошо работает при входных е©-
противлениях 10 МОм и более.
Влияние значения входного сопротивления на дрейф напряжения
смещения операционных усилителей наглядно проиллюстрировано на
рис. 29; этот рисунок взят из инструкции № AN-29 «Операционные
усилители, выполненные как интегральные микросхемы и превосходя-
щие полевые транзисторы по уровню входного тока» фирмы National
Semiconductor. Характеристики операционного усилителя типа 709
ухудшаются, если входное сопротивление превышает 3 кОм; аналогич-
ное ухудшение характеристик усилителя типа LM101A наступает при
входном сопротивлении 100 кОм, а- операционный усилитель типа
LM108 обеспечивает хорошие характеристики с точки зрения дрейфа
при входных сопротивлениях 3 МОм.
В настоящее время доступны разнообразные простые операционные
усилители с очень низкими значениями входного тока, в которых ис-
пользуются так называемые супербета-транзисторы. Так например, опе-
рационный усилитель типа LM308A имеет примерно такой же входной
ток, как и LM308, но напряжение смещения для него существенно
меньше — типовое значение 0,3 мВ (максимум 0,5 мВ) меньше типового
значения 2 мВ (максимум 7 мВ) усилителя LM308. Операционные уси-
37

лители MC1456G, MC1456CG и MC1556G фирмы Motorola и другие
семейства усилителей этой же фирмы обладают низким значением
входного тока, хотя и не таким низким, как операционные усилители
типа LM308. Приборы фирмы Motorola выпускаются в металлических
корпусах типа ТО-99, но в отличие от LM308 не имеют выводов для
балансировки нуля.
Такие операционные усилители с высоким входным сопротивлением
очень полезны для усиления сигналов от разнообразных высокоомных
первичных преобразователей, например пьезоэлектрического или ем-
костного типа. Из-за низкого входного тока операционный усилитель
типа LM308 можно с успехом использовать в аналоговых схемах вре-
менной задержки; например, для осуществления задержки во времени
на 1 ч можно использовать конденсатор емкостью 1 мкФ; этот кон-
денсатор медленно заряжается через резистор, а низкое значение вход-
ного тока операционного усилителя типа LM308 позволяет выбрать
сопротивление этого резистора очень большим и, следовательно,
емкость конденсатора может быть достаточно малой.
Усилитель с высоким входным сопротивлением
Если требуется создать усилитель со входным сопротивлением
2 МОм и коэффициентом усиления 100, то целесообразно использовать
операционный усилитель типа LM308, включив его по обычной схеме,
показанной на рис. 26. Если входной резистор выбрать равным 2 МОм,
то резистор обратной связи должен быть выбран равным 200 МОм для
•беспечекия нужного коэффициента усиления. Однако резисторы таких
Рис. 29. Зависимость дрей- Рис. 30. Усилитель на микро-
фа входного напряжения схеме LM108 с входным сопро-
для различных приборов от тивлением 2 МОм и коэффи-
входного сопротивления циентом усиления по напряже-
схемы нию 100
больших номиналов дороги, если они обеспечивают нужную точность.
В схеме на рис. 30 требуемые номиналы сопротивлений существен-
но уменьшены. Элементы R4 и R5 с 1%-ной точностью образуют дели-
тель напряжения, и в результате на резисторе R5 будет только 0,01
часть выходного напряжения. Эта часть выходного сигнала через ре-
38

зйстор R2 поступает на вход усилителя в виде сигнала обратной связи,
и в том случае, если сопротивления резисторов R1 и R2 (той же точ-
ности, что R4 и R5) равны, схема обеспечизает коэффициент усиления
100. Таким образом, требуются только два высокоомных резистора со-
противлением 2 МОм.
Следует подчеркнуть, что в схеме на рис. 30 напряжение смещения
нуля увеличивается в 200 раз, в то время как в обычной схеме при
коэффициенте усиления 100 оно возрастало только в 101 раз. Однако
если сопротивление резистора R2 увеличить до 20 МОм, а резистора
R5 до 5550 Ом, то напряжение смещения нуля будет увеличиваться
в ПО раз. Другим важным недостатком схемы на рис. 30 является
то, что коэффициент усиления определяется номиналами четырех рези-
сторов, а не двух, как это бывает обычно. В результате для обеспече-
ния высокой точности коэффициента усиления в схеме на рис. 30 тре-
буется применять резисторы с 1%-ным допуском.
Частотная коррекция операционного усилителя типа LM308 обеспе-
чивается обычным способом: подсоединением конденсатора подходя-
щей емкости между выводами 1 и 8 микросхемы. Вместе с тем ча-
стотная коррекция, показанная на рис. 30, имеет некоторое преиму-
щество перед обычным способом: здесь примерно в 10 раз уменьшается
прохождение на выход шумов источника питания.
Скорость нарастания выходного напряжения
Скорость нарастания выходного напряжения операционного уси-
лителя характеризует способность его быстро изменять значение вы-
ходного напряжения при большом уровне выходного сигнала. Скорость
нарастания выходного напряжения операционных усилителей типов
709 и 741 составляет примерно 0,5 В/мкс. Большую скорость нараста-
ния имеют операционные усилители LM318 (типовое значение 70 В/мкс,
минимальное значение 50 В/мкс). Некоторые другие операционные уси-
лители специального применения обеспечивают скорость нарастания вы-
ходного напряжения несколько сотен вольт в микросекунду.
Скорость нарастания выходного напряжения и ширина полосы
пропускания являются не связанными друг с другом характеристиками
операционного усилителя. Если усилитель обладает широкой полосой
пропускания, но малой скоростью нарастания выходного сигнала, то он
будет достаточно хорошо усиливать сигналы высоких частот, если
уровень выходного сигнала достаточно мал. Однако, когда уровень
выходного сигнала будет увеличиваться, выходной сигнал не сможет
изменяться быстрее его скорости нарастания, и в результате выходной
сигнал будет отличаться по форме от входного сигнала.
Микромощные операционные усилители
Некоторые операционные усилители специально разработаны та-
ким образом, чтобы их питание можно было осуществлять от источ-
ников с низким напряжением. Такие операционные усилители нотребля*
89

ют от источников питания очень малые токи, что особенно выгодно
в системах с питанием от батарей. Потребляемая мощность 2 мкВт
при напряжении питания ±1 В характерна для операционных уси-
лителей такого типа.
ГЛАВА ПЯТАЯ
ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ С ПОЛЕВЫМИ
ТРАНЗИСТОРАМИ ВО ВХОДНЫХ КАСКАДАХ
В гл. 4 рассматривалось, каким образом можно обеспечить зна-
чительно меньшие входные токи операционных усилителей за счёт пра-
вильного проектирования его внутренней структуры. Вместе с тем
все операционные усилители, о которых шла речь ранее, имеют во
ьходных каскадах биполярные транзисторы. Теперь рассмотрим раз-
личные типы операционных усилителей, во входных каскадах которых
использованы полевые транзисторы, благодаря чему входные токи
уменьшаются до 1 пА (одной миллионной части микроампера).
Входной ток
Входной ток или входной ток смещения операционного усили-
теля определяется как среднее значение входных токов по каждому
входу. Разность входных токов — это разность токов обоих входов.
Входной ток смещения обычно на порядок больше разности входных
токов, но коэффициент пропорциональности между ними может сильно
изменяться.
Наличие входного тока приводит к возникновению падения напря-
жения на входном сопротивлении (и на внутреннем сопротивлении
любого источника сигнала, подключенного к усилителю), а это, в свою
очередь, приводит к погрешностям. Если в каждой входной цепи уси-
лителя использованы одинаковые сопротивления, то эти погрешности
будут минимальными, так как они пропорциональны разности входных
токоз, т. е. разности значений токов каждого входа.
Если для нормальной работы усилителя требуется входной ток
10 нА и внешнее сопротивление входной цепи равно 200 МОм, то на
этом сопротивлении возникает падение напряжения 2 В и в результате
напряжение на входе усилителя будет на 2 В меньше, чем ожидается.
Таким образом погрешность измерения выходного напряжения будет
равна 2 В, умноженным на коэффициент усиления усилителя.
Важность уменьшения входного тока смещения не следует пре-
уменьшать. Действительно, эта проблема возникает при разработке
почти всех операционных усилителей. Для правильной работы активных
элементов усилителя необходимо обеспечить протекание постоянного
тока через каждый вход микросхемы. Значение этого тока может ме-
40

няться от пикоампер до микроампер в зависимости от типа операцион-
ного усилителя. Для снижения входных токов операционных усилите-
лей прилагались большие усилия, и часто это приводило к разработке
новых видов технологии.
Использование полевых трнзисторов
Использование во входных цепях операционных усилителей су-
пербета-транзисторов (как, например, в серии LM108) является наи-
лучшим способом снижения входных токов, применяемым в настоящее
время для биполярных транзисторов. Если необходимо добиться еще
большего снижения входного тока, то следует применять такие опера-
ционные усилители, «о входных каскадах которых используются по-
левые транзисторы.
Можно, конечно, использовать дискретный полевой транзистор во
входной цепи интегрального операционного усилителя, но это в боль-
шинстве случаев существенно менее удобно по сравнению с использова-
нием единого интегрального прибора. Кроме того, при необходимости
обеспечения высоких качественных показателей этот полевой транзи-
стор следует специально подбирать для обеспечения согласования по
постоянному току; в результате такой подбор оказывается очень доро-
гостоящим и ненадежным.
Чтобы изготовить операционный усилитель, который содержит
во входных цепях полевые транзисторы, находящиеся в одном корпусе
с самим операционным усилителем, полевые транзисторы в некоторых
усилителях изготавливаются на основе того же самого кремниевого
кристалла, что и остальная часть усилителя. К сожалению, обеспечить
при совместном изготовлении хорошее согласование очень трудно, осо-
бенно если речь идет о полевых транзисторах с высоковольтным р-п-
переходом, поэтому такая технология обычно приводит к весьма низ-
кому выходу готовых качественных микросхем и, следовательно, к вы-
сокой стоимости отдельной микросхемы.
Изготавливаемые по такой технологии операционные усилители
имеют типовое значение напряжения смещения от 25 до 50 мВ, а тем-
пературный дрейф входного напряжения смещения составляет 30—
50 мкВ/°С. Если эти цифры сравнить с аналогичными цифрами для
операционных усилителей LM108 (2 мВ и б мкВ/°С) или LM108A
(0,3 мВ и 1 мкВ/°С), то станет ясно, что операционные усилители
с изготовленными на едином кристалле полевыми транзисторами имеют
характеристики, которые очень далеки от желаемых.
Это положение изменилось благодаря усилиям фирмы National
Semiconductor, разработавшей операционные усилители типов LF155,
LF156 и LF157, содержащие пару полевых транзисторов. Эти приборы
являются первыми интегральными операционными усилителями с хо-
рошо согласованными высоковольтными полевыми транзисторами с р-л-
переходом, находящимися во входных каскадах. Напряжение смещения
нуля в них уменьшено до 3 мВ и гарантировано, что уровень дрейфа
4-112 41

Напряжения смещения не превышает 5 мкВ/°С для приборов группы А.
Кроме того, эти приборы обладают исключительно малыми шумами.
Другим способом обеспечения желаемых характеристик в части
снижения входного тока является использование гибридной технологии,
при которой отдельный входной кристалл, содержащий пару согласо-
ванных полевых транзисторов, помещается в один корпус с кристаллом
собственно операционного усилителя. В качестве последнего в этом
случае используется обычный операционный усилитель без входных
каскадов. Такие приборы обладают исключительными характеристика-
ми, но одним из недостатков является их относительно высокая стои-
мость из-за необходимости формирования в одном корпусе двух кри-
сталлов.
Другим подходом к решению вопроса обеспечения очень высокого
входного сопротивления является использование МОП-транзисторов
(полевых транзисторов со структурой металл — окисел — полупровод-
ник), изготовленных на том же самом кристалле, что и основной опе-
рационный усилитель. В результате получаются приборы невысокой
стоимости и с очень низкими входными токами, но шумовые характе-
ристики таких операционных усилителей и температурный дрейф у них
не так хороши, как у операционных усилителей с полевыми транзисто-
рами с р-я-переходом.
Далее рассмотрим некоторые из указанных выше приборов, изго-
товленных по описанным технологиям, а также некоторые практические
схемы с их применением.
Дискретные полевые транзисторы во входных каскадах
Входное сопротивление операционного усилителя можно сущест-
венно увеличить, если применить пару дискретных полевых транзисто-
ров во входном каскаде, нагруженном на обычный интегральный опе-
рационный усилитель, как показано на рис. 31. Для согласования ха-
рактеристик полевых транзисторов с каналом л-типа можно использо-
Рис. 32. Схема из-
мерения для под-
бора пар полевых
транзисторов, при-
годных для ис-
пользования в схе-
ме на рис. 31
Рис. 81. Схема усилителя с дискрет-
ными полевыми транзисторами на
входе и операционным усилителем
42

вать простейшую схему, показанную на рис. 32. Сопротивление потен-
циометра R1 уменьшается до тех пор, пока миллиамперметр, включен-
ный в цепь стока, не покажет ток 200—300 мкА. После этого в схему
вместо первоначального транзистора впаивается второй полевой тран-
зистор, причем положение движка потенциометра не изменяется. Если
токи стока двух полевых транзисторов отличаются не более чем на
20%, то пара может считаться согласованной для нашего применения.
Источник питания напряжением -\-12 В в этой схеме должен иметь
устройство ограничения выходного тока на уровне 50 мА для предот-
вращения повреждения приборов при возникновении короткого замы-
кания. Следует иметь в виду, что дешевые пластмассовые бескорпусиые
полевые транзисторы могут обладать слишком большим входным то-
ком, что не позволит применить их для наших целей.
Большинство типов выпускаемых усилительных полевых транзисто-
ров с р-л-переходом может работать ibo входных каскадах операцион-
ного усилителя с исключительно низкими входными токами (несколько
пикоампер), если температура окружающей среды не слишком высока
(не более 65°С). Входные токи транзистора соответствуют токам утеч-
ки обратно смещенных диодов, эквивалентных р-л-переходу затвор —
канал. Отличительной особенностью таких диодов является то, что об-
ратный ток экспоненциально увеличивается с температурой примерно
вдвое на каждые 10°С. При высоких температурах (более 60°С) мень-
шие входные токи можно получить при использовании операционного
усилителя типа LM10S.
Интегральные устройства на полевых транзисторах
Приборы, которые имеют во входных цепях полевые транзисторы
с р-л-переходом, изготовленные на том же самом кристалле, что и
основной операционный усилитель, обладают очень высоким входным
сопротивлением. Основные их характеристики аналогичны характери-
стикам обычных операционных усилителей.
Одним из примеров операционных усилителей такого типа является
Микросхема U.A740C фирмы Fairchild, типовое значение входного тока
которой составляет 0,1 нА (максимум 2 нА) при температуре 25°С и
типовое значение входного тока смещения около 60 пА (максимум
300 пА) при той же самой температуре. Входное сопротивление опе-
рационного усилителя равно 1012 Ом. Однако напряжение смещения
составляет обычно 30 мВ (максимальное значение НО мВ).
Операционный усилитель типа р,А740 содержит внутренние цепи
частотной коррекции, дает возможность произвести балансировку нуля
выходного напряжения, не запирается и содержит цепи защиты на
входах и выходе. Он выпускается в 8-выводном круглом металличе-
ском корпусе. Потребляемый от источника питания ток сравнительно
высок: 4,2 мА (максимум 8 мА), а коэффициент усиления равен 106,
и скорость нарастания выходного сигнала составляет 6 В/мкс. Для
4* 43

питания можно использовать обычный источник питания напряжением
±15 В (максимальное напряжение питания ±22 В).
Другим примером операционного усилителя с полевыми транзи-
сторами во входных каскадах является усилитель NE536T фирмы
Signetics, который имеет входное сопротивление около 1014 Ом при тем-
пературе 25°С, входной ток 30 пА (максимум 100 пА) и ток смещения
5 пА. Напряжение смещения этого усилителя составляет 30 мВ (мак-
симум 90 мВ), а типовой температурный дрейф равен 30 мкВ/°С. Уси-
литель типа NE536T похож на обычный операционный усилитель и
выполнен в цилиндрическом металлическом корпусе с восьмью вывода-
ми. Он имеет цепи защиты на входах и выходе, цепи балансировки ну-
ля и элементы внутренней частотной коррекции. Стоимость этого опе-
рационного усилителя примерно в 10 раз больше стоимости ранних
операционных усилителей на биполярных транзисторах.
Простейшая схема повторителя напряжения на операционном уси-
лителе типа NE536T представлена на рис. 33. Входное сопротивление
этого повторителя очень велико, а выходное сопротивление достаточно
низкое и позволяет, например, создать ток 1 мА в измерительном при-
боре, подключенном к выходу. Если необходимо полностью использо-
вать главное преимущество данного операционного усилителя, связан-
ное с очень высоким входным сопротивлением, то необходимо обратить
серьезное внимание на конструирование входной цепи. Входной провод
должен быть припаян к изолированной
стойке из фторопласта (политетрафтор-
этилена), а входные выводы смонтиро-
ваны в материале типа полистирола,
а не в металле. Любая грязь или ча-
стички жира с пальцев, попадающие на
входные выводы, могут снизить значе-
ние входного сопротивления; поверхно-
сти, окружающие входные выводы,
должны быть промыты этиловым спир-
том для удаления грязи, но в процессе
промывки необходимо следить за тем,
чтобы не оставить у входных выводов-
посторонних частичек.
В схемах с высоким входным со-
противлением не рекомендуется исполь-
зовать панельки для крепления микро-
схем. Для получения высоких входных сопротивлений желательно
использовать защиту входных цепей на печатных платах (которые
должны быть изготовлены из высококачественного стеклотекстолита)
с помощью металлических отрезков фольги, находящихся под тем же
потенциалом, что и входной вывод.
Какие же нежелательные эффекты могут быть вызваны уходом
нуля 30 мВ и дрейфом 30 мкВ/°С? Напряжение смещения может быть
\+15В
Рис. 33. Схема повторителя
напряжения на операцион-
ном усилителе типа NE536T
с высоким входным сопро-
тивлением
44

сведено к нулю с помощью балансировки, а дрейф не может быть
скомпенсирован; действительно, уменьшение напряжения смещения уве-
личивает влияние дрейфа. Если использовать операционный усилитель
для измерения постоянного напряжения 1 мВ, то дрейф 30 мкВ/°С при
изменении температуры на 20°С приведет к погрешности измере-
ния, равной 30-20=600 мкВ, или 60%. Относительная погрешность
измерения остается неизменной при любом коэффициенте усиления
усилителя. В усилителях сигналов переменного тока дрейф не может
привести к таким серьезным последствиям, но может вызвать сдвиг
рабочей точки выходного каскада в область насыщения. Усилители
переменного тока имеют, как правило, больший коэффициент усиления,
чем усилители постоянного тока.
Гибридные операционные усилители
Гибридные операционные усилители с полевыми транзисторами
во входных каскадах выпускаются в корпусах такого же типа, что
и аналогичные интегральные операционные усилители: в корпусах
с двумя рядами выводов, в плоских корпусах и в цилиндрических
металлических корпусах. Для производства этих микросхем использу-
ется гибридная технология, а получаемые характеристики гибридных
операционных усилителей в настоящее время лучше характеристик
простых приборов этого типа. Стоимость некоторых гибридных опе-
рационных усилителей несколько выше стоимости интегральных опе-
рационных усилителей с полевыми транзисторами во входных каска-
дах, но гибридные микросхемы повышенной точности существенно до-
роже.
Во внутренней структуре гибридных микросхем можно использо-
вать достаточно точные элементы, которые обычно нельзя изготовить
с помощью полупроводниковой технологии. В настоящее время име-
ются активные лазерные системы подстройки, которые позволяют из-
готовителю гибридных микросхем произвести некоторую регулировку
параметров прибора под контролем компьютера.
Фирма National Semiconductor выпускает большое число разнооб-
разных гибридных операционных усилителей. Обозначение таких микро-
схем начинается с букв LH (от английских слов Linear Hybrid — линей-
ная гибридная) в отличие от обозначения линейных интегральных (мо-
нолитных) приборов (LM).
Одним из наиболее дешевых гибридных операционных усилителей
этого типа является LH0042, который состоит из каскада на двух поле-
вых транзисторах и операционного усилителя с цепями внутренней
коррекции, подобного усилителю 307 без входных транзисторов. Раз-
ность входных токов данного операционного усилителя составляет
2 пА (максимум 10 пА) при температуре 25°С, а входной ток смеще-
ния равен 15 пА (максимум 50 пА), но эти значения увеличиваются
45

в 2 раза при увеличении температуры на 10°С. Напряжение смещения
нуля равно 6 мВ (максимальное значение 20 мВ), а температурный
коэффициент равен 10 мкВ/°С, т. е. заметно меньше, чем у монолит-
ных операционных усилителей. Входной импеданс равен 1012 Ом.
Более дорогой и более точный операционный усилитель типа
LH0052 с полевыми транзисторами во входных каскадах изготавливает-
ся с лазерной подстройкой напряжения смещения. За счет этого раз-
ность входных токов уменьшается до 0,01 пА (типовое значение) при
максимальном значении 0,1 пА для любого экземпляра при температу-
ре 25°С. Входной ток смещения при той же температуре составляет
0,5 пА. Напряжение смещения равно 0,1 мВ (максимум 0,5 мВ) с тем-
пературным коэффициентом 2 мкВ/°С (максимум 5.мкВ/°С). Входной
импеданс равен 1012 Ом. При низких значениях входного импеданса
операционный усилитель типа LM108 обладает лучшими шумовыми
характеристиками, чем усилитель LH0052, но если входной импеданс
увеличивается до 150 кОм и выше, имеет место обратная ситуация.
В других гибридных микросхемах используется сочетание полевых
транзисторов во входных цепях и быстродействующего операционного
усилителя типа LM318. Например, быстродействующий операционный
усилитель LH0062 с полевыми транзисторами на входе имеет скорость
нарастания выходного напряжения 70 В/мкс при ширине полосы про-
пускания 15 МГц, и ток смещения у него составляет 0,2 пА при тем-
пературе 25°С. Операционный усилитель типа LH0063 относится к еще
более быстродействующим: скорость нарастания выходного напряжения
у него равна 6000 В/мкс при полосе пропускания 100 МГц; изготови-
тели называют этот операционный усилитель «сверхбыстродействую-
щим буферным усилителем». Коэффициент усиления его равен единице,
входной импеданс 101а Ом, усилитель может вырабатывать выходной
ток 250 мА.
Гибридные микросхемы используются не только для изготовления
операционных усилителей, но по мере совершенствования технологии
изготовления полупроводниковых интегральных микросхем следует ожи-
дать, что последние со временем вытеснят многие гибридные микро-
схемы.
Устройства на гибридных микросхемах
Схема усилителя, обеспечивающего работу подключенного к его
выходу измерительного прибора при протекании^во входной цепи тока
пикоамперного диапазона, показана на рис. 34. Входной ток протекает
через резистор R1 на выход усилителя, так как ток, втекающий во
входную цепь собственно усилителя, очень мал. Входной ток 10 пА
обеспечивает падение напряжения 1 В на резисторе R1 указанного
на схеме номинального значения и, следовательно, на выходе схемы
появляется напряжение 1 В.
46

Ё качестве резистора R1 должен
быть использован высококачествен-
ный резистор, помещенный в стек-
лянный корпус; к самому резистору
не следует прикасаться, так как
грязь или жир с пальцев могут
уменьшить его сопротивление. Вход-
ная цепь должна быть защищена
и изолирована с помощью тефлона.
Схему можно преобразовать для
создания предварительного усилите-
ля, фиксирующего значение заряда,
для чего параллельно резистору R1
необходимо подключить конден-
сатор.
-15*
Рис. 34. Схема пикоампермет-
ра на гибридном операционном
усилителе типа LH0052
Вольтметр
Схема, показанная на рис. 35, иллюстрирует использование отно-
сительно дешевого гибридного операционного усилителя типа LH0042
для создания многопредельного вольтметра со входным сопротивлением
10 МОм. Так как входное сопротивление этой схемы почти в 10 ООО раз
меньше входного сопротивления схемы на рис. 34, здесь не нужно
Рис. 35. Схема многодиапазонного вольтметра с высоким входным со-
противлением
принимать специальных мер для защиты входных цепей. Однако важ-
но, чтобы конденсатор С1 имел очень малый ток утечки, поэтому
в качестве С1 удобно применить полистироловый конденсатор. Диоды
Д1 и Д2 предохраняют входную цепь прибора от перенапряжений.
Когда переключатель 171 находится в положении 7, на неинвер-
тирующий вход операционного усилителя прикладывается полное вход-
ное напряжение. Коэффициент усиления схемы равен (1-}-Я7//?6) = 100
47

при указанных на схеме номинальных значениях Элементов. Поэтому
при входном напряжении 0,1 В на выходе вырабатывается напряже-
ние 10 В. Путем регулировки потенциометра R9 добиваются полного
отклонения стрелки прибора, и после этого шкала на всех поддиапазо-
нах прибора может считаться отградуированной, если во входных
цепях использованы резисторы 1%-ной точности. Если точность под-
бора резисторов R6 и R7 составляет 1% и вместо потенциометра R9
использован резистор сопротивлением 100 кОм с точностью 1%, то
калибровку прибора производить не требуется, поскольку внутреннее
сопротивление прибора пренебрежимо мало по сравнению с сопротив-
лением 100 кОм.
Широкополосный вольметр переменного тока
Схема на рис. 36 показывает, как можно использовать быстро-
действующий гибридный операционный усилитель с полевыми тран-
зисторами во входных каскадах типа LH0062 для создания милли-
вольтметра на диапазон от 15 мВ и выше, работающего с высокой
точностью на частотах от 100 Гц до 500 кГц. Входное сопротивление
равно 10 МОм.
Мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов типа 1N4148 и
обеспечивает протекание выходного тока усилителя через прибор всег-
Рис. 36. Схема милливольтметра переменного напряжения с высоким
входным сопротивлением
да в одном направлении. Если переключатель 171, подключающий к схе-
ме один из резисторов R4—R9 1%-ной точности установлен в положе-
ние 5 В и на вход вольтметра поступает сигнал с пиковым значе-
нием 5 В, выходное напряжение будет увеличиваться до тех пор, пока
на обоих входах операционного усилителя потенциалы не сравняются.
Падение напряжения на резисторе R3 очень мало, поэтому ток, теку-
48

щий через резистор R9, будет равен 5/40=125 мкА. Калибровочный
потенциометр R11 регулируется таким образом, чтобы при входном
напряжении с действующим значением 5 В через измерительный при-
бор протекал ток 100 мкА.
Приборы с биполярными и полевыми транзисторами
Серия операционных усилителей LF155 была выпущена в 1975 г.
фирмой National Semiconductor и явилась шагом вперед на пути со-
вершенствования операционных усилителей. Первые буквы названия
происходят от английских слов Linear FET. Эти приборы изготовлены
по методу ионной имплантации, который обеспечивает однородный про-
филь легирования вдоль поверхности полупроводника. Операционные
усилители этой серии могут заменить более дорогие гибридные микро-
схемы и полупроводниковые интегральные микросхемы с полевыми
транзисторами в большинстве устройств; эти усилители имеют внутрен-
ние цепи частотной коррекции.
Описываемая серия состоит из 15 микросхем. Операционные усили-
тели типов LF155, 155А, 265, 355 и 355А отличаются низким значени-
ем потребляемого тока (2 мА); усилители типа LF157 предназначены
для широкополосного усиления сигналов (скорость нарастания выходно-
го напряжения у них равна 50 В/мкс, а произведение коэффициента
усиления на полосу пропускания — 20 МГц); усилители типа LF156
целесообразно использовать в тех случаях, когда необходим операцион-
ный усилитель с внутренней частотной коррекцией и со средним зна-
чением скорости нарастания выходного сигнала.
По сравнению с операционным усилителем типа 741 входной ток
смещения усилителя типа LF156 в 1000 раз меньше, скорость нараста:
ния выходного напряжения в 100 раз больше, произведение коэффи-
циента усиления на полосу пропускания в 25 раз больше, а дрейф
и шум гораздо меньше. Входное сопротивление составляет 1012 Ом,
что почти в 1 млн. раз больше, чем у усилителя типа 741, а цена самого
дешевого операционного усилителя на сдвоенных полевых транзисторах
только в 2,5 раза выше цены усилителя 741.
Режекторный фильтр
Использование операционного усилителя типа LF155 может быть
проиллюстрировано на примере схемы режекторного фильтра, показан-
ной на рис. 37. В этой схеме высокое входное сопротивление опера-
ционного усилителя позволяет использовать резисторы с большим но-
миналом в схеме двойного Т-моста, что дает возможность применить
конденсаторы небольшой емкости. Это очень важно, так как конденса-
торы большой емкости и высокой точности являются очень дорогими.
Коэффициент усиления схемы постоянен и равен единице на всех
частотах, за исключением тех, которые попадают в сравнительно узкую
49

Рис. 37. Режекторный фильтр
с высокой добротностью на
операционном усилителе типа
LF155 с биполярными и поле-
выми транзисторами
полосу вблизи резонансной частоты
фильтра. Для этих частот коэффи-
циент усиления падает до —70 дБ.
Частота настройки фильтра равна
1/2я#С, где R = 2R1 и С=С//2.
Если, например, R«=10 МОм и С=
= 320 пФ, то режекция будет про-
исходить на частоте источника пита-
ния 50 Гц и нежелательный фон
источника питания будет существен-
но уменьшен, тогда как сигналы ос-
тальных частот пройдут через
фильтр без искажений. Однако при
этом не будет происходить ослаб-
ления гармоник фона.
МОП-приборы
Фирма RCA выпускает три типа операционных усилителей, в ко-
торых на одном кристалле с биполярными транзисторами изготавлива-
ются полевые транзисторы МОП-типа. Первым из серии этих приборов
был разработан усилитель САЗ 130, в котором МОП-транзисторы ис-
пользуются во входных и выходном каскадах. Входной каскад на
МОП-транзисторах позволяет получить очень высокое входное сопро-
тивление 1,5-1012 Ом; промежуточный каскад на биполярных тран-
зисторах обеспечивает высокий коэффициент усиления микросхемы,
а выходной каскад на МОП-транзисторах дает возможность получить
выходное напряжение только на несколько милливольт меньше напря-
жений питания.
Максимальное напряжение источника питания операционного уси-
лителя САЗ 130 равно ±8 В (или 16 В при питании от одиночного
источника). Однако фирма RCA разработала второй тип операционного
усилителя, известный под номером САЗ 140, который имеет входной
каскад на МОП-транзисторах с примерно таким же входным сопро-
тивлением, но максимальное напряжение источника питания увеличено
до ±18 В (±22 В для микросхем САЗ 140В повышенного качества).
Операционный усилитель САЗ 140 имеет внутреннюю частотную коррек-
цию, в то время как для операционного усилителя типа САЗ 130 для
обеспечения устойчивости требуется использовать один внешний кор-
ректирующий конденсатор. Операционный усилитель САЗ 140 имеет
выходной каскад на биполярных транзисторах и разработан специаль-
но для замены усилителя типа 741 в тех случаях, когда требуется обес-
печить высокое входное сопротивление (в этом плане усилитель САЗ 140
примерно в 1 млн. раз лучше), гораздо меньший входной ток, высо-
кую скорость нарастания выходного сигнала (9 вместо 0,5 В/мкс
у усилителя 741) и большее значение произведения коэффициента уси-
50

Лёния на полосу пропускания (4,S вместо 1 МГц для усилителя ?41).
Коэффициент усиления по напряжению в режиме большого сигнала
операционного усилителя САЗ 140 примерно такой же, как и для уси-
лителя 741, то типовое значение напряжения смещения 5 мВ (макси-
мум 15 мВ) больше, чем у усилителя типа 741 (2 и 6 мВ соответст-
венно).
Третьим типом операционного усилителя с МОП-транзисторами на
входе является усилитель САЗ 160, который подобен усилителю САЗ 130,
за исключением того, что первый имеет внутренние цепи частотной
коррекции, так что использование внешнего конденсатора не требуется.
Цена всех трех типов операционных усилителей с МОП-транзисторами
производства фирмы RCA примерно в 2—3 раза больше цены обычного
усилителя типа 741, но особо качественные экземпляры, имеющие
в обозначении буквы А или В, еще дороже. Операционные усилители
с буквой Т в обозначений (например, СА3130Т) имеют прямые выводы,
а усилители с буквой .S — изогнутые, подходящие под стандартную
конструкцию корпуса с двумя рядами выводов. Микросхемы САЗ 130
и САЗ 140 выпускаются также в корпусе с двумя рядами выводов,
а микросхема СА3440 содержит четыре операционных усилителя типа
САЗ 140.
Применения
Операционные усилители типов САЗ 130, САЗ 140 и САЗ 160 могут
найти самые разнообразные применения, типовые примеры которых
приведены в технических инструкциях изготовителя этих приборов.
Они очень полезны для создания преобразователей импеданса (повто-
рителей напряжения) общего типа, показанных на рис. 11 и 33, но-
в этом режиме операционный усилитель типа САЗ 130 требует использо-
вания корректирующего конденсатора емкостью примерно 100 пФ,
включенного между 'выводами 1 я 8 микросхемы. Высокое входное
сопротивление операционных усилителей этого типа делает их очень
удобными в цепях регулировки тембра, в схемах функциональных
генераторов, в которых частота генерируемого сигнала должна изме-
няться в широком диапазоне (например, 106: 1) от одного органа
управления и т. д. Высокое входное сопротивление позволяет исполь-
зовать во входных цепях резисторы высоких номиналов, и поэтому
можно получить очень большие значения постоянных времени при
сравнительно небольших значениях емкости конденсаторов.
Интересно отметить, что технические характеристики изготовителя
усилителя САЗ 160 содержат рекомендации по использованию последо-
вательного включения операционных усилителей типов САЗ 160 и
САЗ140 (отрицательная обратная связь охватывает оба усилителя)
для создания измерительного прибора с входным током Ч£3 пА и
с током полного отклонения прибора 500—0—500 мкА.
51

Экономичный измерительный прибор
Операционный усилитель типа САЗ 140 можно с успехом исполь-
зоватта в схеме измерителя постоянных напряжений или токов, показан-
ной на рис. 38. Когда переключатель, подключающий к схеме один из
резисторов R4—R7 1%-ной точности, находится в положении /, коэф-
фициент усиления схемы равен 100 и при входном сигнале 10 мВ
на выходе усилителя вырабатывается напряжение 1 В, что приводит
к полному отклонению стрелки прибора. Полные отклонения на дру-
гих шкалах (из других положениях переключателя диапазонов) состав-
l 1 1 Т"" 1
Рис. 38. Экономичный тестер с минимальными шкалами 10 мВ и 1 нА
ляют 30, 100, 300 мВ и 1 В, а входное сопротивление на всех диапазонах
равно 10 МОм (что соответствует от 109 до 107 Ом/В). Элементы С1
и R2 осуществляют фильтрацию сигналов переменного напряжения,
попадающих на вход измерительного прибора, а с помощью потенцио-
метра R8 производится установка нуля.
Эта схема может быть использована также для измерения малых
токов. Например, если переключатель находится в положении /, то
полное отклонение стрелки прибора обеспечивается при входном на-
пряжении 10 мВ, т. е. при токе, текущем через резистор R1, равно
1 нА. При других положениях переключателя полное отклонение обес-
печивается при токах 3, 10, 30 и 100 нА. Если сопротивление R1 за-
шунтировать резистором 100 кОм, то можно будет измерять токи от
100 нА до 10 мкА.
Типовое значение входного тока операционного усилителя типа
СА3140 равно 5 пА (максимум 50 пА для любого экземпляра микро-
схемы), и при этом на резисторе R2 будет вырабатываться напряже-
ние 5 мкВ (максимум 50 мкВ). Таким образом, погрешность измерения
в диапазоне 10 мВ за счет действия входного тока составит 0,05% для
типового усилителя или 0,5% для наихудшего случая. Однако при из-
мерении тока следует учесть, что ток, текущий через резистор R1,
отличается от входного тока на значение тока смещения микросхемы
52

СА3140. При входном токе 1 нА погрешность по этой причине составит
для типового случая 0,5%, а для наихудшего случая 5%. Тем не ме-
нее рассмотренная схема является очень простой и полезной. Она
может быть использована (без измерительного прибора и включенного
последовательно с ним резистора) совместно с любым стандартным
тестером, имеющим микроамперметр магнитоэлектрического типа. Если
тестер установить на диапазон 1 В, то при использовании указанной
схемы чувствительность тестера существенно повысится. Кроме того,
очень важным является существенное увеличение входного сопротив-
ления этой схемы по сравнению с использованием тестера без указан-
ной приставки.
ГЛАВА ШЕСТАЯ
УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ
В предыдущих главах рассматривались обыкновенные операцион-
ные усилители, которые вырабатывают выходной ток около 20 мА.
Этот ток является слишком малым, чтобы обеспечить работу громкого-
ворителя при нормальном уровне громкости. Выходной сигнал обычно-
го операционного усилителя можно использовать для возбуждения
усилителя мощности, собранного на двух комплементарных мощных
транзисторах, работающих в классе В как эмиттерные повторители.
Такой каскад вырабатывает ток, достаточный для нормальной работы
громкоговорителя.
Однако в большинстве случаев гораздо удобнее использовать для
возбуждения громкоговорителя специальные операционные усилители,
внутренние выходные транзисторы которых способны вырабатывать
существенно больший ток, чем выходные транзисторы обычных опера-
ционных усилителей. Подобные мощные приборы способны возбуждать
громкоговоритель непосредственно, а также могут работать и на другие
сравнительно низкоомные нагрузки.
В большинстве таких операционных усилителей, как и в обычном
приборе, имеются неинвертирующий и инвертирующий входы, но неко-
торые типы мощных усилителей имеют только один внешний вход.
Выходная мощность
Максимальная выходная мощность, которую операционный уси-
литель способен передать в нагрузку, определяется максимальными
значениями напряжения, действующего на выходе прибора, и тока, про-
текающего через прибор при заданной нагрузке. Эти значения опре-
деляются целиком и полностью параметрами выходных транзисторов,
входящих во внутреннюю структуру усилителя, так как они, по су-
ществу, совпадают с максимально допустимыми напряжением транзи-
стора и током через него.
S3

Предположим, что имеется операционный усилитель, вырабатываю-
щий напряжение в диапазоне ±12 В и ток 3 А. Очевидно, что для
получения выходного напряжения, меняющегося от —12 до ±12 В,
усилитель должен питаться от двух источников напряжения разной
полярности, причем уровень напряжения каждого источника должен
быть на несколько вольт выше границ изменения выходного напряже-
ния, что необходимо для правильного функционирования внутренней
схемы усилителя.
Тогда имеющийся операционный усилитель создает максимальный
ток 3 А в нагрузке сопротивлением 12/3=4 Ом. Максимальная пико-
вая мощность, вырабатываемая усилителем, будет в этом случае равна
12-3=36 Вт. Однако усилители мощности принято характеризовать так
называемой эффективной мощностью в нагрузке, которая составляет
половину пиковой мощности, т. е. в данном случае 18 Вт.
Если к рассматриваемому усилителю подключить нагрузку, сопрей
тивление которой менее 4 Ом, то выходной ток будет увеличиваться
и превысит максимально допустимое значение 3 А. При этом опера-
ционные усилители некоторых типов могут выйти из строя; аналогич-
ное повреждение может произойти при случайном замыкании выводов
громкоговорителя при наличии входного сигнала. Однако большинство
современных мощных операционных усилителей, предназначенных для
выработки в нагрузке определенной мощности, имеют внутренние цепи
ограничения выходного тока, изготовленные на базовом кремниевом
кристалле. Эти цепи предотвращают чрезмерное повышение выходного
тока и не дают ему увеличиться выше максимально допустимого для
данного прибора значения.
Мощные операционные усилители могут удовлетворительно рабо-
тать при сниженных напряжениях питания, но при этом резко снижа-
ется уровень мощности, которую они могут обеспечить в нагрузке. Вы-
ходная мощность типового мощного операционного усилителя, обеспе-
чивающего мощность в нагрузке 2 Вт при работе от источника напря-
жением 12 В, падает до 0,1 Вт при снижении напряжения питания до
4 В. Некоторые мощные операционные усилители могут даже вообще
прекратить нормальное функционирование, если напряжение питания
снизить до 4 В.
Большинство мощных интегральных операционных усилителей вы-
рабатывают относительно низкую выходную мощность (максимум
несколько ватт) и работают от одиночного источника питания. Вместе
с тем операционные усилители, вырабатывающие максимальную мощ-
ность, которую можно получить от полупроводниковых интегральных
приборов (около 20 Вт), обычно работают от двух источников положи-
тельной и отрицательной полярностей. Тогда среднее значение выход-
ного напряжения равно нулю, и поэтому последовательно с громко-
говорителем не требуется включать конденсатор, что обычно делается
для предотвращения протекания постоянного тока через обмотку гром-
коговорителя. При протекании постоянного тока через громкоговори-
54

тель диффузор перемещается из нормального положения, что или сни-
жает неискаженную выходную мощность, или вообще не дает воз-
можности громкоговорителю правильно работать.
Постоянная составляющая выходного напряжения операционных
усилителей, работающих от одиночного источника, равна половине
напряжения питания (относительно земли). Поэтому для предотвра-
щения протекания через громкоговоритель постоянного тока к выходу
операционного усилителя следует подсоединить большой (по размеру)
электролитический конденсатор. Емкость этого конденсатора должна
быть достаточно большой, чтобы обеспечить хорошее прохождение
в громкоговоритель сигналов низкой частоты.
Из предыдущих рассуждений ясно, что максимальное значение эф-
фективной выходной мощности усилителя равно U2/(2R), где V —
максимальное выходное напряжение, развиваемое усилителем на вы-
ходе, и R — сопротивление нагрузки. При использовании одиночного
источника питания выходная мощность равна U2/(SR), где U — диа-
пазон изменения выходного напряжения от минимума до максимума;
обычно U на несколько вольт меньше напряжения источника питания.
Интегральные мощные операционные усилители звуковой частоты
практически использовать несложно; необходимо только предусмотреть
разделение выходных и входных цепей для предотвращения возмож-
ности возникновения положительной обратной связи и последующего
самовозбуждения усилителя. Использование таких операционных усили-
телей позволяет существенно упростить разработку устройств, выра-
батывающих низкие и средние уровни выходной мощности в диапазо-
не звуковых частот. Усилители низкой частоты являются обычно пер-
выми устройствами, с которыми сталкивается радиолюбитель, и именно
с таких устройств целесообразно начать знакомство с интегральными
микросхемами.
Неопытному радиолюбителю не рекомендуется использовать па-
нельки для операционных усилителей средней и большой мощности,
особенно если они работают с высоким коэффициентом усиления, так
как при их использовании существенно увеличивается емкость между
выводами микросхемы и, следовательно, возрастает вероятность само-
возбуждения усилителя. Кроме того, при использовании панелек уве-
личивается тепловое сопротивление некоторых типов интегральных зву-
ковых усилителей, и в результате микросхема будет функционировать
при более высокой температуре.
Имеющиеся в продаже операционные усилители мощности чрез-
вычайно разнообразны: среди них есть усилители, вырабатывающие
выходной звуковой сигнал мощностью в доли ватт; экономичные уси-
лители с максимальной выходной мощностью около 2 Вт, которые раз-
работаны специально для работы от низковольтных источников пита-
ния; большое число усилителей средней мощности около 6 Вт и не-
сколько типов усилителей с мощностью 20 Вт.
Далее основные характеристики некоторых типов усилителей мощ-
55

ности будут рассматриваться применительно к конкретным схемам.
Рассмотрим также отдельные микросхемы, включающие в себя два от-
дельных усилителя мощности, помещенных в одном корпусе; эти при-
боры удобны для изготовления малогабаритных стереофонических уси-
лителей, так как в них одна микросхема будет приводить в действие
громкоговорители обоих стереофонических каналов.
Другим типом интегральных микросхем, разработанных специально
для телевизионных приемников, являются микросхемы, в один корпус
которых помещены усилитель мощности звуковой частоты, усилитель
промежуточной частоты звукового канала телевизора и цепи управле-
ния громкостью.
Операционный усилитель типа LM380N
Операционный усилитель типа LM380N, разработанный фирмой
National Semiconductor, требует использования очень небольшого числа
внешних элементов (рис. 39). Этот усилитель вырабатывает в нагрузке
сопротивлением 8 Ом выходную мощность 2,5 Вт при работе от источ-
ника питания напряжением 18 В.
Входной сигнал в схеме на рис. 39 поступает на неинвертирующий
вход операционного усилителя, но с таким же успехом его можно
подать и на инвертирующий вход. Конденсатор С1 предотвращает про-
текание через нагрузку (громкоговоритель) постоянного тока (о нем
подробно говорилось выше), и в том случае, если полоса пропускаемых
частот должна быть ограничена
снизу, его емкость может быть
уменьшена. Вспомогательные
элементы*/?/ и С2 создают допол-
нительную цепь высокочастотной
нагрузки, которая предотвращает
возникновение высокочастотных
колебаний на частотах 5-§-10 МГц
при использовании реактивной на-
грузки.
Потребляемый в режиме по-
коя ток составляет для опера-
ционного усилителя LM380N 7 мА.
В этом приборе имеется внутрен-
няя цепь ограничения тока, ко-
торая ограничивает значение тока
на уровне 1,3 А. Если напри-
мер, произойдет короткое замыкание на выходе, то цепь
ограничения тока предохранит микросхему от повреждения. Другая
внутренняя схема отключает напряжение питания усилителя, когда
температура его кристалла приближается к максимально допустимому
значению.
Коэффициент усиления по напряжению операционного усилителя
LM380N равен 50 (34 дБ) за счет выбора номиналов внутренних рези-
56
Рис. 39. Простая схема усили-
теля мощности на операцион-
ном усилителе типа LM380N
(инвертирующий вход не ис-
пользуется)

сторов. В результате внешняя схема устройства чрезвычайно упроща-
ется, что, однако, делает этот операционный усилитель менее универ-
сальным в применении, чем те приборы, коэффициент усиления которых
можно изменять с помощью внешних резисторов. Элементы частотной
коррекции также находятся в кристалле микросхемы.
Если фильтрующий конденсатор выпрямителя находится на рас-
стоянии более 5 см от корпуса микросхемы, то для уменьшения вероят-
ности самовозбуждения за счет индуктивности проводов питания непо-
средственно у выводов питания микросхемы следует поместить кон-
денсатор емкостью 0,1 мкФ. Конденсатор емкостью 5 мкФ, включенный
между выводом 1 микросхемы и землей, снижает на 38 дБ уровень фо-
на и шума, проникающих в усилитель по цепям питания.
Схема усилителя мощности на операционном усилителе LM380N,
работающего непосредственно от пьезоэлектрического звукоснимателя,
показана на рис. 40. При уменьшении сопротивления регулятора гром-
кости R2 входные сигналы, поступающие на оба входа операционного
усилителя, становятся близкими, что приводит к уменьшению выходно-
го сигнала. Потенциометр R2 и внутренний резистор сопротивлением*
150 кОм, включенный между выводом 6 микросхемы и землей, обра-
зуют делитель напряжения для входного сигнала. Такой вариант схемы
входной цепи обеспечивает существенно более высокое входное сопро-
тивление, чем нормальный делитель напряжения, используемый для
регулирования громкости. Регулятор тембра, показанный на схеме,
уменьшает коэффициент усиления схемы на высоких частотах за счет
того, что высокочастотные компоненты сигнала проходят через резистор
Рис. 40. Схема усилителя мощности с регуляторами громкости и темб-
ра, работающего от пьезокристаллического звукоснимателя
R1 и небольшую емкость С2 на инвертирующий вход и эффективно
компенсируют воздействие высокочастотных сигналов, приходящих на
неинвертирующий вход.
Большую мощность (около 5 Вт) можно получить, используя
в этой схеме операционные усилители типа LM380N, включенные по
схеме двухтактного или мостового усилителя. В этом случае громкого-
+1/
Звукосниматель
5—112
57

воритель подсоединяется между двумя выходами, а входной сигнал
подается на инвертирующий вход одного из операционных усилителей
и на неин'вертирующий вход другого.
Обычно операционный усилитель типа LM380N выпускается в 14-
выводном корпусе с двумя рядами выводов, но может также вы-
пускаться и в 8-выводном корпусе с двумя рядами выводов; в этом
случае нумерация выводов будет отличаться от указанной на схеме.
Операционный усилитель типа LM384 является более высоковольтным
вариантом усилителя LM380: максимально допустимое значение напря-
жения питания в нем увеличено до 28 В вместо 22 В для LM380N.
Операционный усилитель может вырабатывать в нагрузке сопротивле-
нием 8 Ом выходную мощность не менее 5 Вт при общем коэффициен-
те нелинейных искажений 10%, если напряжение питания составляет
22 В, однако в таком режиме необходимо использовать радиатор.
Операционный усилитель типа ULN-2280 аналогичен операционному
усилителю LM380N, ко выпускается фирмой Sprague.
Низковольтные операционные усилители мощности
Очень экономичный операционный усилитель мощности типа
ТВА820 разработан фирмой SGS-ATES так, чтобы его можно было
использовать при напряжениях питания до 3 В, хотя максимальное
напряжение источника может составлять для этого усилителя 16 В.
Усилитель вырабатывает на нагрузке сопротивлением 8 Ом выходную
_ мощность 2 Вт при напряже-
X сч 1 1 -ч+v нии питания 12 В, а при сниже-
нии напряжения питания до
9 В мощность в той же на-
грузке уменьшается до 1,2 Вт.
Ток покоя усилителя равен
4 мА, а максимально допусти-
мый выходной ток 1,5 А.
Типовая схема усилителя
мощности на операционном
усилителе ТВА820 показана на
рис. 41. Коэффициент усиле-
ния схемы определяется отно-
шением сопротивления внут-
реннего резистора обратной
связи (6 кОм) к сопротивле-
нию резистора R2; последнее сопротивление может изме-
няться от 10 до 120 Ом, так что коэффициент усиления изме-
няется от 750 (55 дБ) до 50 (34 дБ). При показанном на схеме
сопротивлении коэффициент усиления составляет 42 дБ. Конденсатор
С6 обеспечивает частотную коррекцию, и его вариацией можно полу-
чать различные полосы пропускания усилителя, но значение емкости
Рис. 41. Усилитель мощности на ми-
кросхеме ТВА820
58

этого конденсатора изменяется при изменении коэффициента усиления
схемы. Например, если R2—100 Ом и С6=200 пФ, то полоса пропу-
скания усилителя равна 20 кГц, но если С6 увеличить до 1200 пФ, то
полоса уменьшается до 5 кГц. Аналогично, если R2=50 Ом и С6=
= 1800 пФ, то полоса пропускания составляет примерно 10 кГц.
Конденсатор емкостью 50 мкФ, присоединенный между выводом
2 микросхемы и положительной шиной питания, реализует подавление
шумов источника питания на 42 дБ, если источник питания не обеспе-
чивает необходимой фильтрации, а также предотвратит возникновение
низкочастотных колебаний (похожих на звук подвесного лодочного
мотора) в системах с питанием от батарей, если внутреннее сопротив-
ление батарей слишком увеличилось в результате их старения.
Операционный усилитель мощности типа LM386N
Другим примером операционного усилителя мощности является
LM386N, предназначенный для работы от источников питания с низ-
ким напряжением: от 4 до 15 В при токе покоя 3 мА. Коэффициент
усиления усилителя определяется внутренними элементами и равен
20 (26 дБ), но за счет использования внешнего резистора и конденса-
тора коэффициент усиления можно увеличить до 200 (46 дБ). На
рис. 42 для получения коэффициента усиления 200 этот конденсатор
включен без резистора. Элементы R2 и СЗ предотвращают самовоз-
буждение на высоких частотах.
Операционный усилитель типа LM386N выпускается в 8-выводном
корпусе с двумя рядами выводов. Он вырабатывает выходную мощ-
ность 500 мВт на нагрузке 16 Ом при общем коэффициенте искажений
10% и питании от источника напряжением 9 В.
Выпускаются экономичные
усилители мощности даже на
меньший уровень выходной
мощности, например: дешевый
операционный усилитель типа
MFC4000B фирмы Motorola,
вырабатывающий мощность
0,25 Вт на нагрузке сопротив-
лением 16 Ом при напряжении
питания 9 В, или операцион-
ный усилитель МС1306Р с Рис' 42' пР°стая схема усилителя
Л г „ с низким напряжением питания на
уровнем мощности 0,5 Вт. микросхеме типа LM386N
Операционные усилители средней мощности
Одним из наиболее широко известных и распространенных уси-
лителей средней мощности является ТВА810, который развивает на на-
грузке сопротивлением 4 Ом мощность 7 Вт при питании от источника
напряжением 16 В. Если напряжение питания снижается до 14,4 В, то

этот усилитель вырабатывает на той же нагрузке мощность 6 Вт.
Максимальное напряжение питания равно 20 В, а максимальный вы-
ходной ток 2,5 А. Операционный усилитель этого типа содержит тер-
мочувствительную цепь, которая отключает питание и предотвращает
тем самым повреждение микросхемы из-за перегрева и позволяет при-
менить радиатор меньшего размера.
Микросхема ТВА810 имеет квадратный корпус, но центральные
выводы с каждой стороны заменены выводами для охлаждения корпу-
са. В модели ТВА810 эти вы-
воды отогнуты вниз, так что
их можно припаять к медной
фольге печатной платы для
обеспечения охлаждения. Мо-
дель TBA810AS еще проще:
охлаждающие выводы здесь
имеют отверстия для крепле-
ния к небольшому радиатору.
Типовая схема усилителя
на микросхеме ТВА810 пока-
зана на рис. 43; она очень по-
хожа на усилитель на микро-
схеме ТВА820, схема которого
приведена на рис. 41. Коэффи-
циент усиления равен 80 при
указанном значении сопротив-
С5 определяют полосу про-
значениях емкостей равна
Рис. 43. Усилитель с выходной мощ-
ностью 7 Вт на микросхеме TBA810S
или TBA810AS
дения R2. Конденсаторы С4 и
пускания, которая при указанных
12 кГц. При использовании операционного усилителя типа ТВА820
очень важно включить резистор R1 между входом и землей,
иначе прибор не • будет работать. Операционный усилитель LM380N
имеет внутренний резистор сопротивлением 150 кОм между входом и
землей, поэтому внешний резистор использовать не нужно.
Операционный усилитель типа TCA830S довольно близок по ха-
рактеристикам к усилителю TBA810S, но помещен в корпус типа
FINDIP, и максимальный выходной ток его равен 2 А. При питании
от источника напряжением 14 В он обеспечивает в нагрузке сопротив-
лением 4 Ом мощность 4,2 Вт. Усилитель типа ТВА800 также помещен
в корпус типа FINDIP и может работать при более высоком напря-
жении питания (максимум 30 В), но максимальный выходной ток его
равен 1,5 А. Таким образом, он предназначен для использования
с высокоомными нагрузками и при напряжении питания 24 В выра-
батывает в нагрузке сопротивлением 16 Ом мощность 5 Вт.
Усилитель типа ТСА940 может развивать мощность 10 Вт в на-
грузке сопротивлением 4 Ом при напряжении питания 20 В; этот опе-
рационный усилитель имеет защиту от тепловой перегрузки и цепь
ограничения выходного тока. Кроме того, он имеет короткие выводы
60

для крепления радиатора. Усилитель типа ТСА940Е является почти
таким же прибором, помещен в корпус типа FIND IP и может разви-
вать мощность 6,5 Вт в нагрузке сопротивлением 8 Ом при напря-
жении питания 20 В.
Другим примером интегрального усилителя средней мощности явля-
ется SN70008N фирмы Texas Instruments, который может вырабаты-
вать мощность 10 Вт в нагрузке сопротивлением 4 Ом при напряже-
нии питания 20 В. Одним из отличительных качеств этого усилителя
является то, что он выполнен в плоском пластмассовом корпусе с от-
верстием для крепления металлической вставки корпуса к радиатору
с помощью винта. Радиолюбители, не собирающиеся использовать для
конструирования устройства печатную плату, могут предпочесть этот
тип корпуса корпусам с двумя рядами выводов.
ЧОм.
Усилители на мощность 20 Вт
Микросхема типа TDA2020 фирмы SGS-ATES явилась первым
интегральным усилителем мощности, вырабатывающим непрерывную
мощность 20 Вт в нагрузке сопротивлением 4 Ом при полном коэффи-
циенте нелинейных искажений 1% при питании от двух источников
напряжением ±18 В. Этот усилитель выпускается в 14-выводном квад-
ратном корпусе или <в корпусе с двумя рядами выводов, имеющих
медные вставки для крепления к радиатору. Усилитель типа TDA2010
рассчитан на работу от более
низких напряжений питания, и
уровень его выходной мощно-
сти составляет 12 Вт.
Указанные приборы содер-
жат цепи термического отклк>
чения и ограничения выходно-
го тока. Принцип действия це-
пи ограничения выходного тока
этих приборов достаточно
прост. Выходной ток, проте-
кающий через кусочек золотой
проволочки (сопротивлением
около 30-Ю-3 Ом), создает на
ней падение напряжения, кото-
рое используется для управления выходным током, и если этот выход-
ной ток становится чрезмерно большим, то в тот же момент, когда на-
пряжения на выходных транзисторах велики, цепи возбуждения выход-
ных транзисторов отключаются.
Два похожих прибора на выходную мощность 20 Вт выпускаются
французской фирмой Thomson. Усилитель типа ESM532 рассчитан
на работу от источника питания с максимальным значением напряже-
ния ±18 В, а усилитель ESM432 — с максимальным значением ±15 В.
Рис. 44. Усилитель с выходной мощ-
ностью 20 Вт с двумя источниками
питания
61

Оба эти прибора могут вырабатывать ток до 3,5 А и имеют цепи
ограничения выходного тока и цепи термической защиты. Они помеще-
ны в 14-выводные квадратные корпуса и имеют медную вставку с зад-
ней стороны корпуса для крепления к радиатору. Аналогичные прибо-
ры с дополнительной буквой N в названии имеют скобу, прикреплен-
ную к указанной медной вставке.
Типовая схема использования усилителей ESM532 или ESM432
показана на рис. 44. В схеме используются два разнополярных источни-
ка питания, поэтому отпадает необходимость в использовании выход-
ного конденсатора, включенного последовательно с громкоговорителем
Для обеспечения безопасной работы схемы напряжение питания долж-
но быть +15 В или несколько меньше для усилителя ESM432. Коэф-
фициент усиления определяется отношением R4/R3y а конденсаторы
С2 и СЗ обеспечивают частотную коррекцию. Элементы R2 и С4 можно
не использовать, соединив вывод / микросхемы непосредственно с ис-
точником положительного напряжения, но тогда выходная мощность
в нагрузке будет уменьшаться быстрее при уменьшении напряжения
питания.
Операционные усилители типов ESM432 и ESM532 могут быть
с успехом использованы в цепях кадровой развертки телевизоров.
Сдвоенные усилители мощности
Микросхемы LM377, LM378 и LM379 фирмы National Semicondu-
ctor являются сдвоенными усилителями мощности низкой частоты и
предназначены для использования в стереофонических системах. Мак-
симально допустимые напряжения питания и уровни выходной мощ-
ности показаны для них в таблице.
Характеристики сдвоенных приборов
Тип микросхемы
Максимальная
мощность каж-
дого усилителя,
Вт
Сопротивление
нагрузки, Ом
Максимальное
напряжение
питания, В
Максимальная
мощность в
мо товой
схеме, Вт
LM377
2
8/16
26
4
LM378
4
8/16
8
35
8
LM379
7
35
13
Уровень мощности, указанный в последней колонке таблицы, соот-
ветствует случаю, когда два усилителя одной микросхемы работают
как обыкновенный двухтактный усилитель. Тогда входной сигнал пода-
ется на инвертирующий вход одного усилителя и на неинветирующий
вход другого, а громкоговоритель подключается между выходами.
Базовая схема стереофонического усилителя мощности на одной
из указанных выше микросхем показана на рис. 45. В схеме следует
62

использовать входные разделительные конденсаторы, чтобы можно бы-
ло подать напряжения смещения на входы через резисторы R3 и R4.
Это напряжение смещения поддерживает постоянную составляющую
выходного напряжения равной половине напряжения питания. Коэф-
фициент усиления каждого усилителя может регулироваться независи-
мо и примерно равен отношению
R6/R1 или R7/R5. Усилители со-
держат цепи внутренней частот-
ной коррекции, термической за-
щиты и ограничения выходного
тока.
Усилители типов LM377 и
LM378 изготавливаются в стан-
дартном 14-выводном корпусе с
двумя рядами выводов, но более
современный усилитель LM379 вы-
пускается в специальном 16-вы-
водном корпусе с двумя рядами
выводов с существенно увеличен-
ным расстоянием между двумя
рядами выводов и металлической
вставкой для винтового крепления
микросхемы к радиатору. Электри-
ческие схемы всех трех усилителей одинаковы, причем аналогами уси-
лителей LM377 и LM378 являются соответственно усилители ULN-2274
и ULN-2278 фирмы Sp-ague.
Рис. 45. Схема стереофонического
усилителя мощности на сдвоенном
приборе
Некоторые выводы
Максимальная мощность, которую в настоящее время можно
получить от одиночных интегральных усилителей мощности звуковой
частоты, составляет 20 Вт, но сейчас эффективно проводится работа
по созданию приборов большей мощности, по крайней мере 50 Вт,
которые начнут выпускаться, когда изготовители будут уверены в на-
личии необходимого рынка сбыта таких приборов. Европейские изгото-
вители пока превосходят фирмы США по производству усилителей
мощности.
Выходная мощность, которую можно получить от двух усилителей
на 20 Вт, включенных по мостовой схеме, достигает 36 Вт. При ис-
пользовании дискретных или гибридных элементов можно достигнуть
и более высоких уровней мощности. Цепи ограничения выходного тока
несложно предусмотреть во всех типах усилителей, но цепи термиче-
ской защиты наиболее целесообразно применять в полупроводниковых
интегральных микросхемах, где все транзисторы выполнены на одном
кристалле. В дискретных или гибридных схемах выходные транзисторы
могут выйти из строя до того, как рассеиваемое тепло увеличит тем-
63

пературу первичного преобразователя, который создает сигнал для
ограничения выходного тока. Вместе с тем необходимость создания
температурной обратной связи (которая увеличивает искажения на
низких частотах) вызывает возникновение определенных трудностей
при разработке интегральных усилителей мощности, в то время как
в дискретных или гибридных схемах подобных трудностей нет.
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
МАЛОШУМЯЩИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ
НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ
Стандартные операционные усилители вполне могут быть исполь-
зованы для изготовления предварительных усилителей низкой частоты;
подобные усилители, в которых использованы микросхемы типа 741,
были уже описаны в гл. 3 (см. рис. 16). Однако для усиления сигна-
лов низкого уровня, вырабатываемых воспроизводящими головка*
ми магнитофонов, высококачественными звукоснимателями электро*
магнитного типа, высококачественными микрофонами и т. п., требуются
усилители, имеющие существенно меньший уровень шума, чем стандарт-
ные операционные усилители, особенно в тех случаях, когда требуется
обеспечить максимальное отношение сигнал/шум.
Для усиления сигналов звуковой частоты специально разработаны
малошумящие интегральные усилители, которые можно использовать
и для других применений. Такие усилители в отличие от стандартных
операционных усилителей имеют пониженный уровень шума за счет
специального проектирования внутренней схемы, лучшее подавление
фона и шума источника питания, а полоса пропускания и коэффи*
циент усиления их обычно даже больше, чем у операционных усили-
телей общего применения.
В большинстве случаев изготовители подобных приборов вставляют
в один корпус два малошумящих усилителя, так чтобы можно было
использовать одну микросхему для усиления сигналов обоих каналов
стереофонической системы.
Операционный усилитель типа LM381N
Микросхема LM381N фирмы National Semiconductor содержит
два малошумящих усилителя и является одной из самых распростра-
ненных микросхем этого типа. Коэффициент усиления каждого усили-
теля с разомкнутой обратной связью равен 100 дБ, а ширина полосы
пропускания составляет 75 кГц при уровне выходного сигнала 20 В
(от минимального до максимального значений). Внутренний конден-
сатор частотной коррекции обеспечивает устойчивую работу при коэф-
фициентах усиления по напряжению 10 или более, но при низких
64

24В
Выход
коэффициентах усиления может оказаться необходимым использовать
дополнительно внешний конденсатор. Микросхема LM381A является
специальным вариантом усилителя LM381, предназначенным для уси-
ления сигналов при исключительно малых уровнях шума, например
для усиления сигналов с гидрофонов или в студийных магнитофонах.
Типовая схема усилителя воспроизведения магнитофона на микро-
схеме LM381 показана на рис. 46. Воспроизводящая головка магнито-
фона вырабатывает сигнал, уровень
которого на частоте 1 кГц менее
1 мВ, а усилитель усиливает этот
сигнал до уровня порядка 0,5 В. Кро-
ме того, частотно-зависимая цепь
обратной связи формирует стандарт-
ную по системе NAB (Национальная
ассоциация Радиовещательных орга-
низаций) частотную характеристику,
свойственную усилителям воспроиз-
ведения: коэффициент усиления пада-
ет с увеличением частоты от 50 Гц
до 3 кГц примерно на 30 дБ.
Сигналы высоких частот более
свободно проходят через конденсатор СЗ, входящий в цепь отрица-
тельной обратной связи, чем сигналы низких частот, и поэтому глуби-
на отрицательной обратной связи увеличивается с увеличением ча-
стоты входного сигнала, за счет чего коэффициент усиления уменьшает-
ся. Такой вид частотной характеристики в режиме воспроизведения
позволяет получить плоскую сквозную частотную характеристику маг-
нитофона во всем диапазоне звуковых частот. В схеме на рис. 46
показан только один канал стереофонической системы; вторая поло-
вина микросхемы используется в аналогичной схеме для усиления
сигналов второго канала.
Рис. 46. Усилитель воспроизве-
дения магнитофона на операци-
онном усилителе типа LM381N
Предварительный усилитель записи магнитофона
Схема предварительного усилителя записи магнитофона на опе-
рационном усилителе типа LM381N показана на рис. 47. Для получения
необходимой частотной характеристики усилителя здесь также исполь-
зуется частотно-зависимая цепь отрицательной обратной связи.
Резисторы R4 и R1 определяют коэффициенты усиления на очень
низких частотах (ниже границы звукового диапазона) и поэтому уста-
навливают необходимое смещение и постоянную составляющую выход-
ного сигнала. Элементы R2 и С2 начинают оказывать влияние в диапа-
зоне звуковых частот и определяют коэффициент усиления на низких
и средних звуковых частотах, а элементы СЗ и R3 задают коэффициент
усиления на высоких частотах.
Элементы Ы и С4 обеспечивают параллельный резонанс на ча-
65

0,1м к
+2ЧВ
Вход
микрофона
R5
Выход
2
R4-
■CZF
R3
3,3
Z,7mk
Рис. 47. Усилитель записи магнитофона (второй канал идентичен по-
казанному)
стоте генератора тока стирания и подмагничивания магнитофона и
образуют тем самым фильтр-пробку для этого высокочастотного сиг-
нала, не пропуская его на выход операционного усилителя.
Предварительный усилитель для электромагнитного
звукоснимателя
Пьезоэлектрические и керамические звукосниматели вырабаты-
вают звуковые сигналы амплитудой от 0,1 до 2 В, и поэтому для них
обычно не нужно использовать предварительные усилители (см., на-
пример, схему на рис. 40). Вместе с тем звукосниматели электромаг-
нитного типа вырабатывают сигнал, имеющий уровень всего несколько
милливольт, и поэтому для них предварительный усилитель необходим.
Этот предварительный усилитель должен обеспечивать не только не-
обходимый коэффициент усиления, но и необходимую частотную харак-
теристику по системе RIAA (Американская Ассоциация Изготовителей
звуковоспроизводящей аппаратуры), которая принята всеми изготови-
телями звуковоспроизводящей аппаратуры.
Полная схема предварительного усилителя с регуляторами тембра,
предназначенного для использования с магнитным звукоснимателем,
показана на рис. 48. Сигнал с магнитного звукоснимателя сначала уси-
ливается операционным усилителем LM381, в результате чего выраба-
тывается сигнал такой амплитуды, что любой шум, внесенный после-
дующими каскадами, будет мал по сравнению с уровнем сигнала.
Каскад усилителя осуществляет развязку между источником входного
сигнала и последующими цепями регулировки громкости и тембра.
Конденсаторы СЗ и С4, входящие в цепь отрицательной обратной
связи усилителя, формируют стандартную по системе RIAA частотную
характеристику. На схеме усилителя одного канала показаны четыре
регулировочных потенциометра, но регулятор баланса R11 является
66

Рис. 48. Полная схема предварительного усилителя-корректора, рабо-
тающего от магнитного звукоснимателя и обеспечивающего частотную
характеристику по стандарту RIAA
общим для обоих каналов. В монофонической системе потенциометр
R11 можно исключить.
С точки зрения удобства регулирования целесообразно обеспечить
одновременную регулировку громкости и тембра каждого канала сте-
реофонической системы. В связи с этим каждый из органов управления
должен состоять из двух связанных механически и разделенных элек-
трически переменных резисторов, каждый из которых должен иметь
указанное на схеме сопротивление. Для управления громкостью во
всех звуковых системах необходимо использовать потенциометры с ло-
гарифмической зависимостью сопротивления от угла поворота, при
этом уровень громкости будет для человеческого уха меняться равно-
мерно, так как ухо имеет примерно логарифмическую характеристику.
Операционный усилитель типа LM387N
Внутренняя схема операционного усилителя LM387N аналогична
схеме усилителя LM381N, но он помещен в небольшой 8-выводиой кор-
пус с двумя рядами выводов, в то время как усилитель LM381N вы-
пускается в стандартном 14-выводном корпусе с двумя рядами выво-
дов. Из-за того, что соединительных выводов у усилителя LM387N
меньше, он может использоваться только как дифференциальный уси-
литель, в то время как усилитель LM381N может работать по входу
как дифференциальный усилитель и как усилитель с одним заземлен-
ным входом, что выгоднее с точки зрения шумов. Уменьшение шумов
связано с тем, что в дифференциальном каскаде шумы транзисторов
суммируются.
Операционный усилитель LM387N не имеет вывода для подклю-
чения внешнего конденсатора, который может оказаться необходимым
при низких коэффициентах усиления (менее 10).
67

Операционный усилитель типа LM382N
Операционный усилитель LM382N также очень похож на уси-
литель LM381N и выпускается тем же изготовителем, но этот усилитель
имеет дополнительно внутренние резисторы, так что число внешних
компонентов, требуемых обычно для использования в магнитофонах
и проигрывателях, минимизируется. Усилитель LM382N помещен в 14-
Рис. 49. Простая схема усилителя Рис. 50. Простая схема предвари-
воспроизведения магнитофона на тельного усилителя-корректора
операционно?у! усилителе типа для магнитного звукоснимателя
выводной корпус с двумя рядами выводов, но в нем не предусмотрена
возможность работы в режиме заземленного входа и введения допол-
нительных цепей частотной коррекции при малых коэффициентах уси-
ления.
Простейшая схема усилителя воспроизведения магнитофона на
микросхеме LM382N показана на рис. 49. Ее можно сравнить с более
полной схемой аналогичного усилителя на микросхеме LM381N (см.
рис. 46).
Предварительный усилитель для магнитного звукоснимателя на
микросхеме LM382N показан на рис. 50. Схема обеспечивает стандарт-
ную частотную характеристику (по системе RIAA), и ее можно срав-
нить с более полной схемой (схема на рис. 48 с левой стороны от С5).
Выходной сигнал схемы на рис. 49 или 50 можно подать через разде-
лительный конденсатор емкостью 1 мкФ на схему регулировки громко-
сти и тембра, аналогичную, например, показанной на рис. 48.
Коэффициент подавления фона для операционных усилителей
LM382N и LM387N составляет ПО—120 дБ. Это очень высокое значе-
ние, что является важным для малошумящих систем, работающих при
низких уровнях сигналов.
Операционный усилитель типа МС1339Р
Операционный усилитель типа МС1339Р фирмы Motorola явля-
ется другим примером сдвоенного стереофонического предварительного
усилителя, который содержит встроенный стабилизатор напряжения
68
LM382N
на микросхеме LM382N

Магнитный.
Звукосниматель
~ '7
на 7,5 В и эмиттерные повторители
выходных сигналов. В отличие от
аналогичных приборов фирмы Natio-
nal Semiconductor, требующих на-
пряжения питания до 40 В, эти опе-
рационные усилители работают при
напряжениях питания до 16 В.
Простейший предварительный
усилитель для магнитного звукосни-
мателя, использующий микросхему
МС1339Р, показан на рис. 51. В схе-
ме предусмотрена частотная кор-
рекция в соответствии со стандартом
RIAA, а осуществляется она с по-
мощью частотно-зависимой отрица-
тельной обратной связи. Известны
также схемы предварительных уси-
лителей записи и воспроизведения для магнитофонов на этих операци-
онных усилителях.
Фирма Motorola выпускает также и менее современные сдвоенные
операционные усилители MC1303L для стереофонических предвари»
тельных усилителей.
Рис. 51. Схема предварительно-
го усилителя-корректора для?
магнитного звукоснимателя на
микросхеме МС1339Р
Операционные усилители типов jmA739 и ТВА231
Малошумящий операционный усилитель jiA739 фирмы Fairchild
эквивалентен аналогичному усилителю ТВА231 фирмы SGS-ATES. Эти
сдвоенные приборы, помещенные в 14-выводные корпуса с двумя ря-
дами выводов, требуют использования внешних элементов частотной
коррекции, поэтому с ними необходимо применять большее число внеш-
них элементов, чем для рассмотренных выше приборов. Однако эти
операционные усилители более универсальны: их можно использовать
в тех же самых базовых схемах, что и операционные усилители ши-
рокого применения (см. гл. 2).
Операционный усилитель р,А749 фирмы Fairchild аналогичен уси-
лителю Р-А739, но выходной сигнал его снимается с «неприсоединенно-
го коллектора». Это означает, что коллектор транзистора выходного
каскада соединяется только с выводом микросхемы в отличие от уси-
лителя р,А739, где имеется внутренний резистор нагрузки сопротивле-
нием 5 кОм.
Операционный усилитель типа ZN424
Малошумящий операционный усилитель типа ZN424 выпускается
фирмой Ferranti в 14- и 3-выводных корпусах с двумя рядами выво-
дов, а также в цилиндрическом металлическом корпусе ТО-39. Этот
усилитель является дальнейшим усовершенствованием более раннего
69

прибора ZN402 и может использоваться в тех же самых схемах. В от-
личие от рассмотренных выше приборов в одном корпусе микросхемы
ZN424 содержится только один усилитель, однако в нем предусмотрена
возможность отключения выходного сигнала при заземлении соответст-
вующего вывода микросхемы. Эта возможность отключения сигнала
делает операционный усилитель более универсальным; например, этот
прибор может использоваться как ключ, что дает возможность пере-
дать по одиночному каналу несколько сигналов.
В операционном усилителе типа ZN424 выходной каскад работает
в линейном режиме для минимизации искажений. Простой неинвергд-
|:ующий усилитель широкого применения с коэффициентом усиления
100 показан на рис. 52. Частота единичного усиления этой схемы рав-
на 2 хЭДГц, а скорость нарастания выходного напряжения 20 В/мкс.
Входная цепь усилителя эквивалентна параллельному соединению ре-
зистора сопротивлением 10 МОм и конденсатора емкостью 2 пФ. Об-
щий коэффициент нелинейных искажений на частоте 1 кГц при уровне
•выходного сигнала 12 В (от минимума до максимума) составляет
•обычно 0,1%.
Схема предварительного усилителя для магнитного звукоснимателя
показана на рис. 53. Нормальная частотная характеристика по системе
RIAA обеспечивается с помощью частотно-зависимой отрицательной
обратной связи. Коэффициент усиления на частоте 1 кГц равен 50
(34 дБ), что удобно из-за того, что уровень выходного сигнала будет
соответствовать стандартному уровню, подходящему для большинства
усилителей мощности.
Усилитель по схеме на рис. 53 обеспечивает очень низкие иска-
жения сигнала. Коэффициент искажений при разомкнутой обратной
Рис. 52. Усилитель на
микросхеме ZN424 с ко-
эффициентом усиления
100
Рис. 53. Схема усилителя-корректора
для магнитного звукоснимателя на ми-
кросхеме ZN424
70

связи составляет 1,5%, если выходное напряжение меняется в диапа-
зоне до 2 В. Коэффициент усиления при разомкнутой цепи обратной
связи равен 20 000 (86 дБ), поэтому глубина отрицательной обратной
связи для этой схемы равна 86—34=52 дБ, в результате чего коэф-
фициент искажений снижается с 1,5 до 0,004%. При уменьшении со-
противления R3 коэффициент усиления увеличивается, но при этом
для предотвращения уменьшения усиления на низких частотах необхо-
димо пропорционально увеличивать емкость конденсатора СЗ.
Элементы СЗ и \R3 обеспечивают эффективное подавление вибраци-
онных шумов проигрывателя, а элементы С5 и R7 служат для пре-
дотвращения самовозбуждения усилителя при использовании источни-
ков питания невысокого качества. Отношение сигнал/шум для этого
усилителя превышает 70 дБ при уровне входного сигнала ниже 5 мВ.
Коэффициент перегрузки равен 40 дБ при входном сигналае 5 мВ
и напряжении питания 30 В.
Операционный усилитель типа ZN459
Устройства, о которых шла речь в настоящей главе, обладают
относительно низким уровнем собственных шумов, но тем не менее их
шумовые характеристики хуже, чем у современных схем на дискретных
элементах. Вместе с тем фирма Ferranti в 1977 г. выпустила широко-
полосный малошумящий операционный усилитель ZN459, уровень шу-
мов которого соответствует лучшим усилителям на дискретных эле-
ментах, а все преимущества интегральных микросхем сохраняются.
Микросхема ZN459 выпускается в 8-выводном корпусе с двумя ряда-
ми выводов под номером ZN459CP и в круглом металлическом корпусе
с шестью выводами под номером
ZN459CT и ZN459T. Последний
операционный усилитель обладает
более широким температурным
диапазоном.
Операционный усилитель
ZN459 может быть с успехом ис-
пользован в схеме на рис. 54.
Важно отметить, что максималь-
но допустимое напряжение пита-
ния для него равно 6 В. Ток, по-
требляемый усилителем от источ-
ника питания напряжением 5 В,
составляет всего лишь от 2 до
3 мА. В усилителе имеется цепь
внутренней обратной связи,
включающая конденсатор С2, и этот элемент должен быть присоединен
непосредственно к общей шине входной цепи, если сопротивление
резистора R1 равно нулю, или к одному из вьгзодов резистора RL
Рис. 54. Схема сверхмалошумя-
щего усилителя на микросхеме
ZN459
71

Значение сопротивления резистора R1 изменяет глубину отрицательной
обратной связи и, следовательно, коэффициент усиления. Если R1 рав-
но нулю, то коэффициент усиления устройства равен 1000 (60 дБ)-;
-если R7=470 Ом, то коэффициент усиления уменьшается до 100
(40 дБ). Увеличение R1 увеличивает входное сопротивление, но уве-
личивает и уровень шума.
Уровень шума усилителя ZN459 эквивалентен флуктуационному
шуму резистора сопротивлением всего 40 Ом, подключенного ко входу.
Типовое значение полосы пропускания этого прибора равно 15 МГц
яри общем коэффициенте искажений 0,15%. Коэффициент подавления
лгумов источника питания равен 42,5 дБ.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Определения используемых терминов1
Активный фильтр представляет собой устройство на каком-либо
активном элементе (чаще всего на операционном усилителе), осущест-
вляющее фильтрацию определенной частоты или полосы частот. Частот-
ную избирательность активных фильтров обычно обеспечивают рези-
сторы и конденсаторы, находящиеся в цепях обратной связи.
Аналоговые приборы используются в линейных электрических схе-
мах, в которых амплитуда сигнала пропорциональна некоторой физи-
ческой величине. Например, в усилителях низкой частоты уровень сиг-
нала связан с интенсивностью звука.
Базовый кристалл — это подложка из полупроводникового мате-
риала с определенным набором сформированных в ней не соединенных
между собой элементов, используемая для создания интегральных ми-
кросхем путем изготовления избирательных межэлементных соединений.
Балансировка смещения нуля — это регулировка некоторого внеш-
него по отношению к операционному усилителю потенциометра до тех
пор, пока выходное напряжение усилителя не станет равным нулю при
нулевых потенциалах на обоих входах.
Видеоусилитель. Под видеоусилителем понимается любой широко-
полосный усилитель. Это название присвоено таким усилителям потому,
что их удобно использовать в качестве усилителей видеосигнала в те-
левизионных приемниках.
Внутренняя частотная коррекция. Операционный усилитель с внут-
ренней частотной коррекцией содержит конденсатор, изготовленный
1 Данный список терминов откорректирован. В него введены дополнения
в соответствии с терминами и определениями основных понятий, установленны-
ми государственными стандартами СССР. (Прим, ред.).
72

на базовом кремниевом кристалле микросхемы и позволяющий опера-
ционному усилителю работать устойчиво, без возникновения генерации,
возможной при наличии некоторых факторов.
Возбудитель усилителя мощности — это такой усилитель, который4
вырабатывает два выходных сигнала, используемые для возбуждения
пары комплементарных мощных транзисторов. Выходная мощность,,
обеспечиваемая этими транзисторами, может быть весьма большой.
Обыкновенный операционный усилитель не очень удобен для использо-
вания в качестве возбудителя усилителя мощности. Действительно, он
вырабатывает всего один выходной сигнал, что не дает возможности
без дополнительных усилий возбудить пару внешних мощных транзи-
сторов, поскольку в таком режиме между входами этих транзисторов-
следует подавать некоторое напряжение смещения, необходимое для-
минимизации искажений.
Время установления выходного напряжения операционного уси-
лителя— это время, в течение которого выходное напряжение опера-
ционного усилителя изменяется от уровня 0,1 до уровня 0,9 устано-
вившегося значения при воздействии на вход импульса напряжения
прямоугольной формы.
Входное сопротивление операционного усилителя — это сопротивле-
ние, которое он имеет со стороны одного входа при заземленном
втором.
Выходное сопротивление — это сопротивление со стороны выходных
зажимов операционного усилителя при нулевом выходном напря-
жении.
Гибридная интегральная микросхема — интегральная микросхема,,
часть элементов которой имеет самостоятельное конструктивное оформ-
ление.
Диапазон изменения входных напряжений — это диапазон значений
входных напряжений, в пределах которого операционный усилитель
обеспечивает паспортные характеристики без опасности повреждения,
микросхемы.
Диапазон изменения выходного напряжения — это диапазон значе-
ний выходного напряжения, в котором параметры операционного усили-
теля, определяемые малым сигналом, лежат в гарантированных пре-
делах.
Защита от тепловой перегрузки. Большое число интегральных уси-
лителей мощности имеет внутренние цепи, которые снижают значение
выходного тока в том случае, когда температура кремниевого кристал-
ла достигает опасного значения. Тем не менее нельзя допускать, чтобы
приборы доходили до такого режима, при котором срабатывают цепи
тепловой защиты.
Инвертирующий вход. Сигнал, подаваемый на инвертирующий
вход операционного усилителя, приводит к выработке выходного сигна-
ла противоположной полярности.
73

Интегральная микросхема — это микросхема, все или часть эле-
ментов которой нераздельно связаны и электрически соединены между
-собой так, что устройство рассматривается как единое целое.
Компаратор. Операционный усилитель, используемый как компара-
тор, производит сравнение входных сигналов, поступающих на его ин-
>вертирующий и неинвертирующий входы. Выходное напряжение компа-
ратора становится больше или меньше в зависимости от того, какое
'из входных напряжений больше. Хотя почти все операционные усилите-
ли могут быть использованы как компараторы, разрабатываются спе-
циальные операционные усилители, которые очень быстро переключа-
ется из одного состояния в другое.
Коэффициент ослабления синфазного сигнала (или синфазного
входного напряжения)—это показатель, характеризующий способность
•операционного усилителя подавлять сигналы, подаваемые одновремен-
но на инвертирующий и неинвертирующий входы. Он равен отношению
коэффициента усиления сигнала, подаваемого только на один вход,
к коэффициенту усиления при подаче сигналов на оба входа одновре-
менно.
Коэффициент усиления операционного усилителя — это обычный
^коэффициент усиления по напряжению, равный отношению изменения
^выходного напряжения к изменению входного напряжения, его вызвав-
•шего. Оба этих изменения должны быть малы (см. также определения
коэффициент усиления при разомкнутой цепи обратной связи и коэф-
фициент усиления при замкнутой цепи обратной связи).
Коэффициент усиления при разомкнутой цепи обратной связи ха-
рактеризует усилительные свойства ОУ при разомкнутой цепи обратной
связи. Обычно этот коэффициент очень высок.
Коэффициент усиления при замкнутой цепи обратной связи — это
^коэффициент усиления операционного усилителя в режиме, когда вве-
дена отрицательная обратная связь (т. е. цепь отрицательной обратной
-связи замкнута).
Коэффициент усиления разностного (дифференциального) напря-
жения операционного усилителя — это отношение изменения выходного
напряжения к малому изменению разности входных напряжений (см.
также определения коэффициент усиления при разомкнутой цепи обрат-
ной связи и коэффициент усиления при замкнутой цепи обратной
связи).
Кристалл — это термин, используемый иногда для обозначения
интегральной микросхемы, но часто его применяют для обозначения
'кремниевого чипа, на котором изготовлена интегральная микросхема
или другой твердотельный прибор (см. также определение базовый
кристалл).
Логарифмический усилитель. Выходной сигнал логарифмического
усилителя пропорционален логарифму от входного сигнала. Устройство
этого типа обычно строится на операционном усилителе, в цепи отри-
74

цательной обратной связи которого содержится транзистор. Большой
диапазон изменения амплитуды входного сигнала может быть сжат
в весьма малый диапазон изменения амплитуды выходного сигнала.
Максимальная рассеиваемая мощность — это максимальная мощ-
ность, которая может рассеиваться прибором в режиме, когда нет
его повреждения и основные его характеристики соответствуют пас-
портным.
Малый сигнал операционного усилителя — сигнал, воздействующий
на операционный усилитель, увеличение амплитуды которого вдвое не
приводит к изменению исследуемого параметра.
МОП-приборы. В МОП-приборах используются полевые транзи-
сторы структуры металл — окисел — полупроводник. В операционных
усилителях такие структуры позволяют получить исключительно высо-
кие входные сопротивления (например, в микросхемах САЗ 130 или
САЗ 140 производства корпорации RCA).
Напряжение смещения — значение постоянного входного напряже-
ния, при котором выходное напряжение равно нулю при включении
резисторов с оговоренными значениями сопротивлений между любым
входным выводом операционного усилителя и источником входного
напряжения.
Неинвертирующий вход. Сигнал, поданный на неинвертирующий
вход операционного усилителя, обеспечивает выработку выходного сиг-
нала той же полярности, что и входной сигнал.
Операционный усилитель — усилитель электрических сигналов,
предназначенный для выполнения различных операций над аналоговы-
ми величинами при работе в схеме с отрицательной обратной связью.
Операционный дифференциальный усилитель — операционный уси-
литель, имеющий два симметричных входа (инвертирующий и неинвер-
тирующий), выходной сигнал которого является функцией входного
напряжения (или тока К
Операционный усилитель с полевыми транзисторами во входных
каскадах —- это операционный усилитель, во входных каскадах кото-
рого используется один полевой транзистор или более. Одним из
основных преимуществ таких операционных усилителей является полу-
чение высокого входного сопротивления
Переходная характеристика операционного усилителя с замкнутой
петлей обратной связи характеризует отклик усилителя на внезапное
изменение входного напряжения (на «скачок»). При измерении пере-
ходной характеристики изменения входного и выходного напряжений
должны быть малы.
Повторитель напряжения — это устройство, в котором выходное
напряжение почти повторяет входное напряжение. Повторителем напря-
жения является операционный усилитель, охваченный 100%-ной отри-
цательной обратной связью с выхода на инвертирующий вход.
75

Подавление шумов — это отношение напряжения шумов (от мини-
мума до максимума), действующих на шине питания, к напряжению
шумов (от минимума до максимума) выходного сигнала, когда вход-
ной сигнал отсутствует.'
Полоса пропускания. Коэффициент усиления операционного усили-
теля уменьшается с увеличением частоты входного сигнала. Под поло-
сой пропускания понимается частота, на которой коэффициент усиле-
ния падает на 3 дБ (т. е. до уровня 0,707) относительно своего значе-
ния на низких частотах.
Полупроводниковая интегральная микросхема — интегральная ми-
кросхема, элементы которой выполнены в объеме и (или) на поверх-
ности полупроводникового материала.
Приборы с биполярными и МОП-транзисторами. Эти приборы со-
держат МОП-транзисторы (транзисторы со структурой металл — оки-
сел—полупроводник), изготовленные в том же кремниевом кристалле,
что и биполярные транзисторы, используемые в других каскадах ми-
кросхемы. Операционные усилители с биполярными и МОП-транзисто-
рами обладают очень высоким входным сопротивлением.
Приборы с биполярными и полевыми транзисторами. Эти приборы
содержат во входном каскаде два полевых транзистора с р-я-перехо-
дом, которые изготовлены в том же кремниевом кристалле, что и би-
полярные транзисторы, использующиеся в других каскадах микросхе-
мы. Сначала по такой технологии изготавливали только операционные
усилители, но сейчас она применяется и для других типов интегральных
микросхем.
Радиатор — кусок металла специальной формы, который соединяет-
ся с мощной интегральной микросхемой или другим твердотельным
прибором и служит для отвода тепла от прибора в окружающее про-
странство.
Развязка между каналами. Если на вход одного усилителя микро-
схемы, содержащей несколько усилителей, подается некоторый сигнал,
то на выходах других усилителей появляется весьма малый выходной
сигнал. Развязка между каналами — это отношение уровня сигнала
на основном выходе к уровню сигнала на любом другом выходе; обыч-
но эго отношение выражается в децибелах.
Разность входных токов — это разность между токами, втекающи-
ми в два входа дифференциального операционного усилителя при ну-
левом выходном напряжении.
Рассеиваемая мощность — это значение мощности, рассеиваемой
интегральной микросхемой, работающей в заданном режиме.
Регулируемый операционный усилитель — это операционный усили-
тель, в котором некоторые параметры (например, входной ток смещения,
скорость нарастания выходного оигнала, потребляемую мощность, уро-
вень шума и т. д.) можно изменять с помощью внешних резисторов.
Сдвоенный усилитель — это микросхема, содержащая два незави-
симых операционных усилителя, заключенных в один корпус.
76

Синфазный режим. Синфазным сигналом (или синфазным входным
напряжением) принято называть входной сигнал, подаваемый одно-
временно на инвертирующий и неинвертирующий входы операционного
усилителя. Синфазным режимом называют обработку синфазного сиг-
нала.
Скорость нарастания выходного напряжения — это максимальная
скорость, с которой может происходить изменение выходного напряже-
ния при воздействии импульса максимального входного напряжения
прямоугольной формы. Обычно она измеряется в вольтах на микросе-
кунду. Эта характеристика операционного усилителя отличается от его
полосы пропускания, так как применима только к сигналам, обеспечи-
вающим большие изменения выходного напряжения.
Температурный дрейф напряжения смещения — это коэффициент,
равный отношению максимального изменения напряжения смещения
•операционного усилителя к вызвавшему его изменению температуры
окружающей среды в оговоренном диапазоне температур.
Тепловое отключение. См. защита от тепловой перегрузки.
Ток покоя — это ток, потребляемый операционным усилителем от
источника питания, когда входной сигнал отсутствует и выходной ток
(ток через нагрузку) равен нулю.
Токовый дифференциальный усилитель аналогичен обычному опера-
ционному усилителю, но в нем выходной сигнал зависит не от разности
двух входных напряжений, а от разности двух входных токов.
Усилитель мощности — это усилитель, который может вырабаты-
вать относительно большие уровни тока и работает при достаточно
больших напряжениях питания. Выходная мощность — это значение
мощности сигнала, выделяемой на нагрузке интегральной микросхемы
в заданном режиме. Усилители мощности широко используются в зву-
коусилительных системах, но могут применяться также для привода
двигателей систем управления и т. п.
Фактическая земля. В некоторых схемах вход операционного уси-
лителя остается почти под потенциалом земли при любых изменениях
входного сигнала, тогда говорят, что вход является точкой фактиче-
ской земли.
Частота единичного усиления — это частота, на которой модуль
коэффициента усиления операционного усилителя равен единице.
Частотная коррекция. Если в устройстве на операционном усили-
теле не предусмотреть одного или более внешних или внутренних эле-
ментов частотной коррекции, то на высоких частотах может произойти
самовозбуждение устройства.
Цепь ограничения выходного тока при коротком замыкании. В при-
борах, имеющих цепь ограничения выходного тока при коротком замы-
кании, выходной ток автоматически ограничивается внутренними эле-
ментами на уровне, который не может повредить прибор. Такие цепи
обычно используют в усилителях мощности или в стабилизаторах, ко-
торые должны обеспечивать сравнительно большие выходные мощности.
77

Перечень зарубежных типов интегральных операционных усилителей
и их отечественных аналогов1
Тип операционного
усилителя
Отечественный аналог
Источник, в кото-
рам приведены
электрические
характеристики
f*A741
140УД7
2, 5
JJ.A747
140УД20
—
цА702
140УД1А, 1404Д1Б; КР140УД1А,
1. 2, 5
КР140УД1Б; КР140УД1В; 140УД5
Н.А709
153УД1, К553УД1
1, 2, 5
[J.A709A
153УДЗ
LM101
153УД2, К553УД2
2, 5
LM101A
153УД6
2
LM108
140УД14
2
MC1456G
140УД6А, 140УД6Б; К140УД6
1, 5
^А725
153УД5А, 153УД5Б
2, 5
*хА776
140УД12
5
НА2700
154УД1
—
LM118
140УД10, 140УД11
2, 5-
Ц.А740
140УД8, К140УД8
5
Р.А740С
544УД1А, 544УД1Б, 544УД1В;
5
К544УД1А, К544УД1Б, К544УД1В
ТВА810
К174УН7
3
ТСА940
К174УИ9
—
LM381
538УН1, К538УН1
3
LM381N
К548УН1А, К548УШБ
6
ТВА931
КР551УД1
-—*
Список литературы1
1. Алексенко А. Г. Основы микросхемотехники. — М.: Советское
радио, 1977. — 406 с.
2. Шило В. Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектрон-
ной аппаратуре.— М: Советское радио, 1979.— 368 е.
3. Аналоговые и цифровые интегральные схемы/Под ред. С. В. Яку-
бовского.— М.: Советское радио, 1979.— 336 с.
4. Справочник по интегральным микросхемам/Под ред. Б. В. Та-
рабрина —М.: Энергия, 1980.—816 с.
5. Радио, № 3, 1980.
6. Радио, № 9, 1980.
7. Аналоговые интегральные схемы/Под ред. Дж. Коннели. — М.:
Мир, 1977. —512 с.
8. Ленк Дж. Руководство для пользователей операционных уси-
лителей. Пер. с англ.—М.: Связь, 1978.— 328 с.
9. Кофлин У., Дрисколл У. Операционные усилители и линейные
интегральные схемы. — М.: Мир, 1980. — 592 с.
10. Современные линейные интегральные микросхемы и их приме-
нение: Пер. с англ. — М.: Энергия, 1980.— 272 с.
1 Составлен редактором перевода.
78

Оглавление
Предисловие редактора перевода . . ^
Предисловие . 44
Глава первая. Введение ............ 5-
Базовый усилитель 5
Операционный усилитель типа 741 .6-
Панельки .8
Экспериментирование . .. . &
Балансировка нуля . 10»
Коэффициент усиления 10
Коэффициент усиления по переменному току П
Обратная связь .12-
Глава вторая. Некоторые базовые устройства на операционных
усилителях типа 741 14?
Инвертирующий усилитель 14
Неинвертирующий усилитель 15*
Балансировка нуля .16;
Буферный усилитель 16
Чувствительный микроамперметр 18.
Многодиапазонный микроамперметр 20
Глава третья. Другие применения микросхемы 741 . . . .21
Предварительный усилитель звуковых сигналов 21
Низкочастотный микшер 23
Источник регулируемого опорного напряжения 24-
Стабилизатор напряжения . .24
Милливольтметр переменного тока 25*
Генератор прямоугольных импульсов 26
Триггер Шмитта . . 27
Источники питания . .28
Аналогичные операционные усилители 29
Глава четвертая. Другие операционные усилители, выполнен-
ные в виде интегральных микросхем 3Q
Краткая история 30
Операционный усилитель типа 709 31
Частотная коррекция 32
Сравнение операционных усилителей типов 709 и 741 . . .34
Микроамперметр на операционном усилителе типа 709 . . .35
Операционный усилитель типа LM101/101A 36
Операционный усилитель типа LM308 36
Усилитель с высоким входным сопротивлением 38
Скорость нарастания выходного напряжения 39
Микромощные операционные усилители 39
Глава пятая. Операционные усилители с полевыми транзисто-
рами во входных каскадах 40
Входной ток 40
79,

•Использование полевых транзисторов 41
Дискретные полевые транзисторы во входных каскадах . . .42
Интегральные устройства на полевых транзисторах . . . .43
Гибридные операционные усилители 45
Устройства на гибридных микросхемах 4t
Вольтметр 47
Широкополосный вольтметр переменного тока 48
Приборы с биполярными и полевыми транзисторами . . . 4Q
Режекторный фильтр 49
МОП-приборы 50
Применения . 51
Экономичный измерительный прибор 52
•Глава шестая. Усилители мощности низкой частоты . .53
Выходная мощность . ,53
Операционный усилитель типа LM380N 55
Низковольтные операционные усилители мощности . . . .58
Операционный усилитель мощности типа LM386N . . . .59
Операционные усилители средней мощности 59
Усилители на мощность 20 Вт , . . .61
Сдвоенные усилители мощности 62
Некоторые выводы 63
1Г л а в а седьмая. Малошумящие предварительные усилители низ*
кой частоты 64
Операционный усилитель типа LM381N 64
Предварительный усилитель записи магнитофона 65
Предварительный усилитель для электромагнитного звукосни-
мателя . 66
Операционный усилитель типа LM387N 67
Операционный усилитель типа LM382N 68
Операционный усилитель типа МС1339Р 68
Операционные усилители типов р,А739 и ТВА231 . . . .69
Операционный усилитель типа ZN424 69
Операционный усилитель типа ZN459 . . . *. . . . ,71
Приложение. Определения используемых терминов 72
Перечень зарубежных типов интегральных операционных усили-
телей и их отечественных аналогов
Список литературы