Операционный усилитель К140УД1

Первым операционным усилителем микросхемного исполнения был усилитель К140УД1. Однако структура этого усилителя используется во всех современных операционных усилителях.

а) б)

Рис. 3.5 а) – принципиальная схема операционного усилителя К140УД1;

б) – диаграммы напряжений на элементах.

Усилитель состоит из двух дифференциальных каскадов, схемы смещения и усилителя мощности.

Первый каскад – симметричный дифференциальный каскад на транзисторах VT1, VT2 с источником тока в эмиттерной цепи. Источник тока выполнен на транзисторе VT5 с делителем R7, R8, эмиттерным сопротивлением R5 и термокомпенсирующим транзистором VT6. Транзисторы VT1, VT2 обладают большим коэффициентом усиления по току, но малым допустимым коллекторным напряжением. Для снижения напряжения питания первого каскада установлен резистор R3, падение на котором, из-за постоянства суммарного тока эмиттеров транзисторов VT1, VT2, постоянно. Напряжение покоя коллекторов транзисторов VT1, VT2 U_КП1,2 ближе к общей точке (см. рис. 3.5, б).

Второй каскад – несимметричный дифференциальный каскад на транзисторах VT3, VT4 с эмиттерным сопротивлением R6. Напряжение покоя коллекторов транзистора VT4 U_КП4 расположено в середине между напряжением U_КП1,2 и напряжением питания +Е_П.

Усиление по мощности осуществляется эмиттерными повторителями на транзисторах VT7 и VT9. Напряжение смещения коллекторного напряжения состоит из падения напряжения на резисторе R9 и переходах база-эмиттер транзисторов VT7, VT9

. (3.11)

Падение на резисторе R9 происходит за счет тока источника тока, выполненного на транзисторе VT8 с делителем напряжения R7, R8 и эмиттерными сопротивлениями R10, R12. В режиме покоя смещение обеспечивает нулевой выходной сигнал. При наличии выходного сигнала резистор R12 осуществляет положительную обратную связь, увеличивая (по модулю) выходное напряжение. Рассмотрим прохождение входного положительного напряжения, поданного на инвертирующий вход Вх- и нулевом напряжении на не инвертирующем входе Вх+

.

Отрицательное напряжение на выходе приводит к снижению падения напряжения на резисторе R12 и увеличению тока источника тока на транзисторе VT8, падение на резисторе R9 увеличивается, напряжение смещения увеличивается, выходное напряжение становится (по модулю) больше.

Напряжение U_K4 может меняться менее чем на половину напряжения питания. Введение положительной обратной связи позволяет выходному напряжению меняться практически на величину напряжения питания.

В табл. 3.1 приведены параметры некоторых операционных усилителей.

Таблица 3.1 Параметры операционных усилителей

Параметры \ Тип	К140УД1	КР140УД7	КР140УД8	КР140УД13
Коэффициент усиления по напр. КU		50 000	50 000
Напряжение смещения нуля UCM, мВ				0,07
Дрейф напряжения смещения, мкВ/град				--
Входные токи IВХ, нА	8 000		0,2
Частота единичного усиления, МГц		0,8
Скорость нарастания выходного напряжения, В/мкс	0,5
Максимальный выходной ток, мА
Напряжение питания, В	12,6	15	15	15
Максимальное выходное напряжение, В	6	11,5	10	1
Максимальное входное напряжение, В	3	11	12	15
Наличие внутренней коррекции	нет	есть	есть	Нет
Наличие защиты от к.з.	нет	есть	есть	нет

Рис.3.6 Нумерация выводов операционных усилителей

типа КР140УД6, КР140УД7, КР140УД8

Операционный усилитель К140УД1, как усилитель ранней разработки, обладает сравнительно низкими параметрами. Усилитель КР140УД7 является типичным усилителем общего назначения со средними параметрами, Усилитель КР140УД8 отличается малыми входными токами (высоким входным сопротивлением), его первый каскад выполнен на полевых транзисторах. Усилитель КР140УД13 отличается сверхнизким напряжением смещения (напряжением дрейфа). Для снижения дрейфа в нем используется принцип модуляции-демодуляции сигнала.

Переменный резистор R1 предназначен для компенсации напряжения дрейфа, однако такая схема используется сравнительно редко, так как требует установки на всех входах усилителя нулевых сигналов, что в реальной работающей схеме сделать затруднительно.

Условное обозначение операционных усилителей.