ИССЛЕДОВАНИЕ ВНУТРЕННЕЙ СТРУКТУРЫ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ

INVESTIGATION OF THE INTERNAL STRUCTURE OF THE OPERATIONAL AMPLIFIER

Mikhail Polovnikov

Master's student, Institute of Master's and Postgraduate Studies, Ryazan State Radio Engineering University named after V.F. Utkin,

Russia, Ryazan

Sergey Kruglov

scientific supervisor, Doctor of Technical Sciences, assoc. kaf. PEl, Ryazan State Radio Engineering University named after V.F. Utkin,

Russia, Ryazan

АННОТАЦИЯ

В процессе развития таких устройств, как операционные усилители, происходило усовершенствование их внутренних схем, в результате чего значительно расширился круг задач, в которых они применяются. Стали использоваться многокаскадные схемы, источники тока и другие нововведения. В данной работе исследуется внутреннее устройство операционного усилителя.

ABSTRACT

During the development of devices such as operational amplifiers, their internal circuits were improved, as a result of which the range of tasks in which they are used has significantly expanded. Multi-stage circuits, current sources and other innovations began to be used. In this paper, the internal structure of the operational amplifier is investigated.

Ключевые слова: операционный усилитель, дифференциальный усилитель, усилитель напряжения, выходной каскад.

Keywords: operational amplifier, differential amplifier, voltage amplifier, output stage.

Во внутренней структуре операционного усилителя общего применения, как правило, присутствуют обязательные блоки: входной, промежуточный и выходной каскады. Рассмотрим подробнее работу каждого из этих звеньев.

Входной каскад представляет собой дифференциальный усилитель (Рисунок 1).

Рисунок 1. Принципиальная схема дифференциального усилителя

Преимущества от его использования следующие: во-первых, он обеспечивает формирование как положительного, так и отрицательного уровня сигнала, во-вторых, производит подавление синфазной составляющей входного сигнала, в-третьих, имеет высокое входное сопротивление, то есть измеряет именно напряжение, с минимально возможным искажением сигнала.

В качестве промежуточных каскадов используются усилитель напряжения и схема сдвига уровня. Первый может представлять собой дифференциальный каскад, рассмотренный нами ранее, а второй является эмиттерным повторителем. Схема сдвига уровня служит для разделения каскадов, чтобы минимизировать влияние следующего каскада на предыдущий, иными словами, выполняет роль согласующего звена.

Некоторые варианты схем сдвига уровня:

Рисунок 2. Принципиальные схемы каскадов сдвига уровня

На рисунке 2 под (а) показан наиболее простой вариант, но в этом случае не получится нулевого напряжения на выходе, т.к. делитель напряжения соединен с общим проводом. Остальные схемы должны иметь двухполярный источник питания. В схеме под (в) используется стабилитрон в качестве элемента стабилизации напряжения, а под (г) – один или несколько прямосмещенных диодов для этой же цели.

Выходной каскад, как правило, представляет собой двухтактную схему. Иногда к ней добавляется диодное смещение и защита от короткого замыкания (Рисунок 3).

Рисунок 3. Принципиальная схема выходного двухтактного каскада

В данном случае двухтактный каскад составляют транзисторы VT2 и VT3. Транзистор VT4 является каскадом предварительного усиления, а VT1 – источником тока. Транзисторы VT5 и VT6 предназначены для защиты основных усилительных транзисторов VT1 и VT2 от токов КЗ. Принцип их действия заключается в том, что в момент возникновения КЗ напряжение на резисторах R1 и R2 повышается и становится достаточным для их открытия, уменьшая тем самым ток КЗ.

Список литературы:

1. Алексеев А.Г., Войшвилло Г.В. Операционные усилители и их применение. – М.: Радио и связь, 1989. – 120 с.
2. Миловзоров О.В. Основы электроники : учебник для СПО. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательство Юрайт, 2016. – 407 с.