ДУ в режиме усиления противофазного сигнала
Как частный случай это подача сигнала на 1 вход.
Uбэ=Uб-Uэ
При подаче на входы противофазного сигнала, транзисторы каждый действует независимо и выходной сигнал удваивается. В ДУ чаще всего используют 2 разнополярных источника питания. Это позволяет подавать сигнал прямо на входы без цепи задания начального смещения, поэтому напряжение на Э=-0,6 В.
ДУ в режиме усиления синфазного сигнала
При подаче на оба входа одинаковых сигналов оба транзистора приоткрываются или призакрываются одинаково, а выходной сигнал по-прежнему близок к 0. ДУ не усиливает синфазный сигнал, в качестве которого выступает помеха.
Улучшения свойств усилителя (схема)
Использование в эмитерной цепи ДУ источника тока позволяет ослабить неполную идентичность VT1 и VT2 и сделать в точности одинаковыми по модулю изменения напряжения на коллекторах транзисторов ДУ. Это позволяет существенно ослабить влияние изменений напряжений Uп и усиления синфазного сигнала, т.е. ДУ в режиме усиления синфазного сигнала.
31. Способы компенсации начального напряжения смещения. Схема.
1. Изменяя положение контакта R1 мы увеличиваем Uбэ одного транзистора и уменьшаем Uбэ другого. Однако при этом изменяется глубина ООС по току для транзисторов ДУ так как R1’ ≠ R2”. Поэтому в настоящее время не используется (приводит к увеличению смещения дрейфа при дрейфе температуры).
2. Изменяя положение подвижного контакта R2 увеличиваем Uк одного из транзисторов и уменьшаем Uк другого (Uк = Uп1 – R1*Iк). Используется, но требует дополнительных выводов от кристалла микросхемы (NC).
3. При использовании ОУ или ДУ с одним задействованным входом на второй вход можно подавать напряжение, компенсирующее начальное смещение, регулируя при этом R3.
Если необходим только один вход, то к другому можно приложить постоянное напряжение и тем самым скомпенсировать напряжение разбаланса. Для этой цели служит потенциометр 
Для удобства установки малых напряжений дополнительно подключают необходимый делитель напряжения 
Если требуются 2 входа, то различия между напряжениями эмиттер-база устраняют с помощью эмиттерных сопротивлений 
Третья возможность выравнивания напряжения база-эмиттер состоит в том, чтобы обеспечить различные значения коллекторного тока. Для этого служит потенциометр 
Этим способом можно отрегулировать напряжение разбаланса до нуля.
32. ДУ с динамической нагрузкой. Схема.
При интегральном исполнении дифференциальных усилительных каскадов вместо резисторов Rк широко используют транзисторы, выполняющие функцию динамических нагрузок каскада. Подобные схемы позволяют обеспечить существенно большие значения коэффициента усиления Ku по сравнению с ранее рассмотренными схемами, имеющими резистивные нагрузки, что важно при создании многокаскадных УПТ.
Транзисторы VT3 и VT4 p-n-p-типа, выполняющие функцию динамических нагрузок каскада. Близки по параметрам. При этом транзистор VT3 используется в качестве диода. Ток Iк1 транзистора VT1, протекающий также через транзистор VT3, создает напряжение, Uбэ3, определяющее входное напряжение. Поскольку транзисторы VT3 и VT4 близки по параметрам, ток Iк4 будет близок к Iк1. В этом главная особенность рассматриваемой схемы. Выходной дифференциальный сигнал снимается с коллектора транзистора VT2.
При eг = 0 схема находится в режиме покоя. Токи Iк1 = Iк2 = Iк4 ≈ Iэ/2. Ток Iк4 протекает через транзистор VT2; Iн = 0, Uвых = 0.
Пусть источник входного сигнала eг имеет полярность, показанную на рисунке. Под воздействием сигнала eг возрастает ток Iб1 и убывает ток Iб2. Изменение базовых токов вызывает изменение коллекторных токов:
Так как 
, то 
. При этом ток нагрузки 
Напряжения на выходе 
Подача входного напряжения противоположной полярности вызывает изменения направления токов 
и полярности напряжения Uвых.
Коэффициент усиления по напряжению:
В многокаскадных УПТ Rн является входным сопротивлением последующего каскада, величина которого равна нескольким сотням Ком. Создание такой же величины сопротивления Rк в схемотехническом исполнении затруднительно. Поэтому дифференциальные каскады с Rн имеют Ku несколько десятков, а с динамической нагрузкой и Rн - несколько сотен.
Использование токового зеркала в качестве динамической нагрузки ДУ позволяет еще в большей мере увеличить KU, чем даже при использовании источника тока. Ослабление синфазных помех и влияние U источника питания осуществляется другими каскадами.
33. Операционные усилители (ОУ). Графическое изображение. Упрощенная схема ОУ.
Операционный усилитель (ОУ) - усилители с гальваническими (безконденсаторными) связями, которые имеют дифференциальный вход, один выход и работают при наличии глубокой ОС, которая практически полностью определяет параметры и характеристики устройств, собранных на них.
ОУ подразделяются по следующим признакам: ОУ общего применения; мощные ОУ; ОУ с управляемыми параметрами; быстродействующие ОУ.
К основным параметрам ОУ относятся следующие: напряжение ИП; коэффициент усиления; входное сопротивление; потребляемый от ИП ток или потребляемая мощность; коэффициент ослабления синфазного сигнала [дБ]; скорость нарастания выходного напряжения.
Она показывает быстродействие ОУ [B/мкС ]
Обозначение:
«-» - инвертирующий вход.
«+» - не инвертирующий вход.
Fc – выводы для подключения цепей частотной коррекции.
Nc – выводы для подключения цепей коррекции начального смещения.
Операционный усилитель состоит из 3-х основных каскадов:
1) дифференциальный каскад выполняет роль ослабления синфазного сигнала и влияния напряжения сигнала (Кu=10÷50);
2) каскад с общим эмиттером с источником тока в коллекторной цепи - основной усилительный каскад напряжения Ku=103..105, который получается за счет использования в качестве коллектора нагрузки источник тока;
3) двухтактный каскад с ОК или двухтактный эмиттерный повторитель в режиме класса В – предназначен для согласования высокого входного сопротивления источника тока с невысоким сопротивлением нагрузки, кроме этого обеспечивает усиление мощности выходного сигнала.. Кроме того, ОУ может содержать схему защиты выхода от КЗ, схему защиты входа от перенапряжения.
Кроме основных каскадов ОУ может содержать : схему защиты выхода от КЗ; защиту выхода от перенапряжений; схему сдвига уровня напряжения для исключения постоянного Uвых; схему ООС по синфазным ошибкам усиления.
Упрощенная принципиальная схема ОУ:
34. Классификация ОУ по типам входных каскадов: БПТ, ПТ, супер - БПТ, с гальванической изоляцией входа от выхода, варикап.
По типам входных каскадов ОУ делятся :
- на БПТ - широкий диапазон применения, хорошая балансировка, высокое входное сопротивление, больший сдвиг и дрейф;
- на ПТ – «+»высокое входное сопротивление, «-»большой сдвиг и дрейф нуля по сравнению с БПТ;
- на БПТ со сверхвысоким усилением(транзисторы супер β) - обеспечивают входное сопротивление, сопоставимое с каскадом на ПТ, величина сдвигов, и дрейфов как у обычных БПТ;
- с гальванической изоляцией входа от выхода - используется модуляция или оптические методы,обеспечивают минимальное значение дрейфа и сдвига, имеют ограниченный частотный диапозон, применяется в медицине и технике высоких напряжений;
- на варикапе - имеют очень малый входной ток смещения, используются для усиления тока на фотоумножителях.
35. Динамическое питание ОУ. Недостаток
Использование динамического питания позволяет получать на выходе ОУ напряжение, существенно превышающее его значение при обычном питании. Напряжение же между выводами питания ОУ остается прежним.
15,4-(-15,4)=30,8
35,4-4,6=30,8
Система динамического питания напряжения питания подаваемого на схемы как бы отслеживает выходное напряжение. Для увеличения в положительную сторону нам необходимо увеличить. Величина отрицательного при этом не критична. Для отрицательной полуволны - наоборот. При этом необходимо поддержать Uп1-Uп2, в пределах допустимых величин
36. Параметры ОУ (входные, выходные и динамические). Характеристики.
Характеристики ОУ:
- входное напряжение
- max диф. входное напряжение
- max синфазное входное напряжение
- входной ток смещения
- max выходные U и I
- параметры смещения
- дрейф (температурный и временный)
- частотные
-динамические
- скорость нарастания выходного напряжения
Важнейшими характеристиками ОУ являются амплитудные (передаточные) Uвых= f (Uвх) и амплитудно-частотные (АЧХ) кU(f). Амплитудно-частотная характеристика имеет вид АЧХ усилителя постоянного тока за исключением специальных частотнозависимых устройств (избирательный усилитель и др.).
Полоса пропускания 1МГц означает, что
кu·f = const.
fгр = 106Гц
Входными параметрами ОУ являются входное сопротивление, ток смещения, разность и дрейф входных токов смещения, максимальные, входные, синфазные и дифференциальные напряжения. Наличие входных токов смещения обуславливается конечным значением входного сопротивления дифференциального каскада, а их разность - разбросом параметров транзисторов. Входное сопротивление ОУ рассматривается по отношению к входному сигналу.
Выходными параметрами ОУ являются выходное сопротивление, максимальное выходное напряжение и ток. ОУ должен обладать малым выходным сопротивлением для обеспечения высоких значений Uвых при малых Rн. Максимальное выходное напряжение близко к напряжению питания. Максимальный выходной ток ограничивается допустимым коллекторным током от обоих источников питания и соответственно суммарной потребляемой мощностью.
Динамическими параметрами ОУ являются скорость нарастания выходного напряжения и время установления Uвых. Они определяются по воздействию скачка Uвх на участке изменения Uвых от 0,1 до 0,9 напряжения выхода.
Частотные параметры определяют по АЧХ ОУ, которая имеет спадающий характер в области высокой частоты, начиная от частоты среза. Причиной этого является частотная зависимость параметров транзисторов и паразитных емкостей схемы ОУ.
Энергетические параметры ОУ оцениваются максимальными потребляемыми токами от обоих источников питания и соответственно суммарной потребляемой мощность
37. Инвертирующие усилители (схемы). Параметры. Достоинства и недостатки .
Если в цепи обратной связи использовать простейший делитель напряжения, то получится базовая схема инвертирующего усилителя.
Потенциал на инвертирующем входе U- =0. Так как ОУ находится в линейном режиме, тогда U- - U+ = Uвых/К0 . Например, при Uвых =5 В, К0 = 2·105 получаем UА =25мкВ. Такое малое напряжение (оно сравнимо с термо-э.д.с. при ∆Т=1ºС) даже невозможно измерить обычным цифровым вольтметром. Отсюда следует, что потенциалы на выходах ОУ можно с хорошей точностью считать равными. Если один из входов ОУ заземлить, на втором входе будет также поддерживаться нулевой потенциал, хотя напрямую входы ОУ гальванически не связаны. Этот эффект называется мнимым заземлением. Таким образом, из U+ = 0 следует U-=0, Uвх = UR5 (падение напряжения на R5); Uвых = UR19 (падение напряжения на R19). Поскольку входной ток ОУ очень мал, им можно пренебречь, тогда получим I5 = Uвх/R5= -Uвых/R19. Это означает, что для инвертирующего усилителя Кu = Uвых/Uвх = -R19/R5.
Коэффициент усиления
.
Достоинства: устойчивость усиления при больших Кu.
Недостатки: малое Rвх, инверсия сигнала.
Использование: основная усилительная схема.
38. Преобразователь тока в напряжение. Неинвертирующий усилитель (схема). Достоинства и недостатки.
Так как U+≈U-, то Uвх = U-= UR8 (падение напряжения на R8); Uвых = UR8 +UR20 (падение напряжения на R20 и R8). Поскольку входной ток ОУ очень мал, им можно пренебречь, тогда получим Ioc = Uвх/R8= Uвых/(R20+R8). Это означает, что для неинвертирующего усилителя Кu = Uвых/Uвх = 1+R20/R8.
Достоинства: высокое выходное сопротивление( больше входного сопротивления в ОУ)-ООС последовательная, отсутствие инверсии сигнала.
Недостаток: проблемы в получении больших и устойчивых Кu.
Использование: при большом источнике сигнала.