Запорожец  Издания 

[ 0 ] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106

Схемы дифференциальных усилителей

Операционный усилитель (ОУ) был создан для выполнения математических операций в аналоговых вычислительных машинах. Первые ОУ представляли собой громоздкие устройства на лампах. С заменой ламп транзисторами ОУ стали меньше, дешевле, надежнее и сфера их применения расширилась. Требования к увеличению срока службы устройств способствовали созданию и развитию интегральных ОУ, а следовательно, дальнейшему уменьшению размеров и стоимости, а также значительному повышению надежности ОУ. Возможности улучшения параметров ОУ далеко не исчерпаны. В настоящее время интегральные ОУ выпускаются в небольших по габаритам и дешевых корпусах, что, кстати, способствует их широкому использованию.

Инженеры и техники должны иметь полное представление об ОУ и их применениях даже в том случае, если им редко приходится сталкиваться с вопросами усиления малых сигналов.

Проектировать и создавать работоспособные схемы на интегральных ОУ в большинстве случаев проще, чем эквивалентные ПМ схемы на дискретных компонентах. Однако инженер или техник, который хочет получить заданные характеристики схем на ОУ, должен уметь оценивать преимущества и недостатки операционных усилителей. Зная параметры данного ОУ, можно предсказать его поведение в конкретной схеме. В настоящей книге значительное внимание уделяется тому, как пользоваться параметрами, которые приводятся изготовителями ОУ в спецификациях.

Автор книги ставил перед собой следующие задачи: ). Дать достаточно подробное изложение основ теории операционных усилителей для инженеров и техников.

2. Создать учебное пособие, иллюстрированное многочисленными примерами и задачами.

3. Снабдить инженеров, техниксв и студентов необходимым справочным материалом: а) подборкой схем на ОУ с указанием способа выбора величин элементов этих схем и б) типичными спецификациями и таблицами со сравнительными характеристиками различных видов ОУ, приводимыми изготовителями.



В гл. 1 изложены основные сведения о биполярных и полевых транзисторах, принципы работы дифференциальных усилителей и схемное построение интегральных ОУ. (При рассмотрении интегральной схемы как «функционального блока» или «черного ящика» данную главу при чтении можно опустить).

Операционным усилителям, да и вообще линейным интегральным схемам (ИС) свойственны особые характеристики, В гл. 2 даны определения и описания основных характеристик ОУ и проведено сравнение их реальных значений с гипотетиче* скими идеальными характеристиками.

В гл. 3-7 подробно рассмотрена роль выбора параметров ОУ в практических схемах; при этом широко используются фирменные спецификации на ОУ.

В гл. 8-11 приведен ряд практических схем на ОУ с описанием их работы. Основное внимание здесь обращено на выбор элементов схем.

Гл. 12 посвящена токоразностному усилителю, известному также под названием усилителя Нортона, или счетверенного усилителя. Хотя токоразностный усилитель не является в строгом смысле слова операционным усилителем, тем не менее его функционирование достаточно схоже с работой последнего, что оправдывает его рассмотрение в данной книге. Небольшие размеры и низкая стоимость токоразностного усилителя делают его конкурентом ОУ.

Хочу выразить признательность фирмам - изготовителям ОУ, щедро снабдившим меня спецификациями и материалами по применению ОУ, коллегам, сделавшим ценные замечания по рукописи, студентам, потратившим много времени на макетирование и проверку ряда обсуждаемых здесь схем на ОУ, и, ко-нечно, жене Анжеле и дочерям, которые жертвовали своим временем ради того, чтобы эта книга смогла выйти в свет.

Джордж Б. Рутковски



СХЕМЫ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ И ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

Дифференциальный усилитель, как показывает его назва-, ние, усиливает разность двух входных сигналов. Эти сигналы подаются на два разных входа, и разность между ними называется дифференциальным входным напряжением Увх. я- Дифференциальный усилитель имеет два выхода,. и выходной сигнал можно снимать как с каждого выхода относительно земли, так и между самими выходами. Сигналы между выходными зажимами обычно представляют собой значительно усиленные дифференциальные входные напряжения. Дифференциальные усилители находят множество применений: электронные вольтметры, измерительные схемы, промышленные регуляторы, генераторы сигналов, вычислительные машины, усилители сигналов переменного и постоянного токов - вот лишь некоторые из этих применений.

В данной главе вначале будут рассмотрены строение и прин-• ципы работы дифференциальных усилителей на биполярных и полевых транзисторах, затем будет показано, каким образом дифференциальные усилители можно соединять покаскадно, как это обычно делается в интегральных схемах (ИС) для получения большого коэффициента усиления. И наконец, мы покажем, как подключать схему сдвига уровня, чтобы преобразовать дифференциальную схему с двумя выходами в схему с несимметричным выходом, сигнал с которого можно снимать относительно земли или общей точки. Сдвиг по уровню преобразует дифференциальный усилитель в операционный усилитель (ОУ).

1.1. Общие сведения о транзисторах

• Поскольку в дифференциальных и операционных усилителях, выполненных на дискретных компонентах или в виде интегральной схемы, часто применяются биполярные и полевые транзисторы, полезно в общих чертах рассмотреть эти активные приборы, чтобы получить представление о внутреннем функционировании линейных ИС.

Биполярные транзисторы - это устройства, управляемые током и имеющие три вывода: эмиттер (Э), коллектор (К) и



[ 0 ] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106