Структура операционного усилителя

Операционный усилитель – высокостабильный усилитель с дифференциальным входом и гальванической связью каскадов, предназначенный для выполнения математических операций в аналоговых вычислительных устройствах.

Первый ламповый ОУ был разработан в 1942, операционные усилители на транзисторах появились в 1959 году, а интегральный ОУ был разработан в 1963 году

Интегральные ОК по размерам и цене практически не отличаются от отдельного транзистора. В то же время, преобразование сигнала схемой на ОУ в основном определяется свойствами цепей обратных связей усилителя и отличается высокой стабильностью и воспроизводимостью. Реализация различных электронных схем на основе ОУ оказывается значительно проще, чем на отдельных транзисторах. Поэтому операционные усилители почти полностью вытеснили отдельные транзисторы в качестве элементов схем (" кирпичиков") во многих областях аналоговой схемотехники.

Упрощенная схема ОУ приведена на рис. 8.16.

На транзисторах VT1 – VT4 выполнен входной дифференциальный каскад с токовым зеркалом, а на транзисторе VT5 - генератор стабильного тока. Потенциал базы транзистора VT6 формирует делитель напряжения (R1, R2), в состав которого входит транзистор VT6 в диодном включении. Это элемент термостабилизации.

При повышении температуры входная характеристика транзистора VT5 перемещается влево, при этом возрастает ток базы, а следовательно и все остальные токи транзистора.

Однако аналогично перемещается входная характеристика транзистора VT6, что вызывает уменьшение напряжения, снимаемого с делителя и поступающего на базу VT5.

В результате происходит температурная стабилизация режима транзистора VT5 и тока, который вырабатывает ГСТ.

Для получения высокой стабильности тока необходимо, чтобы транзисторы VT5 и VT6 имели по возможности идентичные входные характеристики, и выполнялось равенство: R_Э5 = R₂.

Вторую ступень усиления образует каскад с общим эмиттером на транзисторах VT7, VT8, включенных по схеме составного транзистора для повышения входного сопротивления этого каскада. Вместо коллекторного резистора в каскаде использован источник тока на транзисторе Т₁₀. на его входе включен эмиттерный повторитель на транзисторе VT9. Конденсатор С_К обеспечивает частотную коррекцию ОУ.

Выходной каскад представляет собой двухтактный комплементарный эмиттерный повторитель на транзисторах VT10, VT11. Напряжение на участке цепи из двух последовательных диодов, включенных в прямом направлении, обеспечивает малый начальный ток покоя этих транзисторов (режим класса АВ), что позволяет устранить переходные искажения сигнала. Такая схема обеспечивает симметрию выходного сопротивления ОУ при различной полярности выходного напряжения.