Файл: Гутников, В. С. Интегральная электроника в измерительных приборах.pdf

ИС. На рис. 66, а приведена схема усилителя К1УТ221 с коэф­ фициентом усиления 15—25. Транзистор ТЗ, входящий в этот усилитель, является источником тока, поступающего в эмиттеры усилительных транзисторов 77 и Т2. Диод, образованный из транзистора Т4, служит для температурной коррекции коллек-

торного тока транзистора ТЗ. Для нормальной работы усили­ тельного каскада по схеме рис. 66, а необходимо падать посто­ янное напряжение в базовую цепь транзистора ТЗ. Достигается это соединением вывода 11 с землею при подаче на выводы 1 и 7 двух разнополярных .питающих напряжений. При применении одного источника питающего напряжения, подключаемого к вы­ водам 1 и 7 ИС, можно подавать напряжение на базу тран­ зистора ТЗ, присоединяя вывод 8 к выводу 7 ИС (т. е. к поло­ жительному зажиму напряжения питания).

124

При составлении сложного усилителя из каскадов типа К1УТ221 следует учитывать тот факт, что входные зажимы этих ИС (4 и 10) должны находиться под потенциалом, близ­ ким к нулю (при двухполярном питании), в то время как на­ пряжение на выходных зажимах составляет примерно половину напряжения источника положительного напряжения. Поэтому необходимо принимать специальные меры для согласования каскадов по постоянному напряжению.

Входные токи каскадов К1УТ221 составляют несколько мик­ роампер. Для увеличения входного сопротивления усилителя можно строить параллельно-симметричные эмиттерные повтори­ тели на дополнительных транзисторах (входящих, например, в ИС 1КТ011). Однако при этом температурный дрейф нуля усилителя, приведенный ко входу, может увеличиться с 5— 20 мкв/град до 50 мкв/град и более.

На основе дифференциального усилителя могут быть постро­ ены различные аналоговые и импульсные функциональные узлы.

На рис. 66, б показан повторитель напряжения на ИС типа К1УТ221. Такой повторитель имеет коэффициент передачи при­ мерно 0,98, большое входное, малое выходное сопротивления и малые погрешности передачи как переменного, так и постоян­ ного напряжения.

Для упрощения рисунка стабилизатор эмиттерного тока на

жение прикладывать к выводу 4. Ширина петли гистерезиса такого триггера составляет 0,3—0,4 в.

Более чувствительный триггер может быть построен при вве­ дении в схему дополнительного каскада усиления (рис. 66,в). Открываясь и закрываясь, транзистор Т5 за счет делителя R2— R1 изменяет потенциал на входе транзистора Т2. Этим обеспе­ чиваются два устойчивых состояния триггера. Увеличивая от­ ношение R2 /R1 , можно получить величину гистерезиса для этого триггера менее 0,1 в. Цепь R4 — Д1 в схеме рис. 66, в спо­ собствует надежному запиранию транзистора Т5.

На рис. 66, г приведена предложенная автором схема нульоргана, построенного на основе ИС К1УТ221 и обеспечиваю­ щего получение на выходе непрерывной импульсной последо­ вательности в случае, если входные напряжения таковы, что U2> U 1- Исходно, когда UZ< U 1 , транзисторы Т2 и Т5 закрыты, транзистор 77 открыт. Если же И2 станет равным Uь транзи­ сторы Т2 и Т5 начнут открываться, что приведет к возникнове­ нию лавинообразного процесса за счет положительной обрат­ ной связи через конденсатор С1 (отношение сопротивлений RJR3 меньше отношения R2/R5). В результате этого процесса

125

транзисторы Т2 и Т5 полностью откроются, а транзистор 77 за­ кроется. Благодаря цепи отрицательной обратной связи R3—Д / напряжение на входе транзистора 77 при этом также увеличи­ вается. Вследствие этого после перезаряда конденсатора С1 возникнет обратный лавинообразный процесс, в результате ко­ торого транзисторы Т2 и Т5 закроются, а транзистор 77 откро­ ется. После нового перезаряда конденсатора С1 транзисторы Т2 и Т5 вновь лавинообразно откроются и т. д.: импульсы на вы­

пературную погрешность, можно применить термостатирование. Однако термостат обычно представляет собой конструктивно сложный и энергоемкий узел. Фирма «Фэйрчайлд» (США) вы­ пускает ИС типа цА726, в которой термостатируется только кремниевая подложка, причем цепь термостатирования содер­ жится в самой ИС. Схема этой ИС показана на рис. 67. Измене­ ние температуры изменяет коллекторный ток триода Тб. Измене­ ние коллекторного напряжения этого триода через эмиттерный повторитель на транзисторе ТЗ и стабилитрон Ц1 переда­ ется на базу транзистора Т4 и изменяет его коллекторный ток. В результате изменяется мощность, рассеиваемая в транзисторе 77, которая и определяет температуру подложки. Стабилитрон Д2 обеспечивает постоянное напряжение на базе транзистора Тб. Температурная чувствительность коллекторного тока транзистора Тб определяется температурным изменением напряжения базаэмиттер транзисторов Т6иТ7 (примерно 2,2 мв/град). Транзистор Т5 обеспечивает ограничение коллекторного тока транзистора 77. Температура подложки, которую поддерживает схема терморе­ гулирования, может устанавливаться в пределах 60—110°С путем изменения сопротивления резистора Rn. Точность поддер­ жания температуры составляет примерно 3°С при изменении

126

зисторов Т1 и 72, расположенных на общей подложке ИС. На­ пример, дрейф нуля дифференциального однокаскадного усили­ теля, собранного на этих транзисторах, составляет всего лишь

0,2 мкв/град.

ИС типа цА726 иллюстрирует широкие возможности совер­ шенствования электронной аппаратуры при применении инте­ гральной технологии.

26. Операционные усилители и их характеристики

Рассмотренные в предыдущем параграфе линейные ИС пред­ назначены для различных более или менее конкретных приме­ нений. Операционный усилитель в этом смысле гораздо более универсален, на его основе могут быть построены самые разно­ образные электронные устройства. Поэтому более половины выпускаемых промышленностью за рубежом линейных ИС со­ ставляют операционные усилители.

Операционный усилитель — это усилитель постоянного тока (имеющий коэффициент усиления порядка нескольких тысяч или десятков тысяч), на основе которого, вводя в него разно­ образные обратные связи, можно выполнять устройства, реали­ зующие различные функции преобразования входного сигнала.

Схемы типичных интегральных операционных усилителей показаны на рис. 68, а (усилитель К1УТ401) и рис. 68,6 (усили­ тель К1УТ402). Обычно операционный усилитель содержит два дифференциальных усилительных каскада, каскад смещения напряжения и выходной каскад. Смещение напряжения необхо­ димо осуществлять для того, чтобы в исходном состоянии на­ пряжения на входах и выходе усилителя были одинаковыми. Это позволяет охватывать усилитель внешними обратными свя­ зями, не заботясь дополнительно о согласовании уровней по­ стоянного напряжения.

В усилителе К1УТ402 по сравнению с усилителем К1УТ401 увеличено входное сопротивление за счет применения составных транзисторов в первом каскаде. Кроме того, усилитель К1УТ402 имеет более высокий коэффициент усиления и меньшее выход­ ное сопротивление, чем усилитель К1УТ401.

На принципиальных схемах операционный усилитель обычно изображается в виде треугольника с обозначениями двух вхо­ дов и одного выхода. Один из входов усилителя, увеличение напряжения на котором приводит к увеличению напряжения на выходе, называется неинвертирующим и обозначается значком

«+ ». Второй вход называется инвертирующим («—»).

Параметры операционных усилителей довольно многочис­

ленны. Рассмотрим основные из них.

Коэффициент усиления (К) — отношение изменения выход­ ного напряжения к вызвавшему его изменению напряжения между входами усилителя.

127

Иногда вместо «коэффициент усиления» говорят «коэффи­ циент усиления в разомкнутой петле», имея при этом в виду тот факт, что операционный усилитель обычно используется с обратными связями, а в данном случае подразумевается коэф-

Рис. 68. Схемы операционных усилителей типов К1УТ401 (а)

К1УТ402 (б)

фициент усиления при отсутствии обратных связей. Обычно

/С=(1-М00) -I03.

Ширину частотной полосы определяет частота (fM) , при кото­ рой коэффициент усиления усилителя падает на 3 дб (в У 2 раз) по сравнению с его значением при низкой частоте. Значение /м для операционных усилителей широкого применения лежит в диапазоне от 10 кгц до 1—2 Мгц.

128