10. Основные особенности и принципы построения усилителей в интегральном исполнении.
10.1. Общие сведения об усилителях ИМС.
Радиоэлектронная аппаратура выполнена на ИМС отличается высокой надёжностью, малым весом и габаритами, незначительном потреблением мощности. ИМС разрабатываются и выпускаются как универсальный прибор и может быть использован при разработке различных схем: генератора, усилителя преобразователя частоты и др. Современные ИМС классифицируют по различным признакам :
- Технологии изготовления;
- По применению;
- По виду выполняемых функций;
- По числу содержащихся в её корпусе элементов.
Каждая ИМС имеет своё обозначение. Например: К157УД2 – двухканальный операционный усилитель универсального назначения; К – микросхема широкого применения; 1 – группа; 57 – номер разработки данной серии; У – подгруппа; Д – функциональное назначение; 2 – условный номер в данной разработке.
10.2. Схемные особенности операционных усилителей.
Большёй класс выпускаемых ИМС составляют операционные усилители (ОУ). Структурная схема ОУ содержит несколько каскадов, обычно 2 или 3. На рис. 10.1 показанная структурная схема ОУ состоящая из трёх каскадов.
Рис. 10.1 – Структурная схема ОУ состоящая из трёх каскадов.
ДК – дифференциальный каскад усиления;
ПКУ – предварительный каскад усиления;
ВКУ – выходной каскад усиления;
ДК – предназначен для согласования ОУ с источником сигнала и подавлением синфазных помех. ПКУ – обеспечивает основное усиление ИМС. ВКУ – согласование с нагрузкой ОУ. В качестве выходного каскада обычно используются схемы повторителей, рассмотренные выше.
В ОУ всегда применяется ООС, что позволяет существенно улучшить качественные показатели ИМС.
10.3. Балансные (дифференциальные) каскады усиления с параллельным питанием.
Дифференциальные каскады усиления ОУ выполняются по двухтактным схемам, имеют два входа: вход 1 и вход 2, на рис. 10.2.
Рис. 10.2. Схема дифференциального каскада ОУ.
Особенность дифференциальных каскадов (ДК) – симметрия относительно линии АБ. Это означает, что транзисторы, элементы схемы и др. параметры каскадов должны быть одинаковыми (h21Э=h21Э; IКБ01= IКБ02 и др.). Выходное напряжение UВЫХ.Д снимается между коллекторами VT1 и VT2. Такую схему называют симметричным входом и симметричным выходом. Для уменьшения дрейфа нуля используется принцип баланса моста. Плечи моста образованные резисторами RK1 = RK2 = RK и выходными цепями транзисторов VT1 и VT2. Если схема полностью симметрична, то при еИСТ = 0 выходное напряжение UВЫХ.Д = 0. Если действует синфазная помеха (изменение температуры, напряжение источника питания, наводки и др), то UВЫХ.Д = 0. При действии противофазных сигналов:
UВЫХ.Д = КД∙ (UВХ1 – UВХ2)=КД∙UВХ.Д
Т.е. выходное напряжение не зависит от абсолютного значения напряжения входных сигналов, а определяется их разностью. Резистор RЭ емкостью СЭ не шунтируется, а возникающая местная ООС дополнительно уменьшает синфазную помеху. Коэффициент ослабления синфазной помехи равен:
,
где 
.
Для подавления синфазной помехи необходимо увеличивать RЭ. Однако увеличение RЭ приводит к нерациональному использованию источника питания и нагреву ИМС. Выход был найден путём замены резистора RЭ транзистором. При этом сопротивление по постоянному току небольшое, а по переменному оказывается большим.