выходных транзисторов, равные {Ue+U)/R3, где (Уе -выходное напряжение усилителя; [)д 0,7 В. При отрицательном напряжении и в открываются транзисторы VT1 и VT2 и выходное напряжение усилителя увеличивается. При Ubk = 0 сквозной ток через VT2 и VT4 устанавливается потенциометром R4. Диоды VD}, VD2 ограничивают обратное напряжение смещения эмиттерно-базовых переходов VT1, VT3 на уровне 0,7 В. Коэффициент передачи усилителя равен- R2/R1. Напряжение питания ОУ задается стабилитронами и не должно превышать +15 В. Примененные в схеме конденсаторы корректируют амплитудно-частотную характеристику усилителя и могут подстраиваться в зависимости от его конструкции и типа транзисторов VT2, VT4. Если в качестве VT2 VT4 использованы мощные транзисторы, то сопротивление R3 целесообразно уменьшить до 510 Ом для обеспечения высокой линейности усилителя.

7 vni

iOOB

100B

Рис. 1.22. Высоковольтный усилитель

Рис. 1.23. Усилитель мощности

Описанную схему нетрудно применить при работе от одного высоковольтного источника питания. Например, если вх>0, то эмиттер VT4 можно заземлить и заменить цепь транзистора VT3 резистором с сопротивлением 10 кОм. Однако для нормальной работы ОУ при вх=1-3 В необходим дополнительный источник отрицательного напряжения питания 1]-=--3 В. Если [7вх>3 В, то в ОУ вывод 4 можно заземлить и тогда источник f/~ n не требуется. Для исключения попадания на вход ОУ высоковольтного напряжения при быстрых изменениях f/вх или включении источника питания целесообразно вывод 3 зашунтировать защитными диодами.

Увеличение выходного тока обычно осуществляется подключением к ОУ мощного повторителя напряжения или усилителя тока, управляемого с выхода ОУ (см. рис. 1.20) или по цепи питания (см. рис. 1.18). Нетрудно увеличить амплитуду выходного 28

напряжения ОУ, ограниченную допустимым напряжением его источников питания, подключая к ОУ каскад, работающий от источника высокого напряжения питания (см. рис. 1.22) [И].

Используя описанные методы увеличения выходных тока и напряжения, можно построить на базе обычных ОУ усилителей, способные отдать в нагрузку мощность нескольких десятков ватт, что достаточно для многих электро- и радиотехнических устройств. К усилителям мощности можно отнести рассмотренные выше схемы (см. рис. 1.18, 1.20, 1.22). Наиболее простые схемы усилителей мощности получаются, если используется управление выходным каскадом по цепи питания ОУ. На рис. 1.23 показана модификация схемы рис. 1.18, полученная заменой резисторов в цепи питания ОУ транзисторами. Транзисторы VT1 и VT2 устанавливают напряжение питания ОУ, равное ±15 В. Благодаря подключению к выходу ОУ резистора R1 с небольшим сопротивлением, через VT1 и VT2 будет протекать ток около 10 мА. Это позволяет при небольших сопротивлениях резисторов в коллекторных цепях VT] и VT2 получить значительное по амплитуде напряжение, управляющее мощными выходными транзисторами VT3 и VT4. Для устранения самовозбуждения усилителя частота среза мощного выходного каскада должна быть больше 100 кГц. На высоких частотах равномерный спад амплитудно-частотной характеристики усилителя формируется конденсторами С1 и С2. Коэффициент усиления по напряжению определяется отношением R/RilO. Если разброс сопротивлений резисторов не превышает ±0,25% и отрегулировано [/см операционного усилителя, то нелинейность усилителя не превышает 0,4% (при размахе выходного напряжения ±30 В), мощность, отдаваемая выходным каскадом в нагрузку, достигает 20 Вт, а мощностная полоса пропускания /р = 30 кГц.

При работе ОУ на низкоомную или индуктивную нагрузку максимальный коэффициент полезного действия Кп обычно не превышает 50%, но и это небольшое значение достигается при равенстве выходного сопротивления усилителя и сопротивления нагрузки. Обычно ОУ используется с отрицательной ОС, что делает очень малым его выходное сопротивление, поэтому для согласования с нагрузкой требуется дополнительный резистор /?с, включенный с ней последовательно.

Если же кроме отрицательной ОС усилитель охватить невозбуждающей положительной ОС (рис. 1.24), то требуемое сопротив-ление резистора Rc можно значительно уменьшить, а величину Ка увеличить. Для показанной схемы м абсолютная величина резистора Rc уменьшена до 25 Ом, т. е. в шесть раз по сравнению с требуемым сопротивлением, равным 150 Ом, а Кп увеличен до 85%. Причем благодаря положительной ОС действующее

R2 1к

1560

Z,2.K

Рис. 1.24. Увеличение коэффициента полезного действия усилителя мощности

значение Rc приблизительно равно 150 Ом, хотя на этом резисторе теряется только 15% мощности.

Значения Rc и можно определить из следующих соотношений:

fu=Ky[\ + {k-k ) К] \l{k,-K) прий -й,> \1Кц\ Rn-{RA + KK) + KuM+K-iK~K)\Rj{-kJK) при

где koRi/Ro.c - коэффициент передачи по цепи отрицательной ОС; knR2/Rn - коэффициент передачи по цепи положительной ОС.

При проектировании необходимо следить, чтобы выполнялось неравенство ko>kn, исключающее самовозбуждение усилителя. После расчета желательно провести эскпериментальную подстройку Rc, поскольку даже незначительные погрешности приводят к существенному ухудшению Кп- Для приведенной схемы максимальная величина Кп сохраняется до частоты 200 кГц.

Включение ОУ в цепи с напряжением питания больше допустимого нетрудно осуществить, используя делители напряжения питания (см. рис. 1.22, 1.23) или следящие ОС по цепи питания (см. рис. 1.22,а).

1.2.4. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ САМОВОЗБУЖДЕНИЯ ОУ В АППАРАТУРЕ И МЕТОДАХ ИХ УСТРАНЕНИЯ

Самовозбуждение ОУ, охваченного ОС, может быть обусловлено реактивностями его входного и выходного сопротивлений, образующих с внешними реактивностями (источника сигнала и нагрузки) RC/RL-u,emi, частоты полюса или нули которых меньше /т; реактивностью цепи ОС; различием значений /т для инвертирующего и неинвертирующего включений ОУ и неидеальностью источников питания [12, 13].

Конденсатор Сн, подключенный к выходу ОУ, образует с его выходным сопротивлением Rbux интегрирующую /?С-цепь, постоянная времени которой увеличивается при повышении частоты входного сигнала, достигая максимального значения на частоте fr-Если частота полюса этой цепи меньше /т, то на передаточной характеристике ОУ появляется дополнительный полюс. В зависимости от величины своей емкости конденсатор Сн снижает запас по фазе или приводит к возбуждению усилителя. В этом случае для уменьшения действия Сн в ОУ с внешней коррекцией обычно достаточно увеличить емкости корректирующих конденсаторов. Для усилителей с внутренней коррекцией необходимо либо вводить дополнительные цепи коррекции, либо подбирать усилитель с малым /?вых, либо использовать на выходе согласующий повторитель. В любом случае частота полюса, обусловленного действием цепи ChRbux, смещается выше частоты fr-30