Дипломная работа: Структурный синтез устройств с мультидифференциальными операционными усилителями
Рис. 2. Упрощенная принципиальная схема
мультидифференциального ОУ
При подаче входного сигнала на вход 2 (база транзистора VT3, рис. 2), при условии, что постоянные времени каналов К2 и К1 идентичны, по аналогии с (7) можно записать:
. (8)
Из сопоставления выражений (7) и (8) следует, что они, по сути, идентичны при выполнении условия К2 = К1 . При попытке увеличить коэффициент усиления за счет уменьшения глубины обратной связи эквивалентная постоянная времени также увеличивается, так как коэффициент 
входит в знаменатель выражений (7) и (8), что приводит к уменьшению частоты среза, то есть спад частотной характеристики замкнутого и разомкнутого усилителей практически совпадает.
Иная ситуация возникает при выполнении условия К2 > К1 . В этом случае эквивалентная постоянная времени определяется петлевым усилением, частота среза остается неизменной, а частота единичного усиления возрастает. То есть возрастает площадь усиления ОУ, охваченного цепью ООС. Эта ситуация подтверждается результатами моделирования (рис. 3) схемы, приведенной на рис. 2. По стандартному инвертирующему включению КU 1 =1, а при R3 = 2R4 коэффициент передачи К2 » 2К1 с точностью до конечного сопротивления rЭ (см. (5)–(6)).
Графики, приведенные на рис. 3, показывают, что частота единичного усиления при подаче сигнала на вход 2 (или 3) возрастает примерно в два раза, что определяется принятым соотношением К2 » 2К1 . Естественно, такое расширение полосы возможно лишь при определенной коррекции частотной характеристики усилителя: коррекция ОУ осуществляется конденсатором СК (рис. 2) так, чтобы его передаточная функция соответствовала апериодическому звену второго порядка и постоянная времени промежуточного каскада была много меньше постоянной времени входного каскада.
Точностные характеристики такого ОУ (в частности, напряжение смещения, приведенное ко входу) хуже, чем у обычного, т.к. ошибки, возникающие в каждом дифференциальном каскаде, в общем случае складываются. В ОУ может быть предусмотрена балансировка напряжения смещения, например, за счет изменения коэффициента передачи повторителя тока на транзисторах VT5, VT6.
Динамический диапазон многовходового ОУ определятся, с одной стороны, динамическим диапазоном активной работы каждого дифференциального каскада, с другой – максимальным выходным напряжением, поскольку такой каскад осуществляет суммирование входных сигналов. Поэтому должно выполняться следующее условие:
.
Рис. 3. Амплитудно-частотные характеристики
многовходового ОУ при подаче сигнала на вход 1 (□),
вход 2 (◊) и разомкнутого усилителя (Ñ)
Другой вариант построения многовходового ОУ приведен на рис. 4а), а функциональная схема, ему соответствующая, – на рис. 4б). На рис. 4в приведена функциональная схема, к которой может быть преобразован ОУ, если поменять местами точки подключения коллектора транзистора VT4 и объединенных коллекторов транзисторов VT1 – VT3.
С учетом того, что ток эмиттера транзистора VT4 в три раза больше токов эмиттеров каждого из транзисторов VT1–VT3, а также в предположении, что коэффициент передачи повторителя тока на транзисторах VT5–VT6 близок к единице, по инвертирующим входам коэффициент передачи входного каскада составит:
, (9)
где RВХ – входное сопротивление промежуточного каскада на транзисторе VT6; Ri – сопротивление резистора R1–R3; rЭ4 – дифференциальное сопротивление эмиттера транзистора VT4.
Для неинвертирующего входа, при условии, что сопротивления резисторов R1–R3 равны, коэффициент усиления можно записать как
. (10)
Рис. 4. Упрощенная принципиальная схема мультидифференциального каскада (а) и возможные варианты его функциональных схем (б), (в)
Следовательно, по аналогии с выражением (7) для стандартного инвертирующего включения ОУ (при остальных заземленных входах) можно записать
,
где КПК – коэффициент усиления промежуточного каскада.
По аналогии с (8) для коэффициента усиления по любому из неинвертирующих входов, на который не подана обратная связь, можно записать
.
По неинвертирующему входу для рассматриваемого случая
