Используйте LTspice для понимания LM741 OpAmp: Часть 2
Как работают операционные усилители: Часть 2 из 2
В последний раз мы остановились на том, как работает начальный этап работы ОУ. Следующий важный этап состоит из транзисторов Q3, Q5, Q6, Q7 и Q8. Излучатели дифференциального входа (см. Часть 1) подключены к эмиттерам Q5 и Q6, что обеспечивает смещение уровня, которое требуется для качания напряжения и входа уровня постоянного тока на втором этапе. Текущая зеркальная нагрузка состоит из Q3, Q6, R1 и R2. Давайте пройдем через это немного больше.
$$ I_ {CQ7} = I_ {CQ8} $$
$$ I = I_ {CQ5} = I_ {CQ6} = I_ {CQ7} = I_ {CQ8} $$
$$ I_ {CQ3} = \ frac {2 I} { beta} + \ frac {V_ {BEQ8} + I R_ {2}} {R_ {3}} = \ frac {2 I} { beta} + \ frac {V_ {T} ln ( frac {I} {I_ {S}}) + I R_ {2}} {R_ {3}} $$
Будем надеяться, что эти уравнения пролили немного больше света на сигнальный путь и общее функционирование 74-го ОУ до сих пор … Уверяю вас, входной этап, который мы завершили в Части 1, является самой сложной частью этой схемы.
Вспомните входной этап:
Рисунок 1
Еще одна функция, которую вы, возможно, заметили, - это смещение null 1 и 2. В симуляции это не нужно настраивать, но в реальной жизни необходимо будет включить банк между смещением null 1 и 2. Почему «// www.ti.com / lit / an / sloa045 / sloa045.pdf "target =" _ blank "> здесь.
Теперь это здорово и все: у нас есть довольно солидный входной этап, все идет вверх, мы как бы понимаем, что происходит … Но подождите! У нас есть дифференциальный вход, а операционный усилитель 741 имеет только один выход. Как мы преобразуем дифференциальный вход в один разовый сигнал? Ого, подожди секунду, что? О, не волнуйтесь, создатель 741 (David Fullagar) уже подумал об этом для нас. Активная нагрузка (Q3, Q8, R1, R2) создает модифицированное текущее зеркало Wilson. Его цель - принять дифференциальный входной ток и сделать его односторонним сигналом без потери на 50% преобразования двух сигналов в один. Следить? Я знаю, он немного размыт. Небольшой дифференциальный ток сигнала в Q6 по сравнению с Q5 суммируется в базе Q16. Внимательно изучите схему активной нагрузки … Возможно, потребуется некоторое время, чтобы поглотить эту концепцию, но вы ее получите.
Возьми? Понял? Хорошо.
Хорошо, теперь мы, наконец, можем перейти от этого этапа ввода. Односторонний сигнал подается на Q16. Q16 и Q15 создают конфигурацию Дарлингтона. То есть ток, усиленный первым транзистором Q16, впоследствии снова усиливается Q15. Это создает высокий коэффициент усиления тока ($$ \ beta \ beta $$). Q17 существует как форма отрицательной обратной связи для предотвращения насыщения. Если он становится слишком высоким, Q17 включается и переводит базовый ток в Q16 на землю, тем самым стабилизируя конфигурацию. Этот усилитель использует выходную сторону текущего зеркала, созданного между Q10 и Q11; это активная нагрузка. Активные нагрузки приводят к значительному усилению напряжения, поскольку, если активная нагрузка была идеальной, коэффициент усиления напряжения был бы бесконечным, если вы выработали эквивалентное сопротивление для текущего источника
фигура 2
На рисунке 2 Q14 обеспечивает сдвиг уровня напряжения. Этап переключения уровня включен, чтобы обеспечить отсутствие смещения постоянного тока в выходном сигнале. Смещение постоянного тока возникает из-за включения напряжения транзисторов по всей цепи. В качестве упражнения выполняйте симуляцию с Q14 и без нее, отмечая различия между двумя графиками.
Наконец мы приходим на выходной этап! Выходной каскад состоит из Q18, Q20 и Q19. Выходной каскад представляет собой усилитель повторителя эмиттера класса AB Push Push, идите, посмотрите, если вы не знакомы с концепцией. Q18 обеспечивает ограничение выходного тока, как мы видели с Q17. Это оно! Пойдите, получайте удовольствие от моделирования. Поиграйте с ним, и я думаю, что все начнет собираться вместе.
Моделирование инвертирующего усилителя с единичным усилением (нажмите, чтобы увеличить)
Дальнейшее чтение:
Проектирование аналоговых микросхем
Что делает Opamp?
Схемы рабочих усилителей
Текущие источники и активные нагрузки