Zaloguj się
Wszystkie
11 sierpnia 2025
17
Wnętrze „magicznego trójkąta”, jak czasem bywa nazywany wzmacniacz operacyjny przez początkujących studentów, składa się z trzech podstawowych bloków. Na samym wejściu mamy wzmacniacz różnicowy, którego głównym zadaniem jest obsługa sygnału różnicowego, czyli zredukowanie wpływu składowej sumacyjnej przy jednoczesnym uwypukleniu składowej różnicowej. Następnym blokiem jest wzmacniacz o wysokim wzmocnieniu z (najczęściej) sztucznie dodanym jednym biegunem transmitancji – dla zachowania stabilności wzmacniacza operacyjnego. Ostatnim blokiem jest stopień wyjściowy, który redukuje impedancję wyjściową do możliwie niskiej lub… konkretnie określonej wartości, na przykład w celu uzyskania dopasowania.
Wszystkie te trzy bloki są istotne do zapewnienia prawidłowej pracy wzmacniacza operacyjnego i jego uniwersalności, jaką znamy z obecnie produkowanych modeli, lecz każdy z nich ma inny wpływ na parametry wzmacniacza. Okazuje się jednak, że – zgodnie z zasadą wzmacniania szumów w układach elektronicznych – to pierwszy stopień ma decydujący wpływ na całkowity poziom szumów układu. Poza tym producenci stosują różne rodzaje stopni wejściowych po to, by uzyskać dywersyfikację parametrów swoich wyrobów. Jeżeli chodzi o pozostałe dwa stopnie, zróżnicowanie ich konstrukcji nie jest już tak znaczące, a ogólna idea pozostała niezmieniona od dekad.
Najprostszym przykładem jest wzmacniacz różnicowy na pojedynczej parze tranzystorów bipolarnych. Takie stopnie wejściowe były spotykane przede wszystkim w archaicznych wzmacniaczach operacyjnych, jak μA709, ale okazuje się, że sama idea nie została porzucona. Oprócz tranzystorów NPN, pokazanych na rysunku, stosuje się również PNP – potencjały wejść mogą wówczas osiągać wartości niższe niż potencjał ujemnej gałęzi zasilającej. Tym, co wyróżnia tę konstrukcję, jest możliwość uzyskania bardzo niskiego offsetu napięciowego (nawet 10 μA!), wysokich częstotliwości pracy oraz – co istotne z naszego punktu widzenia – bardzo niskiego napięcia szumów, rzędu nawet 1 nV/√Hz.
Nie ma się co dziwić, wszak jest to po prostu najprostszy układ ze wszystkich możliwych. Ma jednak dwie wady: pobiera stosunkowo wysoki prąd wejściowy (50 nA…10 μA) oraz jest bardzo wrażliwy na rozbieżność rezystancji sterujących wejściami, właśnie ze względu na wysoką wartość prądu polaryzacji. Niemniej jednak doświadczony projektant poradzi sobie z takim wyzwaniem. Dobra informacją jest fakt, że prądy pobierane przez bazy tranzystorów stopnia wejściowego z reguły są dobrze wyrównane. Z mojego doświadczenia wynika jeszcze, że takie wzmacniacze operacyjne bywają niemożliwe do utrzymania w stanie stabilnym przy konfiguracji w roli wtórnika napięciowego (tj. przy jednostkowym wzmocnieniu), co z reguły jest opatrywane dopiskiem w karcie katalogowej unity gain unstable.
Modyfikacja tego stopnia wejściowego polega na dodaniu dwóch źródeł prądowych. Taki układ charakteryzuje się mniejszym prądem pobieranym przez wejścia (nie więcej niż 10 nA), za to… nie da się jednoznacznie ustalić kierunku jego przepływu! Dobrze to widać w nocie katalogowej, która podaje prąd wejściowy opatrzony znakiem „±”. Po prostu, w zależności od temperatury, prąd bazy tranzystora układu różnicowego może pobierać prąd większy lub mniejszy niż ten, który wypływa z jego źródła prądowego. Tak jest zbudowany chociażby popularny wzmacniacz OP07 o bardzo niskim offsecie napięciowym – by jednak taki efekt uzyskać, rezystancje sterujące jego wejściami muszą być dobrze dobrane (to jest relatywnie niskie), gdyż dokładna wartość prądu płynąca przez wejście nie jest możliwa do ustalenia. Większa również może być pojemność wejściowa.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
