Приведите структурную схему операционного усилителя и пояснитеназначение каскадов

1. Начертите структурную схему операционного усилителя. Поясните, покакой схеме собран каждый каскад, и какую роль выполняет.
Первые интегральные ОУ строились по трехкаскадной модели, аналогично усилителям на дискретных элементах. Разработчики ИС имели в
своем распоряжении только n—р—n транзисторы достаточно хорошего качества, а р—n—р транзисторы были нетехнологичны. Структурная схема
трехкаскадного ОУ представлены на рис.8 /9/.
Рис. 8. Структурная схема трехкаскадного ОУ
Трехкаскадная схема для ранних разработок ОУ определялась
входным каскадом, построенным по схеме простого ДУ с эмиттерной
связью и резисторами нагрузки. Поскольку входное сопротивление ДУ обратно пропорционально уровню его рабочего тока I0, то этот ток выбирался на уровне десятков микроампер. Из-за малого уровня тока I0 простой ДУ обладает малым коэффициентом усиления. Выходные сигналы в такой схеме находятся в положительной области, т. е. «привязаны» к потенциалу E+к.
Малое значение коэффициента усиления вынуждает использовать в схеме последующий каскад усиления напряжения (УН), а повышение постоянного уровня влечет за собой применение специального каскада для сдвига потенциалов из положительной области в отрицательную, чтобы затем получить двухполярный выходной сигнал. Схемы сдвига уровня и формирования выходного сигнала обычно совмещаются и образуют третий, выходной каскад ОУ - усилитель амплитуды сигнала (УА).
Для перехода к низкоомным нагрузкам практически все схемы ОУ заканчиваются эмиттерными повторителями (ЭП), которые почти не участвуют в формировании коэффициента усиления, но определяют нагрузочную способность ОУ. Каскады УН и УА различаются тем, что первый работает в режиме малых сигналов, а второй - в режиме большого сигнала (условно можно сказать, что амплитуда сигнала в первом каскаде много меньше, а во втором - соизмерима с уровнями питающих напряжений Е+к и Е –к). Трехкаскадная модель иногда используется и в новых разработках интегральных ОУ (например, для измерительных усилителей).
Трехкаскадный ОУ обладает частотной характеристикой с тремя полюсами . Каждый каскад имеет собственную постоянную времени, определяемую крутизной этого каскада. Для коррекции трехполюсной характеристики требуется максимальная дополнительная задержка по фазе высокочастотных сигналов на 180°, т. е. необходимы две RС-цепи, подключаемые к каскадам УН и УА (у них более широкая полоса усиления). Эти элементы обеспечения устойчивости на высоких частотах выполняются внешними компонентами.
Двухкаскадные схемы отличаются от трехкаскадных тем, что первый каскад выполняет функции как входного ДУ, так и малосигнального усилителя напряжения (УН), так как здесь используется ДУ, построенный по сложной схеме (рис. 9), выходные сигналы первого каскада находятся под нулевым уровнем, т. е. «привязаны» к потенциалу Е –к.
Рис. 9. Структурная схема двухкаскадного ОУ
Следовательно, дополнительный каскад сдвига уровня в таком ОУ
не требуется. Каскад усиления амплитуды (УА) построен по схеме с ОЭ. Как и в трехкаскадном ОУ, на выходе схемы включается двухтактный эмиттерный повторитель (ЭП).
Двухкаскадную схему ОУ удалось реализовать лишь после разразра-ботки и внедрения интегральных р-n-р транзисторов с удовлетворительными статическими и частотными параметрами. В такой схеме р-n-р- и n-р-n транзисторы соответственно работают в первом каскаде как усилительные и нагрузочные элементы, а во втором — как нагрузочные и усилительные.
Отличительная особенность двухкаскадного ОУ состоит в том, что для коррекции его частотной характеристики с целью обеспечения устойчивости
при замкнутой петле ООС требуется один конденсатор небольшого номина-ла. Этот конденсатор либо выполняется на подложке ИС, либо подключается извне. Применение активных нагрузок (эквиваленты резисторов с номинала-ми сотни килоом), позволило при микроамперных токах эмиттера получать усиление сигнала в сотни раз на каскад. Этот прием позволяет в 2...3 раза уменьшить ток, потребляемый стандартным усилителем.
2. Отвечая на второй вопрос, укажите порядок величин параметровоперационного усилителя и оцените качественно каждый параметр.
Идеальный ОУ должен обладать следующими свойствами /9/: иметь
бесконечно большое входное и нулевое выходное сопротивления,
собственный коэффициент усиления должен стремиться к бесконечности в бесконечно широкой полосе частот, причем на любой частоте амплитуда выходного сигнала должна оставаться постоянной