[Перевод] Простейший ОУ на дискретных элементах

Выглядят они так — плата или «бутерброд» из двух плат и две гребёнки для впаивания вместо интегрального восьмивыводного сдвоенного ОУ со стандартной цоколёвкой. Операционные усилители на дискретных элементах выпускают для высококачественной аудиотехники. Но если ОУ на дискретных элементах сильно упростить и превратить в развёрнутый макет, учебное пособие получится отличное. Улучшается ли после замены звук, неизвестно.

В этой схеме все транзисторы структуры NPN — 2N2222 или 2N3403, структуры PNP — 2N2907 или 2N3906:

Результат сборки схемы на макетке показан на КДПВ.

Q1 и Q2 — токовое зеркало, стремящееся равномерно распределить токи между транзисторами дифференциальной пары Q3 и Q4. В отличие от интегрального ОУ, здесь можно увидеть без микроскопа все транзисторы и назвать их функции. Ну а Q5 и Q6 — ещё одно токовое зеркало, стремящееся привести суммарный ток через оба транзистора дифференциальной пары к току через резистор Rprg.

Соединив выход усилителя с входом вольтметра, попробуйте регулировать переменными резисторами напряжения на входах усилителя, и вы обнаружите, что изменение напряжения на первом входе действительно приводит к изменению напряжения на выходе в том же направлении, а изменение напряжения на втором входе — к противоположному результату. В исходном состоянии к входам усилителя подключены переменные резисторы — один к неинвертирующему, второй к инвертирующему. Выставьте на обоих входах одинаковые напряжения, затем слегка поменяйте любое из них, и обратите внимание, как резко от этого изменится выходное напряжение.

Начнём с повторителя напряжения, для этого необходимо соединить выход с инвертирующим входом, а на неинвертирующий вход подать регулируемое напряжение: Убедившись, что схема работает, попробуйте подключить устройство по какой-нибудь стандартной схеме включения ОУ.

На макетке это будет выглядеть так:

Эта схема хороша, если усиление требуется не по напряжению, а по мощности. Сравнив напряжения на входе и выходе схемы, вы обнаружите, что они отличаются друг от друга не более, чем на несколько десятков милливольт. От соотношения их сопротивлений и зависит коэффициент усиления по напряжению, если они равны, этот коэффициент равен двум: Для усиления же по напряжению нужно задать его коэффициент, добавив в цепь обратной связи два резистора.

На макетке:

Но даже в том диапазоне, в котором эта схема действительно усиливает напряжение в два раза, вы обнаружите неточность в несколько десятков милливольт. Конечно, чуда не произойдёт, и заставить выходное напряжение превысить напряжение питания вы не сможете. Меньше 10 кОм ставить резистор нельзя, поскольку транзисторы токового зеркала могут выйти из строя от перегрева. Выбрать разумный компромисс между точностью и потребляемой мощностью можно подбором «программирующего» резистора в диапазоне от 10 кОм до 1 МОм.

Но обычно этого не сделано, и в этом случае сопротивление встроенного «программирующего» резистора такое, какое счёл оптимальным разработчик. У некоторых интегральных ОУ выводы для такого «программирования» выведены наружу.

Исключив переменный резистор, добавив конденсаторы на вход и выход, и выставив добавочными резисторами желаемый коэффициент усиления, можно получить усилитель для наушников.