Дифференциальный усилитель


Рисунок 1.1 - Схема дифференциального усилителя
Стандартная схема ДУ на ОУ представлена на рис. 1.1. Нетрудно увидеть, что в отличие от рассмотренных ранее усилителей в схеме рис.1.1 усиливаемый сигнал подается на дифференциальный вход ОУ. Предположим, что на вход подается ДУ только полезный сигнал, который может быть представлен в виде разности двух источников напряжения U1 – U2 = E0, включенных по схеме с общей точкой. Как известно из теории работы ОУ, для них справедливо правило виртуального нуля, то есть потенциалы инвертирующего и неинвертирующего входов можно считать одинаковыми (Uд = 0). Исходя из схемы включения, оба входа будут находиться под напряжением U0.

Применив метод суперпозиции, рассмотрим две конфигурации схемы. В схеме на рис. 1.2 U2 = 0 и схема превращается в стандартный инвертирующий усилитель.
Рисунок 1.2
Так как входными токами ОУ можно пренебречь, через резисторы R2 и R4 токи не протекают, а значит напряжение U0 = 0. В этом случае напряжение на выходе:


В схеме на рис. 1.3 U1 = 0 и конфигурация схемы соответствует неинвертирующему усилителю, входным напряжением которого является U0, подаваемое на вход с делителя R2 - R4. Напряжение на выходе:


где


Если подать напряжение на оба входа одновременно, то в соответствии с теорией работы ОУ, напряжение на инвертирующем входе всегда будет поддерживаться на уровне U0.
Рисунок 1.3
Приняв входное сопротивление ОУ равным бесконечности, можно записать

I1 = I3; I2 = I4.
В то же время справедливо соотношение:


то есть:


Преобразуем данное выражение и получим:



Как следует из полученного выражения , выходное напряжение представляет собой алгебраическую сумму напряжений, полученных на выходах неинвертирующего и инвертирующего усилителей при заземлении соответствующих входов ДУ. Если в полученное выражение подставить значение для U0, то получим:


Если в данной схеме выполнить равенство R1 = R2, R3 = R4, то получим:


Можно считать это соотношение основным, связывающим выходное и входное напряжения дифференциального усилителя, то есть:

UВЫХ = К · Е0,
где Е0 = (U2 – U1) – входное дифференциальное напряжение ДУ;

– коэффициент усиления ДУ. Следует помнить, что на вход ДУ подается дифференциальное напряжение, то есть это может быть сигнал от изолированного источника, не связанного с «землей». На выходе ДУ получается униполярный сигнал, снимаемый относительно «земли». Причем полярность выходного напряжения определяется большим из U1 и U2, то есть, фактически, полярностью входного напряжения.

Выбор сопротивлений в схеме ДУ производится исходя из тех же соображений, что и для инвертирующего и неинвертирующего усилителей. С учетом того, что инвертирующий и неинвертирующий входы ОУ потенциально объединены, входное сопротивление ДУ может считаться равным RВХ = R1 + R2.






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2019 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.