Вычитающий усилитель (усилитель с дифференциальным входом)

В вычитающем усилителе (рис. 10.6) один входной сигнал подается на инвертирующий вход, а второй – на неинвертирующий.

 

Рис. 10.6. Вычислительный усилитель с дифференциальным входом

 

Предположим, что ОУ работает в линейном режиме. Тогда все устройство можно считать линейным и для анализа принцип суперпозиции (наложения).

Если u_вх2 = 0, тогда соответствующее выходное напряжение u'_вых будет определяться выражением, соответствующим инвертирующему усилителю:

.

Если u_вх1 = 0, определим напряжение на выходе u''_вых. Для оценки воздействия напряжения u_вх2 целесообразно на основе теоремы об эквивалентном генераторе преобразование цепи, подключенной к неинвертирующему входу (рис. 10.7).

Как следует из теоремы,

, .

 

Рис. 10.7

В соответствии с принципом суперпозиции, общее напряжение на выходе u_вых определяется из выражения

,

при R₁=R₂=R₃=R₄

.

 

Схемы с диодами и стабилитронами на основе ОУ

Рассматриваемые схемы являются нелинейными, так как содержат нелинейные элементы – диоды и стабилитроны. Однако такие схемы часто рассматривают как линейные, считая диоды и стабилитроны идеальными и заменяя открытые диоды и стабилитроны закоротками, запертые диоды и стабилитроны – разрывами, а стабилитроны, работающие в режиме пробоя, - источниками напряжения.

При использовании подобных способов линеаризации нелинейных схем основная проблема состоит в том, чтобы определить, в каком режиме работает каждый нелинейный элемент.

Для примера выполним анализ схемы на рис. 10.8, предполагая, что диоды – идеальные. Пусть вначале u_вх = 1 В. Если диод D1 открыт (заменяем его закороткой), а диод D2 – закрыт (заменим его разрывом), то получим эквивалентную схему, приведенную на рис. 10.9.

 

 

Рис. 10.8. Схема усилителя на ОУ с диодами

Рис. 10.9. Эквивалентная схема усилителя на ОУ

 

Из схемы на рис. 10.9 следует, что

.

Проверим правильность сделанного предположения, для чего определим ток i_D1 диода D1 и напряжение u_D2 диода D2. Используя допущение о том, что u_диф = 0, получаем u_D2 = –2 В и i_D1 = 0, 2 мА. Так как напряжение на диоде D2 отрицательное, а ток через диод D1 положителен, можно утверждать, что предположение было правильным.

Пусть теперь u_вх = –1 В. Предположим, что диод D1 закрыт, а диод D2 открыт. Тогда получим эквивалентную схему, приведенную на рис. 10.10, из которой получаем

.

 

Рис. 10.10. Эквивалентная схема усилителя с обратной связью

Для проверки правильности сделанного предположения определим i_D2:

.

Очевидно, что u_D1 = 0. Полученные результаты позволяют утверждать, что предположение было правильным.

Усилители постоянного тока

Усилитель называют усилителем постоянного тока (УПТ), если он может усиливать постоянные и медленно изменяющиеся сигналы. Такой усилитель можно использовать и для усиления переменных сигналов. К таким усилителям можно отнести и операционные усилители.

Для того, чтобы постоянные или медленно изменяющиеся сигналы могли быть переданы с входа усилителя на его выход, должны использоваться только гальванические связи между отдельными частями усилителя или эти сигналы должны быть преобразованы в переменные. Полученные переменные сигналы могут быть усилены с помощью усилителей переменного тока, в которых гальванические связи разорваны с помощью конденсаторов или трансформаторов. После усиления переменные сигналы должны быть преобразованы в постоянные или медленно изменяющиеся.

Характерным свойством УПТ является дрейф нуля. Под дрейфом нуля понимают самопроизвольное изменение выходного напряжения при неизменном нулевом входном под действием влияния внешней среды (изменений температуры, питающего напряжения, старения электронных элементов).

Основными методами снижения дрейфа являются жесткая стабилизация источников питания усилителей, использование отрицательных обратных связей, применение балансных компенсационных схем УПТ, использование элементов с нелинейной зависимостью параметров от температуры.

Для устранения отмеченных недостатков УПТ строят в виде параллельно-балансных каскадов, представляющих собой сбалансированный мост, который можно назвать дифференциальным усилителем.

 

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Дифференциальный усилитель (ДУ)
2. Дифференциальный усилитель на биполярных транзисторах
3. Линия нагрузки усилительного каскада по постоянному току.
4. Однотактный трансформаторный усилитель мощности (УМ)
5. Тема 1.2 Усилительные устройства
6. Усилитель мощности класса А с трансформаторным подключением.
7. Усилитель на биполярном транзисторе с общим эмиттером
8. Усилительный каскад с общим коллектором (ОК)
9. Электронно-оптический усилитель