Дифференциальные усилители на ОУ

June 26, 2010 by admin Комментировать »

Кроме всего прочего, ОУ имеют замечательное свойство подавлять синфаз­ный входной сигнал. Синфазный сигнал, в отличие от обычного, дифферен­циального— то напряжение, которое действует на оба входа сразу. Это свойство приводит не только к возможности выделять полезный сигнал на фоне значительных наводок, но и, что иногда еще важнее, к подавлению не­стабильности источника питания, ведь изменение напряжения питания рав­носильно действию синфазного входного сигнала.

На рис. 12.4, а показана схема простейшего дифференциального усилителя. Делитель R3—R4 по неинвертирующему входу служит сразу двум целям: во-первых, он выравнивает входные сопротивления по входам (нетрудно пока­зать, что так как потенциалы самих входов ОУ равны, то равны и входные сопротивления — естественно, при указанном на схеме равенстве соответст­вующих резисторов), во-вторых, что еще важнее, он делит входной сигнал ровно в такой степени, чтобы коэффициенты усиления по инвертирующему и неинвертирущему входам сравнялись между собой. Именно при этом усло­вии коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС) будет максималь­ным. Для того чтобы получить действительно высокий КОСС (ослабление синфазного сигнала тысяч в десять раз и более), согласование сопротивлений должно быть как можно более точным, и в такой схеме следует применять прецизионные резисторы из ряда с погрешностью, по крайней мере, не пре­вышающей 0,1%, причем лучше всего их еще и дополнительно подобрать по строгому равенству. Тогда вы действительно сможете без проблем выделить полезный сигнал в 1 мВ на фоне наводки в 1 В.

clip_image002

Рис. 12.4. Схемы дифференциальных усилителей: а — простой дифференциальный усилитель; б — классический инструментальный усилитель; в — упрощенный инструментальный усилитель

Понятно, что заниматься подобными извращениями при массовом производ­стве не с руки, да и входными сопротивлениями наш простейший дифферен­циальный усилитель отличается не в лучшую сторону, потому на практике эту схему применяют редко. Ко всему прочему, в ней еще и почти невозмож­но изменять коэффициент усиления в процессе работы, если вдруг это пона­добится — для этого требуется менять одновременно два резистора, а куда денется в таком случае наше согласование?

Для того чтобы увеличить входное сопротивление, целесообразно добавить еще пару ОУ по каждому входу, включенных повторителями. Причем к раздуванию габаритов схемы это практически не приводит, так как специ­ально для таких целей выпускают упоминавшиеся сдвоенные (dual) и счет­веренные (quad) ОУ в одном корпусе. В результате получаем (рис. 12.4, б) классическую схему так называемого инструментального усилителя, в ко­торой усиление можно менять одним резистором R1, не нарушая ничего в работе усилителя.

Коэффициент усиления такого усилителя определяется по формуле (при ука­занных на схеме соотношениях резисторов):

clip_image004

Кстати, резисторы компенсации тока смещения здесь не нужны — токи эти по общим для системы инвертирующему и неинвертирующему входам вза­имно компенсируют влияние друг друга, тем более, если ОУ расположены на одном кристалле.

Если мы люди не гордые и большой КОСС нам не требуется (то есть в слу­чае, когда помеха мала по сравнению с полезным сигналом), то можно упро­стить схему инструментального усилителя. За исключением КОСС, схема на рис. 12.4, в обладает всеми достоинствами классической, но содержит на один ОУ меньше (значит, можно использовать сдвоенный, а не счетверенный чип), да и резисторов там поменьше. При указанных на схеме соотношениях резисторов выходное напряжение такого усилителя будет равно

clip_image006

Естественно, в этих усилителях решительно не рекомендуется подгонять ноль выходного напряжения с помощью нарушения баланса резисторов (на­пример R4/R5 и R6/R7 в схеме рис. 12.4, б). В то же время иногда установка нуля необходима, так как начальное смещение выхода может быть, напри­мер, отрицательным (и не только вследствие смещения самих ОУ, но и по причине начального смещения у источника сигнала), и в случае, если весь диапазон изменения выходного напряжения должен располагаться в положи­тельной области (скажем, при подаче его куда-нибудь на вход аналого-цифрового преобразователя, отрицательных напряжений не «понимающе­го»), вы можете потерять заметный кусок диапазона. Иногда для установки нуля рекомендуют воспользоваться корректирующими выводами одного из входных ОУ, но в сдвоенных и счетверенных вариантах эти выводы обычно отсутствуют, просто вследствие элементарной нехватки контактов корпуса, и это дополнительно удержит нас от такой глупости. В действительности уста­новку нуля лучше осуществлять со стороны входов — подмешивая к одному из входных напряжений через развязывающий резистор небольшой ток кор­рекции. Как это осуществляется на практике, мы увидим, рассмотрев еще несколько типовых схем на ОУ.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты