5. 2.3 Дифференциальные усилители на оу

6. ДУ на ОУ предназначен для усиления разности двух входных

напряжений. Обычные схемы инвертирующего и неинвертирующего усилителей одинаково усиливают как полезный сигнал, так и наведённые

помехи. Дифференциальный же усилитель на ОУ (рис 7-а) значительно ослабляет синфазные помехи. Степень ослабления синфазных напряжений определяется коэффициентом К_ООС .

Многовходовой сумматор – вычитатель, показанный на рис. 7-б, обеспечивает выходной сигнал, пропорциональный линейной комбинации нескольких входных сигналов. Выходное напряжение

U_вых = b₁ U₁¹ + b₂ U₂¹ + … + b_m U_m¹ - a₁ U₁ - a₂ U₂ -…- a_n U_n , (2.5)

где U_m¹ и U_n – соответственно суммируемые и вычитаемые напряжения;

a_n и b_m – масштабирующие коэффициенты при входных напряжениях.

a_n = R_ос / R_п , b_m = R_ос / R_m¹.

Для того, чтобы масштабирующие коэффициенты всех слагаемых были равны единице, сопротивления на всех входах должны быть одинаковыми.

а) б)

Рисунок 7 – Дифференциальный усилитель на ОУ (а), схема многовходового сумматора - вычитателя (б)

Схема содержит также шунтирующие резисторы R_а и R_б , которые вместе с входными резисторами образуют делители напряжения, а также резистор обратной связи R_ос .

В тех случаях, когда требуется получить только сумму напряжений, их подают либо на прямой, либо на инверсный вход, при этом мы имеем соответственно неинвертирующий и инвертирующий сумматоры.

2.4 Усилители тока и усилители с токовым выходом

Усилители тока предназначены для преобразования малых токов от источников тока в напряжение. К источникам тока приближаются некоторые источники сигнала, имеющие большие значения внутреннего сопротивления, к примеру: фотодиоды, фотоэлементы.

Простейший способ преобразовать ток в напряжение – это пропустить ток через резистор с известным сопротивлением. Однако при этом для увеличения чувствительности при измерении очень малых токов приходится существенно увеличивать сопротивление резистора. Это, в свою очередь, приводит к необходимости повышения входного сопротивления последующих каскадов.

Усилитель тока на основе ОУ позволяет избавиться от этого недостатка. В простейшем случае усилитель тока представляет собой инвертирующий усилитель без входного резистора (см. рис. 8-а). Источник тока показан здесь в виде цепи, состоящей из параллельно включённых идеального источника тока I_вх и внутреннего сопротивления R_i . Как известно, такой источник может быть заменён последовательной цепью, состоящей из источника

напряжения U_вх = I_вх R_i и внутреннего сопротивления R_i . Подставляя в формулу (2.2) I_вх R_i вместо U_вх и R_i вместо R₁, получаем

U_вых = – R₂ I_вх , (2.6)

коэффициент усиления данной схемы К_I = – R₂ .

Усилители с токовым выходом в качестве выходного сигнала имеют не напряжение, а ток, выдаваемый в нагрузку. Сила выходного тока не должна изменяться при изменении сопротивления нагрузки R_н от нуля до некоторого максимального значения. Это означает, что напряжение на нагрузке Uн

а) б)

Рисунок 8 – Усилитель тока (а), усилитель с токовым выходом (б)

должно изменяться прямо пропорционально сопротивлению нагрузки. Усилитель с токовым выходом по схеме рис. 8-б – это неинвертирующий усилитель с Т-образным трёхполюсником в цепи обратной связи и с транзисторным двухтактным эмиттерным повторителем на выходе ОУ. Назначение транзисторов состоит в том, чтобы согласовать выход ОУ с нагрузкой, которая может, изменяясь, уменьшиться до таких значений, при которых ОУ не сможет обеспечить величину выходного тока. В случае, когда сопротивление нагрузки неизменное, необходимости в установке транзисторов нет.

Ток обратной связи Iос составляет здесь только часть тока нагрузки Iн,

проходящего через нагрузку R_н, другая его часть стекает через резистор R₃ на общий провод. Ток обратной связи

Iос = Iн R_н / (R₁ + R₂ + R₃).

Учитывая, что напряжение на резисторе R₁ равно входному сигналу, (не забываем, напряжение между входами ОУ равно нулю), получаем

Iн = (1 + R₁ / R₃ + R₂ / R₃) Uвх / R₁. (2.7) В этом выражении отсутствует R_н, то есть выходной ток схемы не зависит

от сопротивления нагрузки. В данной схеме усилителя с токовым выходом нагрузка не имеет заземлённого зажима. Этого недостатка лишены схемы, описанные в источниках (3,4).

На основе усилителя с токовым выходом выполяют стабилизаторы тока, подавая на вход стабилизированное напряжение.