3.3. Диференційні підсилювачі

Диференційний підсилювач призначений для підсилення різниці двох вхідних напруг. Стабілізація коефіцієнта підсилення диференційного підсилювача так само, як і в інвертувальному так і в неінвертувальному підсилювачах, здійснюється за допомогою від’ємного зворотного зв’язку .

3.3.1. Найпростіший диференційний підсилювач

Найпростіший диференційний підсилювач містить один ОП, охоплений зворотними зв`язками (рис. 3.8,а). Вихідна напруга такого підсилювача не важко знайти, використовуючи виведені раніше формули (3.9) і (3.10) для інвертувального та неінвертувального підсилювачів. Розглядаючи вихідну напругу як суму двог незалежних складових, одна з яких зумовлена сигналом U₁, а друга – сигналом U₂ , отримуємо

(3.26)

Рис. 3.8. Схема найпростішого диференційного підсилювача

Неважко побачити, що за умови вихідна напруга буде змінюватися пропорційно до різниці вхідних сигналів:

U_вих=(U₂-U₁)R₂ /R₁ (3.27)

Вихідні опори r_і1 і r_і2 джерел вхідних сигналів U₁ і U₂ включаються послідовно з опорами R₁ і R₃ і впливають на коефіцієнти підсилення цих сигналів. Якщо r_і1≈ r_і2, то можна припустити для збереження вказаного вище відношення що й виконуються умови R₃=R₁ і R₄=R₂. В такому випадку, присутність r_і1 і r_і2, які не дорівнюють нулю, вплине на коефіцієнт підсилення диференційного сигналу, але не буде приводити до порушення умов диференційності підсилювача, тобто коефіцієнт підсилення синфазного вхідного сигналу буде залишитися близьким до нуля.

Граничне значення абсолютної похибки диференціального підсилювача, зведене до його виходу, подамо співвідношенням

, (3.28)

де δ_R1, δ_R2, δ_R3, δ_R4 – відносні похибки масштабувальних резисторів R₁, R₂, R₃, R₄ відповідно.

Недоліком простого диференційного підсилювача є низький вхідний опір і трудність регулювання коефіцієнта підсилення. Регулювання коефіцієнта підсилення можливе тільки шляхом одночасної зміни опорів двох резисторів (наприклад, R₂ і R₄). В іншому випадку буде порушена умова з рівняння.

3.3.2. Схеми диференціальних підсилювачів з регульованим коефіцієнтом підсилення

Відомі складніші схеми диференційних підсилювачів, в яких можливе регулювання підсилення за допомогою одного змінного резистора. Приклади подібних схем показані на рис. 3.9. Для підсилювача рис. 3.9, a за умови, що R₄=R₁, R₅=R₂, R₆=R₃, вихідна напруга визначається відношенням

. (3.29)

Регулювання коефіцієнта підсилення проводиться шляхом зміни опору R₇.

В підсилювачі за схемою рис.3.9,б за умови R₁=R₃, R₂=R₄

, (3.30)

де А – коефіцієнт підсилення підсилювача, побудованого на основі ОП DА2 (обведений штриховою лінією на рис. 3.9,б).

В даному випадку це інвертувальний підсилювач і А=-R₆/R₅. Але ж тут можливе застосування повторювача напруги з резистивним подільником на вході; тоді у діапазоні значень 0<А<1 регулювання коефіцієнта підсилення диференційного підсилювача за схемою рис. 3.9,б відбувається шляхом зміни коефіцієнта А, наприклад, за рахунок зміни опору R₆.

Рис. 3.9 - Схеми простих диференціальних підсилювачів з регульованим коефіцієнтом підсилення за допомогою одного резистора