Дифференциальный усилитель
Такой усилитель, как и ДК, предназначен для усиления разности двух входных напряжений, но в отличие от него охвачен глубокой отрицательной обратной связью (ООС).
Рисунок 2.17 Схема простейшего дифференциальный
Усилитель, построенный на одном операционном усилителе (оу)
,
подаются относительно земли. Схема
является сочетанием инвертирующего и
неинвертирующего усилителей, причём
для выравнивания коэффициентов передачи
с обоих входов, напряжение
подаётся
через делитель
.
Таким образом, на оба входа ОУ напряжения
подаются через резистивные делители.
Если коэффициенты передачи сделать
одинаковыми т.е.
то
коэффициенты передачи на выход усилителя
для напряжений
,
будут
одинаковыми и усилитель не будет
чувствителен к синфазному входному
напряжению, и выходное напряжение будет
точно пропорционально (
):
Для
такого идеального вычитающего усилителя
КОСС=
.
На практике часто применяют более сложные дифференциальные усилители, построенные на двух и более операционных усилителях. Они обеспечивают лучшее подавление синфазной помехи и имеют высокие входные сопротивления.
Сдвиги нуля и их компенсация
Выходное напряжение любого усилителя с обратной связью (ОС):
Однако практически на выходе присутствует ещё некоторое дополнительное постоянное напряжение той или иной полярности, называемое выходным напряжением покоя, или напряжением сдвига нуля.
Это
может привести к уменьшению неискажённой
амплитуды
,
т.к. из-за
сдвига начинается одностороннее
ограничение полуволн. Если усиливаемый
сигнал содержит постоянную составляющую,
то напряжение сдвига, кроме того, является
напряжением ошибки, изменяющим
.
Сдвиг нуля характеризуется:
входными токами
разностью входных токов (
).
Сдвиг от
Чтобы при закороченных между собой входными зажимами ОУ достаточно к дифференциальному входу операционного усилителя (ОУ) приложить извне некоторое постоянное напряжение. В справочнике оговаривается лишь его максимально возможное значение, соответствующее максимальному производственному отклонению. Полярность его неизвестна может быть любой.
Влияние входного тока
Приводимый
в справочниках
–
среднее
арифметическое постоянных токов баз
транзисторов дифференциального каскада
ОУ. Он мал и составляет единицы мкА.
Из-за протекания
инвертирующего входа через
,
на
дифференциальном входе операционного
усилителя (ОУ) даже при
возникает
некоторое постоянное напряжение, которое
передаётся на выход. На входе оно почти
целиком компенсируется благодаря ООС.
Поэтому
,
а значит в
резисторе
ток
не
ответвляется. Он весь протекает через
.
Для
компенсации сдвига выходное напряжение
достаточно в вывод неинвертирующего
входа ОУ включить
.
Благодаря
равенству сопротивлений между любым
из входов операционного усилителя (ОУ)
и землёй, напряжения, создаваемые каждым
из двух входных токов, взаимно
компенсируется, т.к. направлены встречно.
Учёт разности входных токов
По
аналогии с определением
для входного тока, для разности
:
Этот сдвиг компенсируется равенством , будет тем меньше, чем меньше сами =>уменьшение входных токов усилителей на ОУ, увеличение усилителей на ОУ – весьма актуальная задача.
Это
можно достичь, если дифференциальный
каскад построить (ДК) на полевых
транзисторах, однако их существенный
недостаток – неидентичность параметров
двух интегральных полевых транзисторов.
Поэтому на входе прецизионных ОУ
применяют биполярные транзисторы типа
в режиме микротоков. Токи баз очень
малы,
мВ.
При этом даже необязательно включать
.