32. Диференційний підсилювач.

Диференціальний підсилювач — електронний підсилювач з двома входами, вихідний сигнал якого пропорційний різниці вхідних напруг. Застосовується у випадках, коли необхідно підсилити різницю напруг на тлі значної синфазної складової.

Вихідний сигнал диференціального підсилювача може бути як однофазним, так і диференційним. Це визначається схемотехнікою вихідного каскаду.

Транзистори диференціального підсилювача можуть бути біполярними, польовими або балістичними. Найбільш високочастотними (ТГц діапазон) є диференціальні підсилювачі на інтегральній парі балістичних транзисторів.

Принцип роботи: Резистор R_e виконує роль стабілізатора струму (в більш складних схемах замість нього встановлюють електронний стабілізатор струму). Струм, який протікає через цей резистор, поділяється між двома гілками - на транзисторі Q1 та Q2 відповідно. Диференціальний вхідний сигнал на вході призводить до перерозподілу струму між транзисторами Q1 та Q2, в результаті на виході формується вихідний сигнал, пропорційний диференційному вхідному.

У випадку, якщо на обох входах діє синфазний (однонаправлений) сигнал, то струм через транзистори лишається сталим (внаслідок стабілізації) і вихідний сигнал не змінюється.

Рис. Спрощена схема диференціального підсилювача з біполярними транзисторами Застосування: Диференціальний підсилювач використовують у випадках, коли інформація несе не абсолютне значення напруги в деякій точці (щодо нульового потенціалу), а різниця напруг між двома точками. Характерним прикладом є резистивний датчик струму, включений послідовно з досліджуваним ланцюгом.

Диференціальний підсилювач забезпечує значне придушення синфазних перешкод у сигналі (до 10³ - 10⁴ раз).

З 1960-х років диференційний підсилювач застосовується в цифрових мікросхемах з емітерно-зв'язаною логікою (ЕЗЛ) та інших електронних пристроях. На його основі також реалізовано операційний підсилювач.

33. Типові схеми включення операційних підсилювачів (оп). Інвертуючий на неінвертуючий підсилювач на оп.

Назначение устройства	Формула операции	Схема
И нвертирующий усилитель	Uвых=-KUвх’ где K=R2/R1
Н еивертирующий усилитель	Uвых=KUвх Где K=1+R2/R1
В ычитатель-усилитель	U вых=K(Uвх2-Uвх1)
П реобразователь ток-напряжение	Uвых= -IвхR
С умматор инвертирующий	Uвых= -(Uвх1+Uвх2+…+UвхN)
С умматор неинвертирую-щий с усилением	Uвых=K(Uвх1+Uвх2+…+UвхN) где K=(1+R2/R1) / N
И нтегратор	Uвых(t)= -Uвх(t)dt/RC
Д ифференциатор	Uвых(t)= -RC [dUвх(t)/dt].

І нвертуючий підсилювач (необхідно розрізняти поняття "опе­раційний підсилювач" і "підсилювач, виконаний на операційному підсилювачі"), схему якого зображено на рис. 4.15, змінює знак вихідного сигналу відносно вхідного. Він створюється введенням паралельного НЗЗ за допомогою резистора R₃₃ на інвертуючий вхід ОП - на цей вхід подається частина вихідного сигналу з дільника R₃₃,R₁.

Неінвертуючий вхід з'єднується із спільною точкою схеми (точкою з нульовим потенціалом). Вхідний сигнал через резистор R₁ подаєть­ся на інвертуючий вхід ОП. Кола живлення і ланцюги корекції тут і надалі не показано.

Виходячи з наведеного вище, а саме: вважаючи ОП за ідеальний, при аналізі схем з ОП слід виходи­ти з таких положень:

1) коефіцієнт підсилення ОП нескінченний;

2) входи ОП струму не споживають( )і

3) у вихідних колах ОП падіння напруги відсутнє ( ));

4)якщо ОП охоплено НЗЗ і він працює у лінійному режимі (в режимі підсилення, а не насичення), різниця потенціалів між його входами .

Н еінвертуючий підсилювач, схема якого зображена на рис. 4.16, можна отримати, якщо ввести послідовний НЗЗ за напругою на інвертуючий вхід, а вхідний сигнал подати на неінвертуючий вхід ОП.

Тут U_н =U_вх, а вхідний струм І_вх=0, бо R_вхОП=∞

Оскільки U₀=0(див.пп.4.6.2), то U_R1=U_вх U_вх/R₁=I₃₃.

З іншого боку:

Отже, _. (4.14)

Т оді коефіцієнт підсилення неінвертуючого підсилювача

Якщо R₃₃=0, а R₁→∞, одержимо неінвертуючий повторювач, схему якого зображено на рис.4.17.

Неінвертуючий та інвертуючий підсилювачі широко використовуються як високо стабільні підсилювачі різного призначення. Причому, неінвертуючий має великий опір(теоретично - нескінченний) і використовується для підсилення сигналів джерел із високим вихідним опором.