2.Электронные элементы и узлы аналоговых схем

2.1. Дифференциальный усилитель

Дифференциальный усилитель — это широко известная схема, используемая для усиления разности напряжений двух входных сигналов. В идеальном случае выходной сигнал не зависит от уровня каждого из входных сигналов, а определяется только их разностью.

Когда уровни сигналов на обоих входах изменяются одновременно, то такое изменение входного сигнала называют синфазным. Дифференциальный или разностный входной сигнал называют еще нормальным или полезным.

Дифференциальные усилители используют в тех случаях, когда слабые сигналы можно потерять на фоне шумов. Примерами таких сигналов являются цифровые сигналы, передаваемые по длинным кабелям, звуковые сигналы, радиочастотные сигналы, напря­жения электрокардиограмм, сигналы считывания информации из магнитной памяти и многие другие. Дифференциальный усилитель на приёмном конце восстанавливает первоначальный сигнал, если синфазные помехи не очень велики. Дифференциальные каскады широко используют при построении операционных усилителей, которые будут рассмотрены ниже.

Н

Рис.2.1. Классический транзисторный дифференциальный усилитель

а рис.2.1 показана основная схема дифферен- циального усилителя. Выходное напряжение измеряется на одном из коллекторов относительно потенциала земли. Такой усилитель называют схемой с однополюсным выходом или разностным усилителем, и он распространен наиболее широко. Этот усилитель можно рассматривать как устройство, которое усиливает дифференциальный сигнал и преобразует его в несимметричный сигнал, с которым могут работать обычные схемы (повторители напряжения, источники тока и т.п.). Если же нужен дифференциальный сигнал, то его снимают между коллекторами.

2.2. Операционные усилители

О

Рис.2.2.

перационный усилитель (ОУ) — это дифференциальный усилитель постоянного тока с очень большим коэффициентом усиления и несимметричным выходом. Прообразом ОУ может служить классический дифференциальный усилитель (см. 2.1) с двумя входами и несимметричным выходом. Реальные операционные усилители обладают значительно более высокими коэффициентами усиления (обычно порядка 10⁵ — 10⁶) и меньшими выходными импедансами (сопротивлениями), а также допускают изменение выходного сигнала почти в полном диапазоне питающего напряжения (обычно используют расщеплённые источники питания ±15 или ±20В). Условное обозначение, принятое для всех типов ОУ, представлено на рис.2.2. Входы обозначают (+) – неинвертирующий и (–) - инвертирующий (другое обозначение – кружком). Символы «+» и «—» не означают, что на одном входе по­тенциал всегда должен быть более положительным, чем на другом. Эти символы просто указывают относительную фазу выходного сигнала.

Операционный усилитель работает следующим образом:

,

если , то , а если , то .

На схемах часто не показывают подключение источников питания к ОУ и вывод, предназначенный для заземления. Так как операционные усилители обладают очень большим коэффициентом усиления по напряжению, они никогда не используются без обратной связи.