Коэффициент усиления дифференциального сигнала

Если U_вх1 – U_вх2 = U_{вх д}  0, то происходит перераспределение токов между плечами ДУ, но сумма токов остается постоянной. Усиление ДУ пропорционально крутизне его вольт-амперной характеристики и сопротивлению нагрузки (R_к) т. е. А_д = SR_к. Максимальное значение крутизны равно , где _т – температурный потенциал ( 0,026 В при комнатной температуре). В ДУ значение S близко к максимальному при U_{вх д}  2_т, а уже при U_{вх д} > 4_т усиление практически отсутствует, так как в этом случае перераспределения токов в плечах практически не происходит (рис.10.4).

Рис. 10.4. Вольт-амперная характеристика ДУ

Как видно из ранее приведенного выражения, А_д можно увеличить, увеличив ток I₀ и сопротивление нагрузки R_к. Однако в первом случае увеличивается входной ток ДУ , где h_21э – коэффициент передачи базового тока транзистора (коэффициент усиления по току транзистора). Это нежелательно, так как уменьшается входное сопротивление ДУ. Во втором случае увеличивается площадь резисторов на подложке микросхемы и возрастает требуемое напряжение питания +E_n для сохранения активного режима работы транзисторов Т1, Т2, что также недопустимо. Проблема увеличения А_д решается заменой резисторной нагрузки транзисторной.

Широко распространенная в схемах ДУ, структура транзисторной нагрузки показана на рис. 10.5.

Рис. 10.5. Отражатель тока

Эта схема называется отражателем тока или токовым зеркалом. Если транзисторы идентичны то U_бэ4 = U_бэ5 при I_к1= I_к2. Отражатель тока обладает всеми достоинствами источника тока (рис. 10.3). Выходной ток ДУ

I_вых = I_к1 – I_к2.

Кроме высокого дифферен-циального сопротивления Т4 и Т5, благодаря тому, что выходным сигналом является разностный ток, синфазные изменения коллекторных токов Т1 и Т2 взаимно компенсируются, что значительно ослабляет синфазные входные сигналы.

Выходное напряжение сдвига

В реальном ДУ при U_вх1 = U_вх2 = 0 оказывается, что U_вых  0. Это обусловлено неодинаковым падением напряжения на переходах эмиттер–база транзисторов Т1, Т2 вследствие неидентичности их параметров. Эта разность определяется как входное напряжение сдвига

U_{вх сдв.} = U_бэ1 – U_бэ2 .

Входное напряжение сдвига действует точно также как дифференциальный сигнал, прикладываемый к усилителю, вызывая выходной сигнал, равный А_д  U_{вх сдв.} и называемый выходным напряжением сдвига. Для обеспечения нормального функционирования ДУ это выходное напряжение сдвига должно быть скомпенсировано. На точность ОУ существенное влияние оказывает так же дрейф прогрева, который особенно проявляется при быстром изменении температуры.

Известные схемотехнические методы уменьшения выходного напряжения сдвига сводятся к разовой или периодической компенсации U_{вх сдв.} и входных токов в диапазоне рабочих температур аппаратуры.

27. Статические ошибки операционных усилителей. Неинвертирующий усилитель

Схема усилителя, приведенная на рис. 10.7., позволяет использовать ОУ в качестве неинвертирующего усилителя, коэффициент усиления которого определяется внешними сопротивлениями R₁, R_ос.

Рис. 10.7. Неинвертирующий усилитель

Чтобы получить выражение для коэффициента усиления данной схемы примем, что входное сопротивление ОУ , а его коэффициент усиления А_д также бесконечно большо т. е. А_д. Следовательно можно считать, что I_см  0 и поэтому и U_д  0 так как U_д= U_вых /А_д.

Имеем и . Напряжение на инвертирующем входе усилителя равно U_вх + U_д, поэтому

.

Откуда

.

С учетом малости U_д можно записать

U_вх / R₁ = (U_вых – U_вх) /R_ос