2.5.4 Диференційний ппс

Балансний підсилювач, у емітерне коло якого замість R_е увімкнене джерело струму (наприклад, транзистор, якому задано фіксоване значення струму бази), має назву диференційного (різницевого – бо підсилює різницю напруг між входами) підсилювача. Його схему наведено на рисунку 2.34.

Тут вхідний сигнал може бути не тільки як диференційний (між входами Вх.1 і Вх.2). Його можна також подавати на будь-який з входів відносно точки з нульовим потенціалом.

Навантаження також може бути підімкнене не тільки між обома виходами (симетричний вихід), але й до одного виходу і нульової точки (несиметричний вихід). При цьому, якщо це, наприклад, Вих.2, то Вх.1 для нього буде неінвертуючим: зміни сигналу на виході співпадають по знаку (фазі – для змінного струму) зі змінами вхідного сигналу; Вх.2 буде інвертуючим: зміни вихідного сигналу (фазі) протилежні змінам вхідного.

Рисунок 2.34 – Диференційний підсилювач

При несиметричному вході один з колекторних резисторів (від якого не робиться вихід) можна не встановлювати.

Якщо на обидва входи подати відносно нульової точки однакові по знаку і величині сигнали (синфазний сигнал), то напруга на виході дорівнюватиме нулю – підсилювач підсилює тільки різницевий сигнал!

Диференційні підсилювачі знайшли широке використання при побудові ППС в інтегральному виконанні.

2.5.5 Операційні підсилювачі: загальні відомості

Операційний підсилювач (ОП) – це багатокаскадний підсилювач із двома входами: прямим (неінвертуючим) та інвертуючим і одним виходом.

ОП має великий коефіцієнт підсилення.

За структурою ОП бувають:

1. трикаскадні:

• І каскад – працює у режимі мікрострумів, забезпечує R_вх → ∞;

• ІІ каскад – забезпечує підсилення напруги;

• ІІІ каскад – двотактний з СК, підсилювач потужності з R_вих → 0;

2. Двокаскадні:

• І каскад – підсилювач напруги з R_вх → ∞;

• ІІ каскад – підсилювач потужності.

По трикаскадній схемі будувались ОП в інтегральному виконанні першого покоління. ОП другого покоління будуються по двокаскадній схемі. Це стало можливим із зростанням рівня інтегральної технології.

Область застосування ОП:

• раніше – для моделювання математичних операцій в аналогових ЕОМ;

• тепер – як високоякісні підсилювачі напруги в електронних пристроях.

Переваги ОП:

1. дуже великий коефіцієнт підсилення: К_U = 10⁴ … 10⁶;

2. високий вхідний опір по кожному з входів: R_вх > 400 кОм;

3. низький вихідний опір: R_вих < 100 Ом;

4. широкий частотний діапазон – від нуля до одиниць МГц.

Умовні позначення ОП наведено на рисунку 2.35.

Рисунок 2.35 – Умовні позначення ОП

На рисунку 2.35, б надано умовне позначення, прийняте в деяких зарубіжних країнах.

Вхід, на який подано U_і , називається інвертуючим, а U_Н – неінвертуючим.

Якщо сигнал подати на інвертуючий вхід, то зміни вихідного сигналу матимуть протилежний знак (фазу) щодо змін вхідного. Якщо сигнал подати на неінвертуючий вхід, то зміни вихідного сигналу співпадатимуть за знаком (фазою) із змінами вхідного.

Інвертуючий вхід використовують для охоплення ОП зовнішніми від’ємними зворотними зв’язками.

Найважливішими характеристиками ОП є вихідні амплітудні (передатні) характеристики: U_вих = f (U_вх), зображені на рисунку 2.36.

Знімають ці характеристики, подаючи сигнал на один з входів і з’єднуючи інший з нульовою точкою.

Кожна характеристика має горизонтальні та схилу ділянки. Горизонтальні ділянки відповідають повністю відкритому чи закритому стану транзистора вихідного каскаду (режимам насичення). При зміні напруги вхідного сигналу на цих ділянках вихідна напруга підсилювача залишається незмінною і визначається напругами +U_вихт або –U_вихт, близькими до напруги джерел живлення Е₁ та Е₂.

Рисунок 2.36 – Передатні характеристики ОП

Коефіцієнт підсилення визначається по схилих ділянках

.

Стан, коли U_вих = 0 при U_вх = 0, називається балансом ОП. Явище балансу має місце лише в ідеальних ОП.

В реальності U_вих = 0 при U_вх = U_зм0 – напруга зміщення нуля – розбаланс. Розбаланс компенсують корегуючими ланцюгами або подаванням до входу додаткової напруги U^І_вх = – U_зм0.

Висока якість параметрів сучасних ОП дозволяє вважати їх ідеальними підсилювачами з К_U = ∞, R_вх = ∞, R_вих = 0.