1.2.3. Диференціальний підсилювач

Диференціальний підсилювач – третя базова схема на ОП є комбінацією двох попередніх схем. Незважаючи на це, вона має свої специфічні характеристики.

Схему диференціального підсилювача зображено на рис. 1.6, а діаграми вхідної і вихідної напруги – на рис. 1.7.

Рис. 1.6

Рис. 1.7

Вхідні гармонічні сигнали і можна подати синфазною складовою, що дорівнює , і диференціальною складовою, що дорівнює –

Тоді , а .

Диференціальний підсилювач одержав свою назву завдяки тому, що він підсилює диференціальну складову вхідних напруг ОП і пригнічує синфазну складову вхідних напруг ОП.

Вихідну напругу диференціального підсилювача можна подати у вигляді:

, (1.4)

де – коефіцієнт передачі диференціального сигналу;

– коефіцієнт підсилення синфазного сигналу.

Визначимо, за яких умов коефіцієнт передачі синфазного сигналу дорівнює нулю. Дійсно, з огляду на те, що та , маємо , і, використовуючи метод накладення, зобразимо вихідну напругу як функцію і :

. (1.5)

Позначивши , і, беручи до уваги те , що , а – , одержимо:

.

Зіставляючи отриманий вираз з формулою (1.4), зазначимо, що , а . Підставивши в останні формули значення і одержимо:

; (1.6)

. (1.7)

Зрозуміло, що для , ,

при цьому

.

Характеристики ідеального диференціального підсилювача мають такі значення:

• коефіцієнт підсилення диференціального сигналу

• коефіцієнт підсилення синфазного сигналу

• вхідний опір для інвертуючого входу ( для );

• вхідний опір для неінвертуючого входу

( для );

• вхідний опір для диференціального сигналу ;

• вхідний опір для синфазного сигналу

; (1.8)

• вихідний опір

1.2.4. Інвертуючий суматор

Інвертуючий суматор, схема якого зображена на рис.1.8, використовує властивість інвертуючого входу ОП – рівність потенціалів інвертуючого входу до потенціалу другого входу, з’єднаного з загальною шиною. Це дозволяє використовувати цю схему для підсумовування струмів.

Справді, з огляду на те, що , , будуть дійсні такі вирази для вхідних струмів: , .

Беручи до уваги також те, що , маємо:

,

де – коефіцієнт передачі напруги по -му входу.

Перевагою інвертуючого суматора над пасивним резистивним суматором є взаємонезалежність коефіцієнтів . Тобто для зміни коефіцієнта передачі по одному з входів в інвертуючому суматорі досить змінити один резистор, у той час коли в пасивному резистивному суматорі в цьому випадку необхідно змінити всі резистори.

Рис. 1.8

Якщо всі резистори в інвертуючому суматорі однакові, тобто

:

.

Характеристики ідеального інвертуючого суматора мають такі значення:

• коефіцієнт підсилення -ї вхідної напруги ;

• вхідний опір по - му входу ;

• вихідний опір ;

• кількість вхідних сигналів необмежена, тобто .

1.2.5. Інтегратор

Схема інтегратора зображена на рис. 1.9, а діаграми його роботи – на рис. 1.10. Схема являє собою модифікацію інвертуючого підсилювача з конденсатором у контурі зворотного зв'язку замість резистора (див. рис. 1.2).

З огляду на те, що , , маємо . Підставляючи в це рівняння значення і (тому що напруга на конденсаторі ), отримаємо:

. (1.9)

Інтегруючи ліву і праву частини рівняння (1.9) в часі, маємо:

. (1.10)

Рис. 1.9

На рис. 1.10 проілюстрована реакція інтегратора на постійну вхідну напругу (різну за знаком і величиною). Вихідна напруга, яка змінюється за лінійним законом, дорівнює

. (1.11)

Якщо на вхід інтегратора надходить синусоїдальна напруга

,

де – амплітудне значення напруги;

– колова частота,

то буде дорівнювати:

. (1.12)

З цього рівняння випливає, що зі збільшенням частоти модуль коефіцієнта передачі ідеального інтегратора буде зменшуватися до нуля, а фаза має зсув 90° відносно фази вхідного сигналу на будь-якій частоті.

Рис. 1.10

Діаграми Боде для ідеального інтегратора зображені на рис.1.11, де а – амплітудно-частотна характеристика (АЧХ), б – фазочастотна характеристика (ФЧХ).

а б

Рис.1.11

Характеристики ідеального інтегратора:

• залежність вихідної напруги від вхідної описується рівнянням

; (1.13)

• вхідний опір інтегратора ;

• вихідний опір .