Lektsionnye_materialy_osen_2013 (1) / 37 Дифференциальные усилители на ОУ
.doc37 Дифференциальные усилители на ОУ
Операционные усилители по своему схемному построению являются дифференциальными. Но их непосредственное использование в качестве ДУ обычно оказывается невозможным, как из-за неприемлемо большого их усиления, так и существенной нестабильности и неопределенности этого усиления. В связи с этим построение дифференциальных усилителей с использованием ОУ осуществляется по типу устройств с глубокими отрицательными обратными связями при комбинированном включении ОУ в схему обработки (рисунок 1).
Рисунок 1. Комбинированное включение ОУ
Простейшая схема ДУ этого типа приведена на рисунке 2. В этой схеме требуемое для ДУ равенство полных коэффициентов передачи относительно не инвертирующего КF+ и инвертирующего КF– входов достигается с помощью дополнительного делителя R2, R3, включенного в цепь не инвертирующего входа усилителя. Выполнению условия К+ = К– и, соответственно, нулевому значению коэффициента Кс отвечает равенство + (1 + RF / R1) R3 / (R2 + R3) = a– RF / R1. Обычно a+ = a–, при этом последнему соотношению эквивалентно равенство RF / R1 . = R3 / R2. В этих условиях Кс = 0, а Кд = RF / R1.
Рисунок 2. Простейшая схема ДУ на ОУ
Недостатком рассматриваемой схемы ДУ является относительно невысокое значение ее входных сопротивлений, особенно в случаях, когда от схемы ДУ требуется получить высокое значение усиления Kд. В этой схеме Rвх+ = R2 + R3 и Rвх– = R1.
Существенно лучшими свойствами в отношении входных сопротивлений обладает схема на рисунке 3, организованная на основе схемной конфигурации с 3-полюсником в цепи ОС. В ней Rвх+ = Rвх– = R, а резисторы R могут быть высокоомными даже при больших значениях коэффициента Кд. Требуемое для ДУ равенство коэффициентов К+ и К– в схеме достигается с помощью дополнительного делителя R1, R2 с коэффициентом деления N = R2 / (R1 + R2), соответствующим условию N = 2 Кд / (2Кд –1), где Кд = 2 + R / R3 – дифференциальный коэффициент усиления ДУ. Так, например, при Кд = 10,5 значение коэффициента N = 10,5 / (2 10,5 – 1) = 0,525. При таком значении N дифференциальный каскад будет удовлетворять условию идеальности, т. е. иметь Кс = 0.
Рисунок 3. Схема ДУ с 3-полюсником в цепи ОС
Еще большими значениями входных сопротивлений обладает схема на рисунке 4, организованная на двух операционных усилителях. При выполнении условия RF / R1 = R3 / R2 схема обладает нулевым коэффициентом передачи синфазного сигнала (Kc=0) и дифференциальным коэффициентом усиления Кд = 1 + RF / R1. В ней входные сопротивления Rвх+ и Rвх–имеют предельно достижимые значения
Rвх+ = Rвх– = [Rд (RF / Rд + КОУ + Кд) / К д]
Рисунок 4. Схема ДУ на двух ОУ