схема все материалы / Лекционные материалы 2012 / 37 Дифференциальные усилители на ОУ

Дифференциальные усилители на ОУ

По определению операционный усилитель есть дифференциальный уси- литель с бесконечным коэффициентом усиления. Однако непосредственное применение ОУ в качестве дифференциального практически исключено из-за большого и неконтролируемого коэффициента усиления.

Поэтому используются схемы с обратной связью. Основу простейшего ДУ на ОУ составляет схема комбинированного включения ОУ, модифициро- ванная так, чтобы выровнять абсолютные значения коэффициентов усиления относительно инвертирующего и неинвертирующего входов (рис. 1а).

Рис. 1

Напряжение на выходе находится как сумма двух составляющих, обу- словленных сигналами на входах 1 и 2

с дифференциальным коэффициентом усиления, равным Kд = R4 R1 .

Недостатки простейшего ДУ на ОУ:

- необходимость точного выдерживания соотношения между резистора-

ми;

-низкое входное сопротивление;

-сложность регулировки усиления за счет одновременного изменения номиналов двух резисторов.

1

На рис. 1б приведена схема, позволяющая регулировать усиление одним резистором. При условии, что пары резисторов, обозначенные одинаковым индексом, имеют одинаковые номиналы, выходное напряжение находится по

Повышение входного сопротивления обеспечивается схемами на рис. 2

Рис. 2

В схеме рис. 2а сигнал от входа 1 поступает на выход через неинверти- рующий усилитель DA1 с коэффициентом передачи 1+ R2 R3 . Сигнал от входа 2 сначала усиливается неинвертирующим усилителем на DA2, а затем усилителем DA1 в инвертирующем включении. Коэффициент усиления по

R2 = R1 , то коэффициенты усиления по отношению к входам 1 и 2 оказыва-

R3 R4

ются одинаковыми по модулями и противоположными по знаку. Дифферен- циальный коэффициент усиления Kд =1+ R2 R3 .

В схеме на рис. 2б DA3 с резисторами R3...R6 - это простейший диффе- ренциальный усилитель по схеме рис. 1а, ОУ DA1 и DA2 неинвертирующие

2

усилители с одинаковыми коэффициентами усиления. Фактически обе схемы повышают входное сопротивление простейшей схемы ДУ.

Дальнейшее совершенствование схем ДУ связано с обеспечением воз-

можности регулировки усиления с помощью только одного резистора при высоком входном сопротивлении (рис. 3).

Рис. 3

Схема отличается от схемы рис. 2а тем, что вместо резистора R3 как по отношению к 1, так и по отношению ко второму входу будет фигурировать сопротивление R'3 = R3 (R3 + R1)(2R3 + R1) , а коэффициент усиления при фиксированных R2 и R1будет зависеть только от сопротивления R1:

Kд =1+ R2 ((2R3++ R1)) .

R3 R3 R1

Для R2 = R3 эта зависимость приведена на рис. 4а.

3

В схеме рис. 3б влияние резистора R1 можно рассматривать независимо по отношению ко входу 1 и ко входу 2. Найдем напряжения в точках a и b.

Разность ua − ub усиливается дальше дифференциальным усилителем на DA3. При R2 = R3 зависимость коэффициента усиления от резистора R1 по- казана на рис. 4б.

4