Современная схемотехника. Теория современных операционных усилителей на базе устройств фирмы Analog Devices. Учебное пособие

Такимобразом, коэффициентусиления (KООС) полнойсхемыПДУ

определяется отношением резисторов обратной связи к резисторам на входе схемы, что характерно для инвертирующего усилителя.

19. ПРИМЕНЕНИЕ ПДУ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОДНОПОЛЯРНОГО НЕСИММЕТРИЧНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ

При рассмотрении схемы будем считать, что Uсм 0, т. е. вывод ПДУ «Uсм» заземлен. При этом ПДУ должен быть запитан симметрич-

ным разнополярным напряжением.

Рассмотрим схему полного ПДУ (рис. 19.1), когда только на один вход U1 подается однополярное напряжение, а второй вход U1 заземлен.

Рис. 19.1. Схема включения ПДУ с одним заземленным входом

Из условия U1 0 запишем уравнение (18.4) в следующем виде:

61

Далее, используя условие 1 2 , найдем коэффициент преобразования KООС для этой схемы:

Таким образом, в схеме, изображенной на рис. 19.1, коэффициент преобразования однополярного сигнала в дифференциальный равен отношению резисторов, как и в полном ПДУ.

Число резисторов для преобразования несимметричного сигнала в дифференциальный можно сократить.

Рис. 19.2. Схема преобразования однополярного напряжения в дифференциальное с большим входным сопротивлением

Схема ПДУ, изображенная на рис. 19.2, имеет большое сопротивление для входного сигнала U1 .

Из равенства 1 2 сразу можно получить выражение для U2 :

62

Вместе с тем U2 –U2– , т. е.

Вэтомпреобразователеможнообеспечитьпрактическилюбоевходноесопротивлениедлявходногонапряжения U1 . Например, длясогла-

сования нагрузки можно параллельно U1 включить резистор 50 Ом.

СледующиедвесхемыпреобразователейПДУимеютдварезистора, соединяющиеодинвходссоответствующимвыходомПДУ, новпервом случае(рис. 19.3, а) второй входзаземлен, а во втором (рис. 19.3, б) – он присоединен к второму выходу ПДУ.

Рис. 19.3. Преобразователь на двух резисторах:

а– с заземленным вторым входом; б –с соединением второго входа

ссоответствующим выходом

Для схемы, рис. 19.3, а, можно записать, учитывая, что 1 0 :

63

Эта схема для U1 ведет себя как обычный инвертирующий усилитель.

Для схемы, рис. 19.3, б можно записать, исходя из условия 1 2 :

НаПДУможнопостроитьпреобразовательоднополярногонапряжения в дифференциальное без резисторов.

Рис. 19.4. Преобразователь однополярного напряжения в дифференциальное без резисторов

Из рис. 19.4 следует: при 1 2 : U1 U2 ; из свойств дифференциального сигнала: U1 U1 , тогда

64

Отметим, чтовсенеполныесхемынесимметричныи, следовательно, подвержены большему влиянию синфазных помех, чем полная схема с ПДУ.

РассмотримантиалайзинговыйфильтрнизкойчастотынабазеПДУ, который используется на входе АЦП, имеющего дифференциальный вход, для предотвращения алайзинга на выходе АЦП (рис. 19.5).

Рис. 19.5. Схема ФНЧ второго порядка на базе ПДУ

Здесь ФНЧ первого порядка собран на ПДУ, резисторах и конденсаторах R1 , R2 , C. Модуль коэффициента передачи этого фильтра:

где 1 R2C.

65

Второй ФНЧ, так же первого порядка, соединен последовательно с первым ФНЧ и собран на R3 и C. Модуль его коэффициента передачи равен:

где 2 R3C.

Таким образом, общий модуль коэффициента передачи всего фильтра:

20.ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Визмерительных устройствах часто возникает задача измерения низких уровней дифференциального сигнала при высоком уровне синфазныхпомех. Сюдавходятмедицинскиеприборы, измерениесигналов оттермопар, терморезистивныхдатчиковит. д. Особенноактуальнаэта задача в том случае, когда сигналы низкого уровня передаются на расстояние и когда на проводах передачи сигналов наводятся помехи общего вида, в проводах заземления протекают значительные токи и т. д.

Рассмотрим применение обычного дифференциального усилителя, но учтем внутреннее сопротивление входных источников напряжения

(рис. 20.1).

Примем, что R1 R3, R2 R4 , ОУ – идеальный. Тогда получим:

66

Если представить, что

Эта схема усиливает только разность (U2 – U1), т. е. дифференци-

альный сигнал. Что касается синфазного напряжения, то коэффициент подавления синфазного напряжения зависит от точности подгонки резисторов и может составлять 90…100 дБ. Этот коэффициент определяется согласно соотношению

Здесь Uсф – приращение входного синфазного напряжения; U д –

приращение входного дифференциального напряжения, вызывающее также приращение выходного напряжения, которое вызывает Uсф.

Схему ИУ, изображенную нарис. 20.2, можно улучшить так, что коэффициент усиления будет задаваться всего одним резистором, причем все другие свойства ИУ сохраняются.

В прямоугольнике, рис. 20.3, отображена функциональная схема ИУ, номерами 1, 2–7 обозначены выводы микросхемы ИУ. Минусом

(–) иплюсом(+) промаркированыинвертирующийинеинвертирующий входы ИУ. Все резисторы схемы ОУ имеют одинаковый номинал R

(в реальных ИУ это десятки килоом). Резистор RG внешний (иногда он

бывает внутренним и, более того, его можно выбирать тем или иным образом), он задает коэффициент усиления ИУ. Цепи питания на схеме не показаны.

69