Балансный усилительный каскад (дифференициальный каскад)
Построен по принципу четырехплечевого моста (в случае измене-ния напряжения питания, а также при пропорциональном изменении сопротивлений плеч моста баланс не нарушается) –. Параллельно-балансный каскад представляет собой мост с двумя линейными резисторами RK1, RK2 и двумя нелинейными транзисторами (VT1,VT2). В одну диагональ через резистор R0 подводится напряжение питания, а в другую (измерительную) включается нагрузка, то есть снимается Uвых. При одинаковых транзисторах VT1, VT2 и резисторах RK1, RK2, если Uвх1 = 0, Uвх2 = 0, то Uвых = 0, так как
Uвых. = Ku(Uвх1– Uвх2)
Дрейф каскада, равный разности абсолютных значений дрейфа в каждом плече, снижается в 20-100 раз в сравнении с одиночным каскадом.
Величина RП применяется для балансировки каскада (для установки нуля); R0 стабилизирует ток транзисторов, подобно звену Rэ−Сэ. Берут E1 = E2 = EK/2. Если изменится Е1, Е2, то изменяются токи в обоих транзисторах, а Uвых = 0.
Дифференциальный каскад УПТ
Лекция 16 Операцинные усилители
Операционные усилители (ОУ) являются разновид-ностью УПТ. ОУ имеют большой коэффициент усиления KU = 5 × 103−5× 106 и высо-кое входное сопротивление Rвх = 20 × 103−10 МОм. Современные ОУ выполняются в интегральном исполнении, содержат несколько десят-ков транзисторов, выполняются двух- или техкаскадными (рис. 2.64). Основу ОУ составляет дифференциальный каскад, который является входным каскадом.
Структурные схемы ОУ
Название ОУ связано с первоначальным применением для различных операций над аналоговыми величинами (сложение, вычитание, дифференцирование, интегрирование). В настоящее время применяются как многоцелевые элементы в усилительной технике, устройствах генерации сигналов, в стабилизаторах напряжения, активных фильтрах и т. д. ОУ имеет дифференциальный вход (два входных вывода) и общий выход.
Условное обозначение ОУ:
Uвх.н – неинвертирующий вход, при подаче на него Uвх прираще-ние выходного сигнала совпадает по фазе (знаку) с приращением Uвх; Uвх.и – инвертирующий вход, для которого приращение Uвых в проти-вофазе с приращением Uвх. Его используют для ведения отрицатель-ной обратной связи. Важнейшей характеристикой ОУ являются амплитудные (передаточные) характеристики Uвых (Uвх). Горизантальные участки соотвествуют полностью открытому или закрытому транзистору выходного каскада. Рабочим участком для усилителей является линейный. Состояние, когда Uвх = 0 и Uвых = 0 называется балансом ОУ. Из-за разброса параметров входного дифференциального каскада возможен разбаланс, когда при Uвх = 0 Uвых ¹ 0 (штриховая линия). Величина Uсм.0 – напряжение смещения нуля.
Амплитудные характеристики ОУ
Примеры построения аналоговых схем на операционном усилителе
1. Инвертирующий усилитель.
Инвертирующий усилитель
На
инвертирующий вход подается Uвх
через резистор R1
и вводится параллельная отрицательная
обратная связь по напряжению. Принимаем
,
тогда для узла 1.
или
. Т. к.
, то
;
коэффициент усиления по напряжению. Для уменьшения погрешностей от изменения входных токов делают симметричными входы, выбирая резисторы
,
;
2. Неинвертирующий усилитель имеет последовательную отрицательную обратную связь по напряжению
коэффициент
усиления по неинвертирующему входу
(или
)
Неинвертирующий усилитель
3. Инвертирующий сумматор .
Инвертирующий сумматор
Rи = Rн
т. е.
II
II
II
4. Дифференциальный усилитель (вычитатель) предназначен для усиления разностных сигналов.
Дифференциальный усилитель
Если
;
,
то
Используется для построения источников опорного напряжения.
5. Интегратор широко распространен в аналоговых решающих и моделирующих устроиствах .
,
т. е.
На основе интеграторов выполняют генераторы линейно изменяющихся напряжении. Коэффициент усиления
6. Дифференциатор
7. Компаратор предназначен для сравнения величин двух сигналов . ОУ работает с положительной обратной связью.
Выходной сигнал Uвх принимает одно из двух значений (пороговых уровней). Сигнал на выходе появляется как только величина Uвых выйдет за установленные делителем R1 – R3 пределы.