28. Дифференциальный усилитель на основе одного операционного усилителя: принцип работы, область применения, основные расчётные соотношения. Достоинства и недостатки.

Под дифференциальным усилителем понимается устройство, позволяющее в заданное число раз усилить разность входных напряжений. Простейшая схема дифференциального усилителя представлена на рис.1.

Рис.1. Дифференциальный усилитель на основе одного ОУ

В данной схеме входные напряжения подаются на два входа ОУ. Найдем, при каких соотношениях резисторов данная схема превращается в дифференциальный усилитель.

Поскольку данная схема линейная воспользуемся методом наложения для вывода выходного напряжения. Закоротим источник и найдем , затем закоротим и найдем . Выходное напряжение будем искать в виде:

.

Очевидно, что при ,

а при .

.

При определенных соотношениях резисторов коэффициенты при и будут одинаковыми. Это справедливо при выполнении равенства

или .

Тогда для простоты , , коэффициент усиления .

К достоинствам схемы следует отнести простоту.

К недостаткам относятся: высокие требования к согласованию сопротивлений резисторов; невозможность подстройки коэффициента усиления одним резистором; разное входное сопротивление для источников и .

29. Дифференциальный усилитель на основе двух операционных усилителей: принцип работы, область применения, основные расчётные соотношения. Достоинства и недостатки.

На рис.1 дана схема дифференциального усилителя на основе двух ОУ.

Рис.1. Дифференциальный усилитель на основе двух ОУ

Находим выходное напряжение

,

,

.

При выполнении условия

, , .

, .

Коэффициент усиления схемы равен

.

В данной схеме усилители для входных сигналов и работают как усилители с последовательной ООС, то есть с высоким входным сопротивлением. Однако схема требует точного согласования сопротивлений резисторов, а коэффициент усиления невозможно перестроить изменением сопротивления одного из резисторов.

30. Дифференциальный усилитель на основе трех операционных усилителей: принцип работы, область применения, основные расчётные соотношения. Достоинства и недостатки.

Схема дифференциального усилителя, которая не требует точного согласования сопротивлений резисторов, а коэффициент усиления которой можно перестроить изменением сопротивления одного из резисторов, приведена на рис.1.

В обычный дифференциальный усилитель введена схема на и , включенных для входного напряжения с последовательной ООС, то есть с высоким входным сопротивлением.

Рис.1. Инструментальный усилитель

Выходное напряжение будет иметь вид:

.

Напряжения и найдем методом наложения

; ;

; .

В итоге

;

или

.

Таким образом, коэффициент усиления схемы

и при строгого равенства не требуется.

Из формулы расчета видно, что коэффициент усиления можно изменять резистором r.

Важным достоинством данного усилителя является независимость коэффициента усиления синфазной составляющей входного каскада ( , ) от коэффициента усиления для дифференциальной составляющей. Действительно, если положить, что , то напряжения и равны входному напряжению , в отличие от схем, в которых уровень синфазной составляющей зависит от коэффициента усиления. Такие усилители принято называть инструментальными.

Недостаток, обусловленный высокой степенью согласованности сопротивлений резисторов, устраняется тем, что они формируются за счет интегральной технологии. Резистор r выносится за пределы интегральной микросхемы.