14. Дифференциальный усилитель

Дифференциальный усилитель позволяет усиливать парафазный сигнал, передаваемый по двум соединительным линиям. Кроме того, дифференциальный усилитель позволяет переходить от несимметричного представления сигнала (относительно корпуса или земли) к симметричному (парафазному) и наоборот. Именно поэтому дифференциальные усилители получили широкое распространение в современных аналоговых интегральных микросхемах. Схема простейшего дифференциального усилителя приведена на рисунке 1

  Рисунок 1 Схема простейшего дифференциального усилителя

В этой схеме эмиттеры двух транзисторов соединены между собой, образуя дифференциальную пару. Подобное схемное решение позволяет сохранять постоянный суммарный ток этой пары транзисторов благодаря тому, что на базы транзисторов дифференциального усилителя подается противофазный сигнал (парафазный или симметричный сигнал). При увеличении тока эмиттера транзистора VT1, ток транзистора VT2 уменьшается на точно такую же величину. Благодаря постоянному току через резистор R3, падение напряжения на его сопротивлении тоже оказывается постоянным и поэтому можно считать, что точка соединения эмиттеров транзисторов дифференциального усилителя по переменному току эквивалентна нулевому потенциалу.

Так как точка соединения эмиттеров транзисторов дифференциального усилителя эквивалентна нулевому потенциалу, коэффициент усиления дифференциального каскада равен коэффициенту усиления транзистора, включенному по схеме с общим эмиттером. Коэффициент усиления дифференциального усилителя по напряжению можно найти по формуле:

      (1),

Не менее важным параметром дифференциального усилителя является подавление синфазного сигнала. Этот параметр можно выразить через усиление синфазного сигнала. Усиление синфазного сигнала дифференциальным усилителем можно определить следующим образом:

      (2),

Учитывая, что сигнал на выходе схемы дифференциального усилителя, приведенной на рисунке 1, снимается между резисторами R2 и R4, то коэффициент ослабления синфазного сигнала определяется следующим образом:

      (3),

Учитывая, что на одном кристалле можно получить достаточно близкие значения коллекторных сопротивлений, а в качестве эмиттерного резистора R3 применить высокоомный генератор тока, то коэффициент подавления синфазной помехи получается настолько большим, что можно отказаться от применения разделительных конденсаторов между дифференциальными каскадами.

15 Операционный усилитель

Операционные усилители

Операционные усилители - это УПТ с дифференциальным входом и общим несимметричным выходом, которые имеют большой коэффициент усиления и обычно используются с различными обратными связями. Название этих усилителей связано с тем, что первоначально предполагалось их применять для выполнения различных математических операций над аналоговыми сигналами таких как. Однако после того, как такие усилители были изготовлены в виде интегральных схем они оказались чрезвычайно дешевыми и применяются для выполнения любых операций где требуется усиление электрического сигнала. Это наиболее распространенная аналоговая интегральная схема.

Операционный усилитель на принципиальных схемах изображается так же, как на структурных схемах обозначается обыкновенный усилитель– большим треугольником.

      Прямой вход операционного усилителя обозначается знаком "+", а инверсный вход отмечается знаком "-". Следует знать, что в различной литературе встречается и другое обозначение: инверсный вход обозначается кружком. Это типовое обозначение знака инверсии, которое встречается и в цифровой электронике – логических элементах. Прямой вход не имеет в обозначении кружочка. 

Основное уравнение ОУ, которое показывает связь между входными и выходным напряжениями записывается так

U_вых =К_оу(U⁺_вх–U^–_вх),

где К_оу–коэффициент усиления ОУ.

9.4. Классификация ОУ по назначению

ОУ общего или широкого применения. Применяются наиболее часто, имеют средние значения своих параметров среди ОУ.

Быстродействующие ОУ. Их применяют для усиления импульсных и широкополосных сигналов. Для них характерно высокое значение скорости нарастания выходного напряжения

Прецизионные ОУ. Это точно выполняющие преобразования над аналоговыми сигналами. Для них характерно следующее:

1. ; 2. малый дрейф выходного напряжения.

Микромощные ОУ. Они имеют малую потребляемую мощность и малое питающее напряжение . Используются в автономных устройствах, т.е. где существует ограничение по питанию (радиоприемники, слуховые аппараты и т.д.).

Программируемые ОУ. Они имеют добавочный вывод напряжение, на котором позволяет управлять коэффициентом усиления, частотой единичного усиления , или потребляемой мощностью.