Усилитель разности напряжения

Это усилитель, в котором выходное напряжение пропорционально разности входных сигналов U_вх2 и U_вх1 (рис.6).). Его условное обозначение и принципиальная схема на ОУ приведены на рис..:

Установим связь между выходным и входными сигналами этой схемы. Для узла «а» по первому закону Кирхгоффа можно записать, что

I_вх = I_ос + I_оу

Если считать, что ОУ идеальный т.е. I_оу=0 и U⁺_вх=U^–_вх = U_вх+ = U_вх2 R₂/(R₁+R₂), то записав токи по закону Ома (I_вх= (U_вх1- U^–_вх)/R₁ а I_ос= (U^–_вх - U_вых)/R₂) получим выражение связывающее выходное и входное напряжения примет вид

U_вых=R₂/R₁(U_вх2-U_вх1).

Идеальный разностный усилитель при подаче на оба входа одинаковых напряжений, т.е. U_вх1 = U_вх2, имеет на выходе напряжение равное нулю. Такие входные напряжения называются синфазными U_cc. В общем случае синфазный сигнал представляет собой среднее значение двух входных напряжений, т.е. U_cc= (U_вх1 + U_вх2)/2. Если U_вх1=-U_вх2, то U_cc= 0.

Разность двух входных напряжений называется дифференциальным сигналом U_дс=U_вх2-U_вх1. Поскольку усилитель разности усиливает только разностный (дифференциальный) сигнал, то такой усилитель часто называют дифференциальным усилителем.

9.6.6. Дифференцирующий усилитель

Дифференцирующий усилитель, это устройство, в котором входное и выходное напряжение связано соотношением (рис.)

U_вых=KdU_вх/dt. (7)

Простейшие дифференцирующие цепи (например RC - цепь) выполняют эту операцию со значительными погрешностями, причем с повышением точности дифференцирования существенно уменьшается уровень выходного сигнала.

Схема дифференцирующего усилителя на ОУ приведена на рис.7. Установим связь между выходным и входным напряжениями этой схемы. Для узла «а» по первому закону Кирхгоффа можно записать, что

I_вх = I_ос + I_оу

Если считать, что ОУ идеальный, т.е. I_оу=0 и U⁺_вх=U^–_вх = 0, то записав токи по закону Ома (I_вх= I_с = Сd(U_вх- U^–_вх)/dt, а I_ос= (U^–_вх - U_вых)/R₂) получим выражение связывающее выходное и входное напряжения

U_вых=-R_осCdU_вх/dt, (8)

где R_осС= t - постоянная времени дифференцирующего усилителя.

Коэффициент передачи дифференцирующего усилителя определяется выражением

К_(jw) = U_вых/ U_вх = jwt =K_(w)e ^jj(w) , (9)

где K_(w) = wt - амплитудно-частотная характеристика (АЧХ); j_(w) = p/2 - фазово- частотная характеристика (ФЧХ) коэффициента передачи.

9.6.7. Интегрирующий усилитель

Это устройство, в котором входное и выходное напряжение связано соотношением

.

Простейшим интегрирующим цепям (например RC - цепям) аналогичны недостатки предыдущего устройства.

Схема интегрирующего усилителя на ОУ приведена на рис.8. Установим связь между выходным и входным напряжениями этой схемы. Для узла «а» по первому закону Кирхгоффа можно записать, что

I_вх = I_ос + I_оу

Если считать, что ОУ идеальный, т.е. I_оу=0 и U⁺_вх=U^–_вх = 0, то, записав токи по закону Ома (I_вх=(U_вх -U^–_вх)/R₂, а I_ос= I_с = Сd(U^–_вх - U_вых)/dt) получим выражение связывающее выходное и входное напряжения

,

где RС= t - постоянная времени интегрирующего усилителя.

Коэффициент передачи интегрирующего усилителя определяется выражением

К_(jw) = U_вых/ U_вх = (jwt)^-1 =K_(w) e ^jj(w),

где K_(w) =(wt)^-1 - амплитудно-частотная характеристика (АЧХ); j(w) =- p/2 - фазово-частотная характеристика (ФЧХ) коэффициента передачи интегрирующего усилителя.