Дифференциальный усилитель

Суммирующий усилитель.

Задача 2.2. По­стройте схему суммирующего усилителя, на­пряжение на выходе которого пропорциональ­но сумме трех выходных напряжений, если входные напряжения равны:

а) U₁ =1 В, U₂ =2В, U₃ = 3В;

б) U₁ =10 В, U₂ =200В, U₃ = 100В

Усилитель насыщается при ±10 В.

Теория. Напряжение на выходе сумми­рующего усилителя (рис. 2.6) пропорцио­нально сумме входных напряжений. Обычно это инвертирующий усилитель с нескольки­ми входами, подключенными через входные резисторы к суммирующему входу А. Вы­ходное напряжение усилителя

(2.2)

Если R₁ = R₂ =... = R_N = R, то уравнение (2.2) упрощается

(2.3)

Решение. а) Пусть R_F =R₁ = R₂ = R₃ = 100 кОм. Из уравнения (2.3) для трех входов U₀ = - (U₁ + U₂ + U₃) = - (1 + 2 + 3) = -6 В.

б) В этом случае нельзя использовать сопротивления, принятые для случая "а", так как выходные напряжения будут вели­ки и усилитель окажется в режиме насыще­ния. Наивысший уровень напряжения на его входе составляет 100 В. Поэтому необходимо ввести масштабный коэффициент, равный 1/100. Тогда при 200 В на входе напряжение на выходе составит 200/100 = 2 В.

Масштабный коэффициент устанавливается в результате выбора определенных соотноше­ний между значением резистора в цепи ОС и значениями входных сопротивлений.

В этой задаче

Пусть R₁ = R₂ = R₃ =1 МОм, тогда R_F = 10⁶/100 = 10 кОм. Из уравнения (2.3) напряжение U₀ = - (10 + 100 + 200) · 10⁴/10⁶=3,1 В.

Рис. 2.6. Суммирующий усилитель

Задание.

№ варианта

U1, В

U2, В

U3, В

6,5

6,5

№ варианта
U1, В
U2, В
U3, В						6,5

Если сумма напряжений на входе ОУ превышает U_пит=14 В, то рассчитывать по варианту «Б», если не превышает U_пит, то по варианту «А».

Напряжение насыщения ua741 принять равным ±14 вольт.

Задача 2.3. На рис. 2.7 показана схема дифференциаль­ного усилителя (схема вычитания). Если вход­ные напряжения V₁ = 200 мВ и V₂ =800 мВ, покажите, что выходное напряжение равно их разности.

Теория. На выходе дифференциального уси­лителя устанавливается выходное напряже­ние, пропорциональное разности сигналов на инвертирующем и неинвертирующем входах. С помощью метода суперпозиции можно рас­считать значение выходного напряжения как результат индивидуальных воздействий напря­жений каждого из входов.

При подаче сигнала V₁ и V₂ = 0 выходное напряжение

Соответственно при подаче сигнала и V₁ и V₂ = 0 выходное напряжение

Результирующее напряжение U₀ представ­ляет собой сумму этих выходных напряже­ний, т.е.

(2.4)

Решение. Пусть R₁ = R_F = 100 кОм. Из равнения (2.4) получаем U₀ = (800 - 200) • 100/100 = 600 мВ.

Рис. 2.7. Дифференциальный усилитель

Задание. Рассчитать и промоделировать дифференциальный усилитель на основе ОУ 741 со следующими параметрами: U1 и U2 из данных предыдущей задачи.

Синфазные и дифференциальные сигналы. Сигналы на входе дифференциального усилителя в общем случае содержат синфазную и дифференциальную компоненты. Напряжениесинфазного сигнала, дифференциальный сигнал, где U₁ и U₂ входные сигналы.

В идеале усилитель работает от дифференциального сигнала, однако и синфазный сигнал усиливается в некоторой степени. Коэффициент режекции синфазного сигнала определяется отношением коэффициента уси­лия дифференциального сигнала к коэффициенту усиления синфазного сигнала и является важным параметром ОУ. Чем выше коэффициент режекции, тем лучше параметры ОУ.