Усилитель с дифференциальным входом

Разность напряжений между инвер­тирующим и неинвертирующим входами очень мала (обычно меньше 1 мВ), так как очень ма­ло отношение U _вых/ A. Поэтому, будем счи­тать, что инвертирующий и неинвертирующий входы находятся под одинаковым напряжением, равным U _о.с..

Рис. 18. Дифференциальный усилитель

Заметим, что если U ₂на рис. 18 равно нулю, то усилитель будет действовать по отношению к U₁ как инвертирующий усилитель. Так происходит потому, что входной ток на неинвертирующем входе усилителя равен нулю; следовательно, через R ₂или R' _о.сне протекает ток и U _о.сравно нулю (рис. 19).

Теперь, если задать U₁ равным нулю и подать входной, сиг­нал, как это показано на рис. 20, то усилитель будет действовать как неинвертирующий усилитель, у которого входное на­пряжение U _о.с подается на неинвертирующий вход с делителя напряжения (R ₂ и R _о.с).

Рис.19. Дифференциальный Рис.20. Дифференциальный

усилитель при U ₂ = 0 усилитель при U ₁ = 0

Если оба напряжения U ₁и U ₂подаются на соответствующие входы одновременно, то сигнал на инвертирующем входе вызо­вет такое изменение выходного напряжения, что напряжение в точке соединения сопротивлений R ₁ и R _о.сстанет равным U _о.с, где U _о.сравно U ₂ [ R' _о.с /(R ₂ + R' _о.с)], а не нулю, было бы в случае обычного инвертирующего усилителя.

Выведем теперь уравнение для выходного напряжения. Вследствие того что усилитель имеет очень высокое входное сопротивление, имеем

= ; = ; = (U ₁ – U _о.с)/ R ₁ = = (U _о.с – U _вых)/ R _о.с

Приравнивая здесь второй и четвертый члены и решая получен­ное уравнение относительно U _вых,имеем

(U ₁ – U _о.с)/ R ₁ = (U _о.с – U _вых)/ R _о.с; R _о.с U ₁ – R _о.с U _о.с = R ₁ U _о.с – R ₁ U _вых;

R ₁ U _вых = R ₁ U _о.с + R _о.с U _о.с – R _о.с U ₁; R ₁ U _вых = U _о.с(R ₁ + R _о.с) – R _о.с U ₁;

U _вых = U _о.с[(R ₁ + R _о.с)/ R ₁] – (R _О.С/ R ₁) U ₁.

Полученное выражение для U _выхпредставляет собой сумму выражения для U _вых неинвертирующего усилителя, в котором в качестве входного сигнала использовано U _о.с, и выражения для U _выхинвертирующего усилителя. Поскольку U _о.с – это на­пряжение в точке соединения сопротивлений R ₂и R' _о.с составляющих делитель напряжения, и к R ₂приложено напряжение U ₂,можно написать

U _о.с = U ₂[ R' _о.с /(R ₂ + R' _о.с)].

Подставляя это выражение в выражение для U_BЫX, получим

U _вых = U ₂[ R' _о.с/(R ₂ + R' _о.с)] [(R ₁ + R _о.с)/ R ₁ ] – (R _о.с/ R ₁) U ₁,

что представляет собой общую формулу для U _вых. Если поло­жить R ₁ = R ₂и R _о.с = R' _о.с(ситуация, которая часто встре­чается), получим

U _вых = U ₂[ R _о.с/(R ₁ + R _о.с)] [(R ₁ + R _о.с)/ R ₁ ] – (R _о.с/ R ₁) U ₁,

или U _вых = U ₂(R _о.с / R ₁) - (R _о.с / R ₁) U ₁, так что

U _вых = (R _о.с / R ₁)(U ₂ – U ₁). (3)

В этой ситуации (R ₁ =R ₂и R _о.с = R' _о.с) полярность выходного напряжения определяется большим из напряжений U ₁ и U ₂. Что касается выбора величин сопротивлений в этой схеме, то здесь остаются в силе все рассуждения, относившиеся к вы­бору сопротивлений для инвертирующего и неинвертирующего усилителей.