Проектирование практического дифференциального усилителя с управляемым усилением

Дифференциальные схемы на ОУ

ОУ без обратной связи уже является дифференциальным усилителем, усиливающим разность напряжений на двух входах. Однако его усиление неконтролируемо и обычно слишком велико для практического использования. До сих пор применение отрицательной обратной связи к ОУ приводило к потере одного входа — получался усилитель только для одиночного сигнала. С небольшой изобретательностью можно построить схему на ОУ, сохраняющую оба входных напряжения, но с заданным усилением через внешние резисторы.

Если все резисторы равны, усилитель имеет дифференциальное коэффициент усиления 1. Анализ схемы по сути совпадает с инвертирующим усилителем, за исключением того, что неинвертирующий вход (+) ОУ находится на напряжении, равном доле V₂, а не заземлён. Логично, что V₂ работает как неинвертирующий, а V₁ — как инвертирующий вход итогового усилителя. Следовательно:

Для получения дифференциального усиления, отличного от 1, пришлось бы менять резисторы в обоих делителях — верхнем и нижнем — что требует множественных изменений и балансировки для симметричной работы. Это не всегда практично.

Буферизация входных сигналов

Другой недостаток этого усилителя — довольно низкие входные сопротивления по сравнению с другими конфигурациями, в частности неинвертирующим (однотактным) усилителем. Каждый источник входного напряжения должен прогонить ток через резистор, что даёт гораздо меньшее сопротивление, чем чистый вход ОУ. Решение просто: «пробуферизировать» каждый входной сигнал повторителем напряжения:

Теперь линии V₁ и V₂ подключены прямо к входам двух повторителей на ОУ, давая очень высокое входное сопротивление. Два левых ОУ теперь берут на себя прогон тока через резисторы вместо входных источников. Усложнение схемы минимально, а выгода существенна.

СВЯЗАННЫЕ ЛИСТЫ РАБОТЫ:

• Лист работы по сумматорным и вычитающим схемам на ОУ
• Базовый лист работы по операционным усилителям