Неинвертирующий усилитель (НУ)

 

Схема НУ приведена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Схема неинвертирующего усилителя

 

 

Для НУ справедливы следующие соотношения:

 

1. U _р = U _вх = U _n   из условия (16);

 

2. I ₁ = I ₂   из условия (17);  направления токов заданы для U _вх> 0;

 

3. при U _вх > 0 U _вых > 0.

 

Из равенства токов   I ₁  и   I ₂  следует:  

 

,  или .

 

Отсюда коэффициент усиления НУ равен:

 

.                       (19)

 

НУ имеет большое входное и малое выходное сопротивления: R _вх ® ¥, R _вых ®0.

 

Недостаток НУ – большое входное синфазное напряжение:    U _сс = U _вх.

 

Как следует из (18), при   R ₂ = 0  или   R ₁ = ¥  коэффициент усиления НУ равен 1 (имеет место 100% ООС). Такой НУ называется повторителем напряжения (рисунок 7).

Рисунок 7 – Повторитель напряжения

 

 

Параметры повторителя: К _п = 1; R _вх ® ¥;   R _вых ® 0;   U _сс = U _вх.

Повторитель напряжения широко используется для согласования источников сигнала, имеющих высокое выходное сопротивление, с приемниками сигналов с низким входным сопротивлением.

 

Дифференциальный усилитель (ДУ)

 

Дифференциальный усилитель выполняет функцию вычитания двух входных сигналов. Схема ДУ приведена на рисунке 8.

 

Рисунок 8 – Схема дифференциального усилителя

 

Для ДУ справедливы следующие соотношения:

1.    из условия (16);

2. I ₁ = I ₂   из условия (17), направления токов заданы слева направо;

 

3. при U ₁ > U ₂     U _вых > 0.

 

Из равенства токов I ₁ и I ₂ следует: .

Подставляя значение U_n из первого соотношения, получаем:

 

.             (20)

 

Обычно для ДУ принимается: R ₃ = R ₁,    R ₄ = R ₂.                       (21)

Тогда:                               .                        (22)

 

Таким образом, при выполнении условия (21) ДУ, согласно (22), усиливает только разность входных напряжений  и не реагирует на абсолютную величину входных напряжений.

 

 

Синфазная погрешность ДУ из-за несогласованности

Резисторов схемы

 

При нарушении условия (21):    R ₃ = R ₁,    R ₄ = R ₂   из-за допускового разброса номиналов резисторов, их различной температурной зависимости или старения ДУ усиливает также и абсолютную (синфазную) составляющую входного напряжения.

Выделим во входном сигнале ДУ дифференциальную и синфазную составляющие:

                                     ,                                    (23)

 

                                     .                                (24)

 

Тогда выходное напряжение ДУ (20) можно представить в виде:

. (25)

Первое слагаемое в (25) – дифференциальная составляющая выходного напряжения   U _{вых д},  а второе – синфазная составляющая   U _{вых сс},  т.е.

 

U _вых = U _{вых д} + U _вых,сс.                      (26)

 

При выполнении условия (21) имеем, как и ранее:

 

U _вых = U _вых,д = U _д ,       U _вых,сс = 0.

 

Оценим величину синфазной выходной составляющей (синфазной выходной погрешности) при нарушениях условия (21).

Дифференцируя   U _вых,сс  и   U _вых,д из выражения (25) и  учитывая затем, что: R ₃ = R ₁,    R ₄ = R ₂,  а   dR ₃ ¹ dR ₁,    dR ₄ ¹ dR ₂,  получаем:

 

,        (27)

 

(28)

 

Переходя от дифференциалов dR к их конечным приращениям, получаем:

 

,     (29)

 

,    (30)

 

или с учетом (22):

. (31)

 

Для максимальных значений  D R _к  и наихудшего соотношения знаков при   получаем:

,                        (32)

 

  или ,     (33)

где D R / R – относительная погрешность (суммарная допусковая, температурная и т.д.) резисторов   R _к  относительно своих номинальных значений.

 

Таким образом, синфазная выходная погрешность ДУ из-за несогласованности   резисторов схемы определяется выражениями (29) и (32).

 

2. Самостоятельная подготовка