Дифференциальный УПТ (ДУПТ)

ДУПТ – балансный усилитель, у которого в эмиттерную цепь включен источник тока I₀. В качестве этого источника можно использовать БТ, которому задано фиксированное значение i_б.

Схема изображена на рис. 5.19.

Этот усилитель дифференциальный, т.к он усиливает разницу напряжений между входами.

Также усилители обычно питаются от двухполюсного источника – Е_к1, Е_к2

Режим покоя обеспечивается заданием такой величины тока I₀, что при подаче на оба выхода нулевого потенциала, потенциалы обоих выходов тоже

равны нулю. Этим обеспечивается исключение влияния каскада на источник сигнала и нагрузку, а также взаимного влияния каскада многокаскадного усилителя.

Рисунок 5.19-Дифференциальный УПТ

Нагрузка может быть подключена не только между обоими выходами (симметричный выход), но и между одним из выходов и «землей» - общей точкой (несимметричный выход). При этом, если это, например, выход 2, то Вх. 1 для него будет не инвертирующим, а Вх.2 – инвертирующим.

Если на оба выхода подать относительно нулевой (общей) точки одинаковые по знаку напряжению сигналы (синфазный сигнал), то U_вых = 0, т.с усилитель усиливает только разностный сигнал.

ДУПТ является основой операционных усилителей .

Операционные усилители (ОУ)

Общие свойства ОУ

ОУ – это высококачественный ДУПТ, который имеет большой К_u, два входа (так называемый дифференциальный вход) и один выход. Первоначально ОУ использовались для выполнения различных математических операций( +, -, ×, /, d/dt, ln, antiln, …) над аналоговыми сигналами. Все эти операции ОУ выполняют с помощью цепей ООС и ПОС, в состав которых входят R, L, C, VD, VT и другие электронные элементы. Поскольку любая операция должна иметь нормированную погрешность, то к характеристикам и параметрам ОУ предъявляются определенные требования.

Эти требования сводятся к тому, чтобы ОУ как можно ближе соответствовал идеальному источнику напряжения, управляемому напряжением с К_u→∞ . А это значит:

- R_вх →∞ (т.е I_вх →0);

- R_вых →0 (т.е нагрузка не должна влиять на U_вых);

- = 0, W_в →∞ (по крайней мере до десятков МГц);

- К_u →∞, а это значит, что при конечном значении U_вых, U_вх 0.

При этом отметим, что как линейные усилители с К_u ~ 10³…10⁵ реальные ОУ не используют, т.к К_u крайне нестабилен (другие параметры также). Для улучшения параметров вводят цепи ООС.

Обозначения условные графические для ОУ приведены на рис.5.20. На схемах электрических принципиальных чаще всего подключение вспомогательных цепей и цепей питания ОУ не показывают.

а) – отечественная литература; б), в) – зарубежная

Рисунок 5.20 – Обозначения условные графические для ОУ

Выходное напряжение для ДУ определяется по формуле:

U_вых = (U⁺- U^-)∙К_u = U_д∙К_u (5.30)

Разностное напряжение U_д = U⁺-U^- называют дифференциальным входным сигналом.

Если один из выходов ОУ соединить с общим выводом, то можно получить либо инвертирующий усилитель – рис.5.21а, либо неинвертирующий усилитель – рис.5.21б.

а) – инвертирующий; б) – неинвертирующий

Рисунок 5.21 – Способы включения ОУ

Для инвертирующего усилителя

(5.31)

а для неинвертирующего

(5.32)

Если оба входа ОУ соединить вместе, то в схеме будет только один вход, а приложенный к нему сигнал называют синфазным, т.е.

(5.33)

В соответствии с (5.30) для U_сф выходное напряжение U_вых = 0, однако в реальном ОУ значение U_вых ≠ 0. Для того, чтобы получить U_вых = 0 необходимо подать на вход напряжение U_сф = е_см . Величину е_см задают в справочниках по ОУ.

Схемы подачи на входы ОУ напряжений U_д и U_синф приведены на рис. 5.22

а) – дифференциальный сигнал; б) – синфазный сигнал

Рисунок 5.22 – Схемы подачи входных сигналов