УСИЛИТЕЛЬ С ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫМ ВХОДОМ

Перед тем как начать рассматривать схему этого усилителя (рис. 3.3.11), напомним, что разность напряжений между инвер­тирующим и неинвертирующим входами очень мала (обычно меньше 1 мВ), так как очень ма­ло отношение U_вых/А. Поэтому будем счи­тать, что инвертирующий и неинвертирующий входы находятся под одинаковым напряжением, равным U_o.c.

Заметим, что если U₂ на рис. 3.3.11 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 R₂ или R'_oc не протекает ток и U_o.c равно нулю (рис. 3.3.12).

Теперь, если задать U₁ равным нулю и подать входной сиг­нал, как это показано на рис. 3.3.13, то усилитель будет действо­вать как неинвертирующий усилитель, у которого входное на­пряжение U_o.c подается на неинвертирующий вход с делителя напряжения (R₂ и R_oc).

Если оба напряжения U₁ и U₂ подаются на соответствующие входы одновременно, то сигнал на инвертирующем входе вызо­вет такое изменение выходного напряжения, что напряжение в точке соединения сопротивлений R₁ и R_oc станет равным U_o.c, где U_o.c равно U₂[R'_oc /(R₂ + R'_oc)], а не нулю, как было бы в случае обычного инвертирующего усилителя.

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

I_R1 = I_Ro.c, I_R2 = I_R'o.c,

I_R1 = (U₁ - U_o.c)/R₁ = I_Ro.c = (U_o.c - U_вых)/ R_oc

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

(U₁ - U_o.c)/R₁ = (U_o.c - U_вых)/ R_oc, R_ocU₁ - R_ocU_o.c = R₁U_o.c - R₁U_вых,

R₁U_вых = R₁U_o.c + R_ocU_o.c - R_ocU₁,

U_вых = U_o.c[(R₁ + R_oc)/ R₁] – (R_oc/ R₁) U₁.

Полученное выражение для U_вых представляет собой, как и сле­довало ожидать в связи с предыдущими рассуждениями, сумму выражения для U_вых неинвертирующего усилителя, в котором в качестве входного сигнала использовано U_o.c, и выражения для U_вых инвертирующего усилителя. Поскольку U_o.c — это на­пряжение в точке соединения сопротивлений R₂ и R_oc, состав­ляющих делитель напряжения, и к R₂ приложено напряжение U₂, можно написать

U_o.c = U₂[R'_o.с/(R₂ + R'_oc)].

Подставляя это выражение в выражение для U_вых, получим

U_вых = U₂[R'_o.с/(R₂ + R'_oc)] [(R₁ + R_oc)/ R₁] – (R_oc/ R₁) U₁,

что представляет собой общую формулу для U_вых. Если поло­жить R₁ = R₂ и R_oc = R'_o.с (ситуация, которая часто встре­чается), получим

U_вых = U₂[R_o.с/(R₁ + R_oc)] [(R₁ + R_oc)/ R₁] – (R_oc/ R₁) U₁

или

U_вых = U₂(R_oc/ R₁) – (R_oc/ R₁) U₁, так что

U_вых =(R_oc/ R₁)( U₂ – U₁).

В этой ситуации полярность выходного напряжения определяется большим из напряжений U₁ и U₂. Что касается выбора величин сопротивлений в этой схеме, то здесь остаются в силе все рассуждения, относившиеся к вы­бору сопротивлений для инвертирующего и неинвертирующего усилителей.