Дифференциальный усилитель

редактировать
электронный усилитель, компонент схемы Символ операционного усилителя Инвертирующий и неинвертирующий входы различаются знаком «- символы «+» (соответственно) размещены в треугольнике усилителя. V s + и V s- - напряжения источника питания; они часто опускаются на схеме для простоты, но должны присутствовать в реальной схеме.

A дифференциальный усилитель - это тип электронного усилителя, который усиливает разницу между двумя входными напряжениями, но подавляет любое напряжение, общее для двух входов. Это аналоговая схема с двумя входами V in - {\ displaystyle \ scriptstyle V _ {\ text {in}} ^ {-}}\ scriptstyle V _ {{\ text {in}}} ^ { -} и V in + {\ displaystyle \ scriptstyle V _ {\ text {in}} ^ {+}}\ scriptstyle V _ {{\ text {in}}} ^ {+} и один вывод V out {\ displaystyle \ scriptstyle V _ {\ text {out}}}\ scriptstyle V _ {{\ text {out}}} в котором выходной сигнал идеально пропорционален разнице между двумя напряжениями

V out = A (V in + - V in -) {\ displaystyle V _ {\ text {out}} = A (V _ {\ текст {in}} ^ {+} - V _ {\ text {in}} ^ {-})}V_ {{\ text {out}}} = A (V _ {{\ text {in}}} ^ {+} - V _ {{\ text {in}}} ^ {-})

где A {\ displaystyle \ scriptstyle A}\ scriptstyle A - это усиление усилитель мощности.

Одиночные усилители обычно реализуются либо путем добавления соответствующих резисторов обратной связи к стандартному операционному усилителю, либо с помощью специальной IC, содержащей внутренние резисторы обратной связи. Это также общий подкомпонент более крупных интегральных схем, обрабатывающих аналоговые сигналы.

Содержание

  • 1 Теория
  • 2 Пара с длинными хвостами
    • 2.1 Историческая справка
    • 2.2 Конфигурации
      • 2.2.1 Дифференциальный выход
      • 2.2.2 Несимметричный выход
      • 2.2.3 Несимметричный вход
    • 2.3 Работа
      • 2.3.1 Смещение
      • 2.3.2 Общий режим
      • 2.3.3 Дифференциальный режим
    • 2.4 Улучшения дифференциального усилителя
      • 2.4.1 Постоянный ток эмиттера источник
      • 2.4.2 Коллекторное зеркало тока
    • 2.5 Рекомендации по подключению
      • 2.5.1 Плавающий источник входа
      • 2.5.2 Импеданс входа / выхода
      • 2.5.3 Диапазон входа / выхода
  • 3 Рабочий усилитель как дифференциальный усилитель
  • 4 Применение
    • 4.1 Симметричная сеть обратной связи устраняет синфазное усиление и синфазное смещение
  • 5 Сноски
  • 6 См. также
  • 7 Ссылки
  • 8 Внешние ссылки

Теория

Выход идеального дифференциального усилителя определяется как:

V out = A d (V in + - V in -) {\ displaystyle V _ {\ text {out}} = A_ { \ text {d}} (V _ {\ text {in}} ^ {+} - V _ {\ text {in}} ^ {-})}V _ {{\ text {out}}} = A _ {{\ text {d}}} (V _ {{\ text {in}}} ^ {+} - V _ {{\ text {in} }} ^ {-})

Где V in + {\ displaystyle V _ {\ текст {в }} ^ {+}}V _ {{\ text {in}}} ^ {+} и V in - {\ displaystyle V _ {\ text {in}} ^ {-}}V _ {{\ text {in}}} ^ {-} - входные напряжения, а A d {\ displaystyle A _ {\ text {d}}}A _ {{\ text {d}}} - дифференциальное усиление.. На практике, однако, коэффициенты усиления не совсем равны для двух входов. Это означает, например, что если V in + {\ displaystyle V _ {\ text {in}} ^ {+}}V _ {{\ text {in}}} ^ {+} и V in - {\ displaystyle V _ {\ text {in}} ^ {-}}V _ {{\ text {in}}} ^ {-} равны, выход не будет нулевым, как в идеальном случае. Таким образом, более реалистичное выражение для выхода дифференциального усилителя включает второй член.

V выход = A d (V вход + - V вход -) + A c (V вход + + V вход - 2) {\ displaystyle V _ {\ text {out}} = A _ {\ text {d}} (V _ {\ text {in}} ^ {+} - V _ {\ text {in}} ^ {-}) + A _ {\ text {c}} \ left ({\ frac {V _ {\ text {in} } ^ {+} + V _ {\ text {in}} ^ {-}} {2}} \ right)}V _ {{\ text {out}} } = A _ {{\ text {d}}} (V _ {{\ text {in}}} ^ {+} - V _ {{\ text {in}}} ^ {-}) + A _ {{\ text { c}}} \ left ({\ frac {V _ {{\ text {in}}} ^ {+} + V _ {{\ text {in}}} ^ {-}} {2}} \ right)

A c {\ displaystyle A _ {\ text {c}}}A _ {{\ text {c}}} называется синфазным усилением усилителя.. Поскольку дифференциальные усилители часто используются для обнуления шума или напряжения смещения, которые появляются на обоих входах, обычно требуется низкое синфазное усиление.

Коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR), обычно определяемый как отношение между усилением дифференциального режима и усилением синфазного сигнала, указывает на способность усилителя точно нейтрализовать напряжения, которые общий для обоих входов. Коэффициент отклонения синфазного сигнала определяется как:

CMRR = 10 log 10 ⁡ (A d A c) 2 = 20 log 10 ⁡ (A d | A c |) {\ displaystyle \ mathrm {CMRR} = 10 \ log _ {10} \ left ({\ frac {A _ {\ mathrm {d}}} {A _ {\ mathrm {c}}}} \ right) ^ {2} = 20 \ log _ {10} \ left ( {\ frac {A _ {\ mathrm {d}}} {| A _ {\ mathrm {c}} |}} \ right)}{\ mathrm {CMRR}} = 10 \ log _ {{10}} \ left ({\ frac {A_ {{\ mathrm {d}}}} {A _ {\ mathrm {c}}}}} \ right) ^ {2} = 20 \ log _ {{10}} \ left ({\ frac {A _ {{ \ mathrm {d}}}} {| A _ {{\ mathrm {c}}} |}} \ right)

В идеально симметричном дифференциальном усилителе A c {\ displaystyle A_ { \ text {c}}}A _ {{\ text {c}}} равно нулю, а CMRR бесконечен. Обратите внимание, что дифференциальный усилитель - это более общая форма усилителя, чем усилитель с одним входом; путем заземления одного входа дифференциального усилителя получается несимметричный усилитель.

Пара с длинным хвостом

Историческая справка

Современные дифференциальные усилители обычно реализуются с помощью базовой двухтранзисторной схемы, называемой парой с длинным хвостом или дифференциальной парой. Эта схема изначально была реализована с использованием пары электронных ламп. Схема работает одинаково для всех трехконтактных устройств с усилением по току. Точки смещения цепи резистора с «длинным хвостом» в значительной степени определяются законом Ома и в меньшей степени характеристиками активных компонентов.

Длиннохвостая пара была разработана на основе более ранних знаний техники двухтактных схем и измерительных мостов. Ранняя схема, очень напоминающая длиннохвостую пару, была опубликована британским неврологом Брайаном Мэтьюзом в 1934 году, и кажется вероятным, что это была настоящая длиннохвостая пара, но была опубликована с ошибкой в ​​рисовании. Самая ранняя определенная парная схема с длинным хвостом фигурирует в патенте, представленном Аланом Блюмлейном в 1936 году. К концу 1930-х годов топология была хорошо установлена ​​и была описана различными авторами, включая Фрэнка Оффнера (1937), Отто Шмитт (1937) и Ян Фридрих Тоеннис (1938), и он особенно использовался для обнаружения и измерения физиологических импульсов.

Пара с длинным хвостом очень успешно использовалась в ранней британской вычислительной технике., в первую очередь модель Pilot ACE и ее потомки, модель EDSAC Мориса Уилкса и, вероятно, другие, разработанные людьми, которые работали с Блюмлейном или его коллегами. Пара с длинным хвостом имеет много благоприятных характеристик при использовании в качестве переключателя: в значительной степени невосприимчив к вариациям ламп (транзисторов) (очень важно, когда машины содержат 1000 ламп или более), высокое усиление, стабильность усиления, высокий входной импеданс, средний / низкий выход. сопротивление, хороший клиппер (с не слишком длинным хвостом), неинвертирующий (EDSAC не содержит инверторов!) и большие колебания выходного напряжения. Одним из недостатков является то, что размах выходного напряжения (обычно ± 10–20 В) накладывался на высокое постоянное напряжение (200 В или около того), что требовало осторожности при соединении сигналов, обычно это какая-то форма широкополосной связи по постоянному току. Многие компьютеры того времени пытались избежать этой проблемы, используя только импульсную логику, связанную по переменному току, что делало их очень большими и чрезмерно сложными (ENIAC : 18 000 ламп для 20-разрядного калькулятора) или ненадежными. Связанные по постоянному току схемы стали нормой после первого поколения ламповых компьютеров.

Конфигурации

Дифференциальный (удлиненный, эмиттерный) парный усилитель состоит из двух усилительных каскадов с общим (эмиттер, источник или катод ) дегенерация.

Дифференциальный выход

Рис. 2: Классическая пара с длинным хвостом

С двумя входами и двумя выходами, это образует каскад дифференциального усилителя (Рисунок 2). Две базы (или сетки, или вентили) являются входами, которые дифференциально усиливаются (вычитаются и умножаются) парой транзисторов; на них может подаваться дифференциальный (симметричный) входной сигнал, или один вход может быть заземлен для формирования схемы фазового делителя. Усилитель с дифференциальным выходом может управлять плавающей нагрузкой или другим каскадом с дифференциальным входом.

Несимметричный выход

Если дифференциальный выход нежелателен, то можно использовать только один выход (взятый только с одного из коллекторов (или анодов, или стоков), игнорируя другой выход ; эта конфигурация называется несимметричным выходом. Коэффициент усиления в два раза меньше, чем у каскада с дифференциальным выходом. Чтобы не жертвовать усилением, можно использовать преобразователь дифференциального сигнала в несимметричный. Он часто реализуется как токовое зеркало (Рисунок 3, ниже).

Несимметричный вход

Дифференциальная пара может использоваться как усилитель с несимметричным входом, если один из входов заземлен или крепятся к опорному напряжению (обычно, другой коллектор используется в качестве одного состава выхода) Такое расположение можно думать как каскад с общим коллектором и общей база этапов или буферной общей базой стадии.

В усилителе с эмиттерной связью компенсируются температурные дрейфы, V BE отменяется, а эффект Миллера и насыщение транзистора действия избегаются. Вот почему он используется для формирования усилителей с эмиттерной связью (избегая эффекта Миллера), схем с делителем фазы (получение двух обратных напряжений), вентилей и переключателей ECL (избегая насыщения транзисторов) и т. Д.

Эксплуатация

Для объяснения работы схемы ниже выделены четыре конкретных режима, хотя на практике некоторые из них действуют одновременно и их эффекты накладываются друг на друга.

Смещение

В отличие от классических усилительных каскадов, которые смещены со стороны базы (и поэтому они сильно зависят от β), дифференциальная пара напрямую смещается со стороны эмиттеров за счет понижения / подачи общего тока покоя. Последовательная отрицательная обратная связь (вырождение эмиттера) заставляет транзисторы действовать как стабилизаторы напряжения; он заставляет их регулировать свои напряжения V BE (базовые токи), чтобы пропустить ток покоя через их переходы коллектор-эмиттер. Таким образом, из-за отрицательной обратной связи ток покоя лишь незначительно зависит от β транзистора.

Смещающие базовые токи, необходимые для возбуждения токов покоя коллектора, обычно исходят от земли, проходят через источники ввода и входят в базы. Таким образом, источники должны быть гальваническими (постоянный ток), чтобы обеспечить прохождение тока смещения, и иметь достаточно низкое сопротивление, чтобы не создавать значительных падений напряжения на них. В противном случае необходимо подключить дополнительные элементы постоянного тока между основаниями и землей (или положительным источником питания).

Общий режим

В синфазном режиме (два входных напряжения меняются в одних и тех же направлениях) два последователя напряжения (эмиттера) взаимодействуют друг с другом, работая вместе на общей высокоомной эмиттерной нагрузке. («длинный хвост»). Они все вместе увеличивают или уменьшают напряжение общей точки эмиттера (образно говоря, они вместе «подтягивают» или «стягивают» ее, чтобы она двигалась). Кроме того, динамическая нагрузка «помогает» им, изменяя свое мгновенное омическое сопротивление в том же направлении, что и входные напряжения (оно увеличивается при повышении напряжения, и наоборот), таким образом поддерживая постоянное общее сопротивление между двумя шинами питания. Имеется полный (100%) отрицательный отзыв; два входных базовых напряжения и напряжение эмиттера изменяются одновременно, в то время как токи коллектора и общий ток не изменяются. В результате не изменяются и напряжения выходного коллектора.

Дифференциальный режим

Нормальный. В дифференциальном режиме (два входных напряжения меняются в противоположных направлениях) два эмиттера напряжения (эмиттера) противостоят друг другу, в то время как один из них пытается увеличить напряжение общей точки эмиттера, другой пытается ее уменьшить (образно говоря, одна из них «подтягивает» общую точку, а другая «стягивает» ее, так что она остается неподвижной) и наоборот. Итак, общая точка не меняет своего напряжения; он ведет себя как виртуальная земля с величиной, определяемой входными синфазными напряжениями. Эмиттерный элемент с высоким сопротивлением не играет никакой роли - он шунтируется другим эмиттерным повторителем с низким сопротивлением. Отрицательной обратной связи нет, поскольку напряжение эмиттера вообще не меняется при изменении входных базовых напряжений. Общий ток покоя сильно колеблется между двумя транзисторами, и выходное напряжение коллектора сильно изменяется. Два транзистора взаимно заземляют свои эмиттеры; Таким образом, хотя они и являются каскадами с общим коллектором, они фактически действуют как каскады с общим эмиттером с максимальным усилением. Стабильность смещения и независимость от изменений параметров устройства могут быть улучшены за счет отрицательной обратной связи, вводимой через резисторы катод / эмиттер с относительно малым сопротивлением.

Перегрузка. Если входное дифференциальное напряжение существенно изменяется (более чем примерно на сто милливольт), транзистор, управляемый более низким входным напряжением, отключается, и его напряжение коллектора достигает положительной шины питания. При высокой перегрузке соединение база-эмиттер меняется на обратное. Другой транзистор (управляемый более высоким входным напряжением) управляет всем током. Если резистор на коллекторе относительно большой, транзистор насыщается. При относительно небольшом коллекторном резисторе и умеренной перегрузке эмиттер все еще может следовать за входным сигналом без насыщения. Этот режим используется в дифференциальных переключателях и вентилях ECL.

Пробой. Если входное напряжение продолжает расти и превышает напряжение пробоя база-эмиттер напряжение пробоя, переход база-эмиттер транзистора, управляемый более низким входным напряжением, выходит из строя. Если входные источники имеют низкое сопротивление, неограниченный ток будет протекать напрямую через «диодный мост» между двумя входными источниками и повредит их.

В обычном режиме напряжение эмиттера следует за изменениями входного напряжения; есть полная отрицательная обратная связь и прирост минимальный. В дифференциальном режиме напряжение на эмиттере фиксировано (равно мгновенному общему входному напряжению); отрицательной обратной связи нет, а усиление максимальное.

Усовершенствования дифференциального усилителя

Эмиттерный источник постоянного тока

Рисунок 3: Усовершенствованная пара с длинным хвостом с нагрузкой токовое зеркало и смещением постоянного тока

Ток покоя должен быть постоянным, чтобы обеспечить постоянное напряжение коллектора в синфазном режиме. Это требование не так важно в случае дифференциального выхода, поскольку два напряжения коллектора будут изменяться одновременно, но их разница (выходное напряжение) не изменится. Но в случае несимметричного выхода чрезвычайно важно поддерживать постоянный ток, поскольку выходное напряжение коллектора будет изменяться. Таким образом, чем выше сопротивление источника тока R e {\ displaystyle R _ {\ text {e}}}R _ {{{\ text {e}}}} , тем меньше (лучше) синфазное усиление A c { \ Displaystyle A _ {\ text {c}}}A _ {{{\ text {c}}}} . Необходимый постоянный ток может быть получен путем подключения элемента (резистора) с очень высоким сопротивлением между общим эмиттерным узлом и шиной питания (отрицательный для NPN и положительный для транзисторов PNP), но для этого потребуется высокое напряжение питания. Вот почему в более сложных конструкциях элемент с высоким дифференциальным (динамическим) сопротивлением, приближающийся к источнику / приемнику постоянного тока , заменяется на «длинный хвост» (рисунок 3). Обычно это реализуется посредством токового зеркала из-за его высокого податливого напряжения (небольшого падения напряжения на выходном транзисторе).

Коллекторное токовое зеркало

Коллекторные резисторы можно заменить токовым зеркалом, выходная часть которого действует как активная нагрузка (рис. 3). Таким образом, дифференциальный сигнал тока коллектора преобразуется в несимметричный сигнал напряжения без собственных 50% потерь, и коэффициент усиления значительно увеличивается. Это достигается путем копирования входного тока коллектора слева направо, где величины двух входных сигналов складываются. Для этого вход токового зеркала соединен с левым выходом, а выход токового зеркала соединен с правым выходом дифференциального усилителя.

Рисунок 4: Передаточная характеристика

Токовое зеркало копирует ток левого коллектора и пропускает его через правый транзистор, который производит ток правого коллектора. На этом правом выходе дифференциального усилителя вычитаются два сигнальных тока (положительное и отрицательное изменение тока). В этом случае (дифференциальный входной сигнал) они равны и противоположны. Таким образом, разница в два раза превышает токи отдельных сигналов (ΔI - (-ΔI) = 2ΔI), и дифференциальное преобразование в несимметричное завершается без потерь усиления. На рис. 4 показана передаточная характеристика этой схемы.

Рекомендации по подключению

Источник плавающего входа

Можно подключить плавающий источник между двумя базами, но необходимо обеспечить пути для смещающих базовых токов. В случае гальванического источника только один резистор должен быть подключен между одной из баз и землей. Ток смещения будет поступать прямо на эту базу и косвенно (через источник ввода) на другую. Если источник является емкостным, необходимо подключить два резистора между двумя базами и землей, чтобы обеспечить разные пути для базовых токов.

Входное / выходное сопротивление

Входное сопротивление дифференциальной пары сильно зависит от режима входа. В синфазном режиме эти две части ведут себя как каскады с общим коллектором с высокими эмиттерными нагрузками; Итак, входные сопротивления чрезвычайно высоки. В дифференциальном режиме они ведут себя как каскады с общим эмиттером и заземленными эмиттерами; Итак, входные сопротивления низкие.

Выходное сопротивление дифференциальной пары высокое (особенно для улучшенной дифференциальной пары с токовым зеркалом, как показано на рис. 3).

Диапазон ввода / вывода

Синфазное входное напряжение может варьироваться между двумя шинами питания, но не может достигать их близко, так как некоторые падения напряжения (минимум 1 вольт) должны оставаться на выходных транзисторах двух текущих зеркал.

Операционный усилитель как дифференциальный усилитель

Рисунок 5: Дифференциальный усилитель операционного усилителя

Операционный усилитель или операционный усилитель - это дифференциальный усилитель с очень высоким дифференциальным режимом усиление, очень высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс. Дифференциальный усилитель на операционном усилителе может быть построен с предсказуемым и стабильным коэффициентом усиления путем применения отрицательной обратной связи (рисунок 5). Некоторые виды дифференциальных усилителей обычно включают несколько более простых дифференциальных усилителей. Например, полностью дифференциальный усилитель, инструментальный усилитель или развязывающий усилитель часто строятся из комбинации нескольких операционных усилителей.

Применения

Дифференциальные усилители встречаются во многих схемах, в которых используется серия отрицательной обратной связи (повторитель операционного усилителя, неинвертирующий усилитель и т. Д.), Где один вход используется для входного сигнала, другой - для сигнала обратной связи (обычно реализуется операционными усилителями ). Для сравнения: устаревшие инвертирующие несимметричные операционные усилители начала 1940-х годов могли реализовать только параллельную отрицательную обратную связь путем подключения дополнительных цепей резисторов (инвертирующий усилитель на операционных усилителях является наиболее популярным примером). Обычно применяется для управления двигателями или сервоприводами, а также для усиления сигналов. В дискретной электронике обычным устройством для реализации дифференциального усилителя является пара с длинным хвостом, которая также обычно используется в качестве дифференциального элемента в большинстве интегральных схем операционных усилителей.. Пара с длинным хвостом может использоваться в качестве аналогового умножителя с дифференциальным напряжением в качестве одного входа и током смещения в качестве другого.

Дифференциальный усилитель используется в качестве входного каскада логических элементов с эмиттерной связью и в качестве переключателя. При использовании в качестве переключателя «левая» база / сетка используется как вход сигнала, а «правая» база / сетка заземляются; вывод берется с правого коллектора / пластины. Когда вход равен нулю или отрицателен, выход близок к нулю (но может быть ненасыщенным); когда вход положительный, выход наиболее положительный, динамическая работа такая же, как при использовании усилителя, описанном выше.

Симметричная цепь обратной связи устраняет синфазное усиление и синфазное смещение

Рисунок 6: Дифференциальный усилитель с неидеальным операционным усилителем: входной ток смещения и дифференциальное входное сопротивление

В случае, если операционный усилитель (неидеальный) входной ток смещения или дифференциальный входной импеданс являются значительным влиянием, можно выбрать сеть обратной связи, которая улучшает влияние синфазного входного сигнала и смещения. На рисунке 6 генераторы тока моделируют входной ток смещения на каждой клемме; I b и I b представляют входной ток смещения на клеммах V и V соответственно.

Эквивалент Тевенина для сети, управляющей выводом V, имеет напряжение V и импеданс R:

V + ′ = V in + ∗ R / / + / R i + - I b + ∗ R / / +; R + ′ = R / / + = R i + / / R f + {\ displaystyle V ^ {+ \ prime} = V _ {\ text {in}} ^ {+} * R _ {/ \! \! /} ^ {+} / R _ {\ text {i}} ^ {+} - I _ {\ text {b}} ^ {+} * R _ {/ \! \! /} ^ {+}; \ Quad R ^ { + \ prime} = R _ {/ \! \! /} ^ {+} = R _ {\ text {i}} ^ {+} {/ \! \! /} R _ {\ text {f}} ^ {+ }}V ^ {{+ \ prime}} = V _ {{{\ text {in}}}} ^ {{+}} * R _ {{/ \! \! /}} ^ { {+}} / R _ {{{\ text {i}}}} ^ {{+}} - I _ {{{\ text {b}}}} ^ {{+}} * R _ {{/ \! \ ! /}} ^ {{+}}; \ quad R ^ {{+ \ prime}} = R _ {{/ \! \! /}} ^ {{+}} = R _ {{{\ text {i} }}} ^ {{+}} {/ \! \! /} R _ {{\ text {f}}}} ^ {{+}}

в то время как для сети, управляющей терминалом V,

V - ′ = V in - ∗ R / / - / R i - + V out ∗ R / / - / R f - - I b - ∗ R / / -; R - ′ = R / / - = R i - / / R f -. {\ displaystyle V ^ {- \ prime} = V _ {\ text {in}} ^ {-} * R _ {/ \! \! /} ^ {-} / R _ {\ text {i}} ^ {-} + V _ {\ text {out}} * R _ {/ \! \! /} ^ {-} / R _ {\ text {f}} ^ {-} - I _ {\ text {b}} ^ {-} * R _ {/ \! \! /} ^ {-}; \ quad R ^ {- \ prime} = R _ {/ \! \! /} ^ {-} = R _ {\ text {i}} ^ {-} {/ \! \! /} R _ {\ text {f}} ^ {-}.}V ^ {{- \ prime}} = V _ {{{\ text {in}}}} ^ {{- }} * R _ {{/ \! \! /}} ^ {{-}} / R _ {{{\ text {i}}}} ^ {{- }} + V _ {{{\ text {out}}}} * R _ {{/ \! \! /}} ^ {{-}} / R _ {{{\ text {f}}}} ^ {{- }} - I _ {{{\ text {b}}}} ^ {{-}} * R _ {{/ \! \! /}} ^ {{-}}; \ quad R ^ {{- \ prime} } = R _ {{/ \! \! /}} ^ {{-}} = R _ {{{\ text {i}}}} ^ {{-}} {/ \! \! /} R _ {{{ \ text {f}}}} ^ {{-}}.

Выходной сигнал операционного усилителя - это просто усиление разомкнутого контура A ol, умноженное на дифференциальный вход ток i умножается на дифференциальный входной импеданс 2R d, поэтому

V out = A ol ∗ 2 R d V + ′ - V - ′ 2 R / / + 2 R d = (V + ′ - V - ′) ∗ A ol R / / / (R / / / / R d) {\ displaystyle V _ {\ text {out}} = A _ {\ text {ol}} * 2R _ {\ text {d}} { \ frac {V ^ {+ \ prime} -V ^ {- \ prime}} {2R _ {/ \! \! /} + 2R _ {\ text {d}}}} = (V ^ {+ \ prime} - V ^ {- \ prime}) * A _ {\ text {ol}} R _ {/ \! \! /} / (R _ {/ \! \! /} / \! \! / R _ {\ text {d} })}V _ {{{\ text {out}}}} = A _ {{{\ text {ol}}}}} * 2R _ {{{\ text {d }}}} {\ frac {V ^ {{+ \ prime}} - V ^ {{- \ prime}}} {2R _ {{/ \! \! /}} + 2R _ {{{\ text {d} }}}}} = (V ^ {{+ \ prime}} - V ^ {{- \ prime}}) * A _ {{{\ text {ol}}}} R _ {{/ \! \! /} } / (R _ {{/ \! \! /}} / \! \! / R _ {{{\ tex t {d}}}})

где R // - среднее значение R // и R //.

Эти уравнения значительно упрощаются, если

R i + = R i - и р е + = р е - {\ displaystyle R _ {\ text {i}} ^ {+} = R _ {\ text {i}} ^ {-} \ quad {\ text {и}} \ quad R_ { \ text {f}} ^ {+} = R _ {\ text {f}} ^ {-}}R _ {{{\ text {i}}}} ^ {{+}} = R _ {{{\ text {i}}}} ^ {{-}} \ quad {\ text {and}} \ quad R _ {{\ text {f}}}} ^ {{+}} = R _ {{{\ text {f}}}} ^ {{-}}

, в результате получается r эйшн,

V in + - V in - - R i * I b Δ = V out [R i R f + 1 A ol ∗ R i R i / / R f / / R d] {\ displaystyle V_ { \ text {in}} ^ {+} - V _ {\ text {in}} ^ {-} - R _ {\ text {i}} * I _ {\ text {b}} ^ {\ Delta} = V _ {\ текст {out}} \ left [{\ frac {R _ {\ text {i}}} {R _ {\ text {f}}}} + {\ frac {1} {A _ {\ text {ol}} * { \ frac {R _ {\ text {i}}} {R _ {\ text {i}} / \! \! / R _ {\ text {f}} / \! \! / R _ {\ text {d}}} }}} \ right]}V _ {{{\ text {in}}}} ^ {{+}} -V _ {{{\ text {in}}}} ^ {{-}} - R _ {{{\ text {i}}}} * I _ {{{\ text {b}}}} ^ {{\ Delta }} = V _ {{{\ text {out}}}} \ left [{\ frac {R _ {{{\ text {i}}}}} {R _ {{{\ text {f}}}}}} + {\ frac {1} {A _ {{{\ text {ol}}}} * {\ frac {R _ {{{\ text {i}}}}}} {R _ {{{\ text {i}}} } / \! \! / R _ {{{\ text {f}}}} / \! \! / R _ {{{\ text {d}}}}}}}} \ right]

, что означает, что коэффициент усиления с обратной связью для дифференциального сигнала составляет V в - V в, но синфазное усиление равно нулю.. Это также означает, что синфазный входной ток смещения исчез, оставив только входной ток смещения I b = 'I b -' I b. присутствует и с коэффициентом R i. Это как если бы входной ток смещения эквивалентен входному напряжению смещения, действующему на входное сопротивление R i, которое является сопротивлением источника цепи обратной связи на входных клеммах. Наконец, пока коэффициент усиления по напряжению без обратной связи A ol намного больше единицы, коэффициент усиления по напряжению с обратной связью составляет R f / R i, значение, которое можно получить с помощью практического анализа, известного как "виртуальная земля".

Сноски

См. также

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-17 05:44:10
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте