U>вых = m(U>вх>2 – U>вх>1),
Для частного случая при R>2=R>3 получим:
U>вых = U>вх>2 – U>вх>1.
Последнее выражение четко разъясняет происхождение названия и назначение рассматриваемого усилителя.
В разностном усилителе на ОУ при одинаковой полярности входных напряжений имеет место синфазный сигнал, который увеличивает ошибку усилителя. Поэтому в разностном усилителе желательно использовать ОУ с большим КОСС. К недостаткам рассмотренного разностного усилителя можно отнести разную величину входных сопротивлений и трудность в регулировании коэффициента усиления. Эти трудности устраняются в устройствах на нескольких ОУ, например, в разностном усилителе на двух повторителях (рисунок 6.11).
Рисунок 6.11. Разностный усилитель на повторителях
Данная схема симметрична и характеризуется одинаковыми входными сопротивлениями и малым напряжением ошибки, но работает только на симметричную нагрузку.
На основе ОУ может быть выполнен логарифмический усилитель, принципиальная схема которого приведена на рисунке 6.12.
Рисунок 6.12 Логарифмический усилитель на ОУ
P-n переход диода VD смещен в прямом направлении. Полагая ОУ идеальным, можно приравнять токи I>1 и I>2. Используя выражение для ВАХ p-n перехода {I=I>0·[exp(U/φ>T)–1]}, нетрудно записать:
U>вх/R = I>0·[exp(U/φ>T) – 1],
откуда после преобразований получим:
U>вых = φ>T·ln(U>вх/I>0R) = φ>T(lnU>вх – lnI>0R),
из чего следует, что выходное напряжение пропорционально логарифму входного, а член lnI>0R представляет собой ошибку логарифмирования. Следует заметить, что в данном выражении используются напряжения, нормированные относительно одного вольта.
При замене местами диода VD и резистора R получается антилогарифмический усилитель.
Широкое распространение получили инвертирующие и неинвертирующие сумматорына ОУ, называемые еще суммирующими усилителями или аналоговыми сумматорами. На рисунке 6.13 приведена принципиальная схема инвертирующего сумматора с тремя входами. Это устройство является разновидностью инвертирующего усилителя, многие свойства которого проявляются и в инвертирующем сумматоре.
Рисунок 6.13. Инвертирующий сумматор на ОУ
При использовании идеального ОУ можно считать, что входных токов усилителя, вызванных входными напряжениями U>вх>1, U>вх>2 и U>вх>3, равна току, протекающему по R>ос, т.е.
U>вх>1/R>1 + U>вх>2/R>2 + U>вх>3/R>3 = –U>вых/R>ос,
откуда
Из полученного выражения следует, что выходное напряжение устройства представляет собой сумму входных напряжений, умноженную на коэффициент усиления K>U инв. При R>ос=R>1=R>2=R>3 K>U инв=1 и U>вых=U>вх>1+U>вх>2+U>вх>3.
При выполнении условия R>4=R>ос∥R>1∥R>2∥R>3 токовая ошибка мала, и ее можно рассчитать по формуле U>ош=U>см(K>U ош+1), где K>U ош=R>ос/(R>1∥R>2∥R>3) — коэффициент усиления сигнала ошибки, который имеет большее значение, чем K>U инв.
Неинвертирующий сумматор реализуется также как и инвертирующий сумматор, но для него следует использовать неинвертирующий вход ОУ по аналогии с неинвертирующим усилителем.
При замене резистора R>ос конденсатором C (рисунок 6.14) получаем устройство, называемое аналоговым интегратором или просто интегратором.