дискретной установкой коэффициента передачи. С помощью переключателя можно устанавливать три значения Ки-

{Ri + Ri + Re}/Ri,{Ri-\-Ri + Re)/iRi + Ri) и 1. Резисторь* Rz, R5 и Rj предназначены для выравнивания со-противлении.

В [12] приведена схема (рис. 23, б) регулировки усиления без изменения режима по постоянному току. При неизменной отрицательной ОС с помощью потенциометра R2 изменяется глубина положительной ОС. При этом значения приведенного ко входу напряжения смещения нулевого уровня и подавления синфазного сигнала не изменяются при регулировке усиления. Выходное напряжение J

= {U,-U)2R,{l + \/m)/Ri, (23)

где т - относительное перемещение установки движка потенциометра.

В схеме на рис. 23, в усиление регулируется с помощью потенциометра Rs, который изменяет значение выходного сигнала, поступающего в петлю обратной связи. Большое преимущество этой схемы состоит в том, что неременный резистор включен на выходе (низкоомная часть схемы), что обеспечивает малую чувствительность к шуму и наводкам. Выходное напряжение

UbbMi=-UBxRJmRi. (24) Не всегда нелинейность регулировки является недостатком. Как известно, человеческое ухо обладает нелинейной динамической характеристикой. Для компенсации нелинейности в усилителях звуковой частоты используют потенциометры, обладающие нелинейной зависимостью сопротивления от угла поворота подвижного контакта, например потенциометры с показательной зависимостью (группа В). Хорошую аппроксимацию показательной функции (рнс.

Рис. 23. Регулировка усиления путем дискретной установки Ки (а), изменения глубины положительной ОС (б) и изменения выходного сигнала, поступающего в цепь ООС (в).

24, а) можно получить, используя линейный потенциометр, ОУ и постоянный резистор, соединив их, как показано на рисунке [13]. Выходное напряжение

С/вых=~С/вх8т/(9-8т). (25)

При помощи схемы на рис. 24, б можно плавно регулировать коэффициент передачи ОУ от отрицательного значения до нуля и далее от нуля до максимального положительного значения, соответствующего разомкнутой ОС. Эту схему удобно использовать в качестве источника опорного напряжения для стабилизаторов, регулируемого в широких пределах.

Рис. 24. Получение показательной функции с помощью линейного потенциометра и ОУ (а); регулировка К от отрицательного значения до положительного (б) и от нуля до положительного значения (в).

На рис. 24, б приведена также зависимость коэффициента усиления (передачи) от угла поворота потенциометра. При изменении величины сопротивления резистора R изменяются значения как положительных, так и отрицательных коэффициентов, но общий вид зависимости не изменяется.

При изменении отношения RJRi смещается нулевая точка. Выходное напряжение

свых = С/вх Ri {Rb/Ri - RJRi + Ri/R2)/(Я, + Rb) • (26) Если исключить резистор Ri, то коэффициент передачи регулируется от нуля до +К. Зависимость усиления от угла поворота близка к логарифмической. Выходное напряжение схемы на рис. 24, в

иых = с/вх Ri (Rb/Ri + Rb/RziURs + Rb) • (27)

Если движок потенциометра установлен посередине {Ri = -Rs), то

t/вых = t/в X (/?2 + s) / (/?з + /?5). (28

12. Дифференциальные усилители

Простейшая схема дифференциального усилителя изображена на рис. 25, а. Делитель напряжения на входе ( + ) включается для того, чтобы общий коэффициент усиления сигналов Ui и U2 сделать равным. Выходное напряжение

вых= (2-ti)/?2 ?i. (29)

Недостатком схемы является низкое входное сопротивление.

жение при сигнале Ui-Ui = 10 мВ (1 кГц) и синфазной помехе U2 = Ui=lO мВ (50 Гц), если /?2 = 10 кОм, Ri = l кОм, Л:оссф = = 80 дБ (10 000).

Решение. На частоте 1 кГц выходное напряжение t/вых = = 10-10 = 100 мВ.

Напряжение помехи частотой 50 Гц приложено к ОУ синфазно. Поэтому выходное синфазное напряжение на частоте 50 Гц

t/вых = KuUui/Коссф = 10-10/10 ООО = 10 мкВ. Выходное напряжение помех при Ки = 10 на частоте 50 Гц ослаблено в 1000 раз, т. е. дифференциальный усилитель является эффективным средством подавления помех.

Рис. 25. Дифференциальные усилители с низким входным сопротивлением (а) и с высоким входным сопротивлением (б, в).

Входное сопротивление схемы на рис. 25,6 велико для обоих сигналов.

Выходное напряжение

вых = {У2 ~ t/i)(l + RJRi). (30)

Еще одна схема с большим входным сопротивлением изображена на рис. 25, в. Повторители напряжения обладают очень высоким входным сопротивлением и практически не потребляют тоха от источника сигнала. Коэффициент передачи остается таким же, как у схемы на рис. 25, а.

Обычные схемы инвертирующего и неинвертирующего усилителей одинаково усиливают полезный сигнал и наведенные помехи. Дифференциальный усилитель значительно ослабляет синфазные помехи. Степень ослабления синфазных напряжений определяется коэффициентом /(оссф.

Пример. Для схемы на рис. 25, а определить выходное напря-

Рис. 26. Многовходовый сумматор-вычитатель {а) и усилитель с дифференциальным входом и выходом (б).

На рис; 26, а приведена схема многовходового сумматора-вычи-тателя. Пользуясь методикой, приведенной в [16], можно рассчитать сопротивления резисторов таким образом, чтобы обеспечивалась равная резистивная нагрузка на входах ОУ. В этом случае обеспечивается минимальное смещение выхода от входного тока. Выходное напряжение

/вых = t/i + аа f/g + ••• +«nt/n -

-&i С/;-62 - ••• -Кщу

где Un и U„i - соответственно суммируемые и вычитаемые напряжения; а„ и fem - коэффициенты при входных напряжениях.

Схема содержит также шунтирующие резисторы Ra а Rb п резистор обратной связи Ro. с. Расчет осуществляется следующим об-разо.м:

а) выбирается значение полного сопротивления на входах ОУ /2. при /?2 =5 кОм обеспечивается малый уровень наводок без заметного шунтирования выхода ОУ;

б) суммируются все отрицательные коэффициенты и прибавляется единица;

в) суммируются все положительные коэффициенты;

г) если 2а>1+26, то схема должна содержать Ra (для полу- чения усиления); если 1а<1+1Ь, то схема должна содержать Rb] (для получения ослабления). При 2а; =1 + 26 резисторы Ra и Rb не испс,льзуются;

д) pai:cчитывaeтcя Ro. с путем умножения большого значения! (либо 2а, либо 1+26) на R ; \

е) рассчитывается Ra и Rb путем деления Ro. с на абсолютное! значение 1+26-2а;

ж) определяются сопротивления остальных резисторов путем деления Ro. с на соответствующие коэффициенты:

1=о.с/«1» ;==о.с/*1-

пример. Рассчитать схему на рис. 26, о для реализации уравнения

вых = О. Зи + 2f/2 + 1. 5U - 2Ul - Ul.

Решение. Схему рассчитываем согласно изложенной методике:

а) выбираем R = 5 кОм;

б) На = 3,8;

в) 2+1=4;

г) 26 + 1>2а, необходим резистор /?ь; Д) Ro.o = (26+1) Rj, = 4-5 = 20 кОм;

е) Rb = Ro. с/126+1-2al = 20/0,2 = 100 кОм;

ж) Ri = 20/0,3 = 66,7 кОм, Rz = 20/2 = 10 кОм, Rs = 20/1,5 = = 13,3 кОм, л; = 20/2 = 10 кОм, i?J= 20/1 20 кОм.

Иногда требуется дифференциальный выход, например для управления двухтактным каскадом класса В.

Схему на рис. 26,6 можно собрать на двух одинаковых ОУ [48]. Каждый ОУ обеспечивает половину общего усиления на дифференциальном выходе, т. е.

С/вых = их (R2/R1 + R2/R1) = 2(Увк RJRi.

13. Мостовые усилители

Так называются дифференциальные усилители, включенные в мостовую схему, преобразующие приращение сопротивления в напряжение.

Выходное напряжение схемы на рис. 27, а

Ri Д/?

С/вых = и.

R Ri2 + R/Ri) + AR{l+R/R)

(31J

Зависимость t/вых от AR нелинейна, как и для любого неравновесного моста. Поэтому такую схему можно применять при малых относительных приращениях AR/R.

В схеме на рис. 27, б погрешность нелинейности корректируется путем введения цепи положительной ОС (резистор Rz) [5].

Если принять Ri=R2\\Rs и 1 + (ВДг) =2/?,/;?з, то

uux-=RUnRifR2 т

в схеме на рис. 27, в выходное напряжение пропорционально относительному приращению изменяемого резистора [1]:

i/вых =- AR/R (Ri + R). (33)

При нулевом выходном напряжении сопротивления на входах ОУ должны быть равны между собой.

Рис. 27. Мостовые усилители с нелинейной (а) и линейной {б, е)

характеристиками.

Примерами первичных преобразований, работающих с большими приращениями, могут служить полупроводниковые тензометры, термисторы и т. п.

На основе полумостовых схем можно построить измеритель параметров резистивных матриц экспонометрических устройств. Матрица представляет собой набор резисторов, соединенных последовательно. Основное требование к таким матрицам - точное поддержание отношения резисторов на каждой ступени при разбросе (до 20 %) абсолютных значений сопротивлений резисторов.

Для измерения параметров матриц требуются две образцовые матрицы Ml и М2 (рис. 28). Вначале измерений схема балансируется на нуль с помощью переменного резистора Rt. Крайние положения движка резистора Ri соответствуют допустимому отклонению абсолютного значения измеряемого резистора от образцового.

При последующих положениях переключателя матриц выходное напряжение ОУ будет пропорционально относительной погрешности отношения измеряемого сопротивления резистора к его номинальному значению, т. е.