Дифференциальный усилитель ОП-УС с двумя входами, как реагируют два входа V+ и V- ? упражнение 4

Проанализируйте дифференциальный усилитель с двумя входами. Имеется источник тока и источник напряжения. На неинвертирующий вход V+ поступает сигнал от источника напряжения Vs, а на инвертирующий вход V- поступает сигнал от источника тока Is. Внутренние компоненты усилителя OP AMP видят два сигнала на двух входах V+ и V- . Внутренние компоненты дифференциального OP AMP различают два входных сигнала и усиливают их разницу, чтобы получить выходное напряжение Vout. Именно поэтому он называется «дифференциальным усилителем». Внутренняя структура дифференциальных усилителей состоит из двух частей, которые обычно идентичны или очень похожи по характеристикам и производительности. Поскольку две половины дифференциального усилителя идентичны, выходное напряжение Vout равно нулю, если V+ и V- равны нулю; если V+ и V- изменяются на одинаковую величину или имеют одинаковую амплитуду, выходное напряжение Vout останется нулевым из-за внутренней симметрии дифференциального OP AMP. Только при наличии разницы между V+ и V- возникает выходное напряжение Vout. Существует множество других способов создания дифференциального входа, например, дифференциальный усилитель OP AMP с одним входом (о нем будет рассказано в другом видео). Примечания: На расчетной схеме V2 = V+ , но V+ не соединен напрямую с общей землей или заземлением (или 0 вольт от земли, т.е. GROUND/EARTH), поэтому потенциал V+ не равен нулю, и потенциал V2 тоже не равен нулю. Поэтому V2 = источнику напряжения Vs, то есть V2 = Vs = 4[В]. Дифференциальный усилитель с двумя входами - это электронная схема, предназначенная для усиления разности между двумя напряжениями, поданными на его входные клеммы. Другими словами, вместо того чтобы просто усиливать сигнал, привязанный к земле, он подчеркивает различие между двумя сигналами. Основной принцип работы заключается в следующем: Принцип вычитания и усиления: выходное напряжение (Vout) пропорционально разности между двумя входами, умноженной на коэффициент усиления, определяемый схемой. Математически это часто записывается как: 𝑉𝑜𝑢𝑡=𝐴×(𝑉+ - 𝑉-), где A - коэффициент усиления цепи по напряжению. Это означает, что если, например, V⁺ увеличивается или V- уменьшается, результатом будет увеличение выходного сигнала, и наоборот. Этот механизм позволяет выделить небольшие различия между двумя напряжениями, что очень полезно, когда нужно измерить слабые сигналы или избавиться от шума, общего для обоих входов. Подавление общего режима: Ключевым свойством дифференциального усилителя является его способность подавлять так называемый «общий режим». Если два входа одновременно подвергаются одинаковым колебаниям (что происходит, например, при улавливании окружающего шума или электромагнитных помех), разность остается неизменной, и выходной сигнал не реагирует на эту помеху. Эффективность такого подавления часто выражается коэффициентом подавления общего режима (CMRR), который является очень важным показателем во многих измерительных приборах и приложениях. Схема операционного усилителя (OP-AMP): во многих схемах дифференциальный усилитель с двумя входами часто строится с использованием OP-AMP в сочетании с четырьмя тщательно подобранными резисторами. Эти резисторы используются для балансировки двух ветвей сигнала и установки общего коэффициента усиления схемы. Благодаря такой симметрии на входе устройства гасятся даже незначительные колебания общего шума. Сборка с использованием дифференциальной пары транзисторов: в интегральных усилителях дифференциальная пара транзисторов (биполярных или MOSFET) обеспечивает идеальное согласование. Это позволяет точно усиливать разность напряжений и улучшает отклонение общего режима, поскольку электрические характеристики транзисторов очень похожи, если они изготовлены на одной подложке двух транзисторов. Короче говоря, при изменении одного из входных сигналов изменяется ток в соответствующей ветви схемы, а другая ветвь компенсирует это изменение противоположным образом. Это явление балансировки, управляемое активными элементами (такими как OP AMP или транзисторы) и пассивными элементами (резисторы для калибровки усиления), генерирует выходной сигнал, который точно представляет разницу V⁺ - V-. Таким образом, даже если шум воздействует на два входа одинаково, он аннулируется на выходе, гарантируя чистое усиление полезного сигнала.