Электроды для биомедицинских измерений (стр. 6 )

Таким образом, для того чтобы усилитель реагировал только на разность входных сигналов, необходимо отношение сопротивлений R3/R4 устанавливать исходя из равенства:

R3/ R4= R1/ R2(1+1/Mсф)+ 1/Mсф (3.20)

Недостатками данного дифференциального усилителя являются относительно низкие входные сопротивления и трудности регулировки коэффициента усиления. Входные сопротивления усилителя по схеме рисунка 3.1 для сигналов U1 и U2 равны соответственно:

Uвх1R1; Rвх2R3+R4 (3.21)

Из последних соотношений и равенства (3.17), в частности, следует, что, для того чтобы иметь Rвх1=Rвх2, необходимо принять:

R3=R12/(R1+R2); R4=R1R2/(R1+R2) (3.22)

Низкие входные сопротивления простейшего дифференциального усилителя приводят к тому, что его коэффициенты усиления для сигналов U1 и U2 будут зависеть от внутренних сопротивлений источников этих сигналов.

Регулировка коэффициента усиления в рассматриваемом усилителе возможна только путем одновременного изменения двух резисторов (например, R2 и R4). В противном случае будет нарушаться равенство (3.17).

Производить регулировку усиления, не нарушая "дифференциаль-ности" усилителя, позволяет несколько усложненная схема дифференциального усилителя (рисунок 3.4б).

Рисунок 3.4 – Дифференциальные усилители на одном ОУ

Рисунок 3.5 - Дифференциальный усилитель на двух ОУ

Рисунок 3.6 - Дифференциальный усилитель на трёх ОУ

Для того чтобы коэффициенты усиления напряжений U1, U2 были одинаковыми по модулю, необходимо принять:

R4=R1; R5=R2; R6=R3 (3.23)

Тогда выходное напряжение:

U=(U2-U1)((R2+R3)/R1+2R2R3/(R1R7) (3.24)

Регулировку коэффициента усиления можно производить, изменяя сопротивление R7 При этом равенства (3.23) не нарушаются.

Сложные дифференциальные усилители. Чтобы построить дифференциальные усилители, имеющие высокие входные сопротивления для обоих источников сигнала, необходимо применить два или три ОУ. Если нужно, чтобы выходное напряжение было пропорционально разности входных напряжений (U2-U1), то необходимо выполнение равенства R2/R1 = R3/R4. При этом коэффициент усиления, равный:

(3.25)

можно регулировать, изменяя сопротивление R7.

На рисунке 3.6 показана схема дифференциального усилителя на трёх ОУ.

При R7/R6 = R5/R4 выходное напряжение:

(3.26)

Для регулировки коэффициента усиления в данном случае можно использовать резисторы R1, R2 и R3.

В схеме на трёх ОУ коэффициент усиления синфазного сигнала каждого входного ОУ равен 1 (при идеальных ОУ), в то время как коэффициент усиления дифференциального сигнала для первого каскада

(3.27)

Выходной разностный каскад при R5/R4 = R7/R6 имеет К2диф = R5/R4, а его Ксф зависит от точности подбора отношений сопротивлений резисторов R4 и R5, а также собственного КОСС ОУ. Поэтому при одинаковых ОУ благодаря распределению Кдиф между входным и разностным выходным каскадами схема на трёх ОУ обеспечивает по сравнению со схемами на одном (или двух) ОУ больший КОСС. Обычно основное усиление осуществляется входным каскадом, а усиление выходного устанавливается небольшим (часто равным 1).

Коэффициенты ослабления синфазного сигнала, которые можно получить в рассмотренных схемах дифференциальных усилителей, в основном зависят от собственных КОСС используемых ОУ, а также от Кдиф и Ксф схемы. На Ксф влияет главным образом погрешность изготовления употребляемых в схемах резисторов, определяющих усиление усилителя. В таблице приведены средние величины Ксф, получаемые при использовании резисторов с различным допуском. Следует заметить, что максимально возможные значения Ксф в два раза больше средних.

Таблица 1 - Влияние допусков резисторов на коэффициент усиления синфазного сигнала

Допуск резисторов, %	5	2	1	0,5	0,1
Средняя величина, Ксф	0,1	0,04	0,02	0,01	0,002

Для случая идеального ОУ КОСС схемы зависит только от разбаланса расчётного соотношения сопротивлений резисторов схемы, несимметричности внутреннего сопротивления источника сигнала и определяется основным выражением:

Мре = Кдиф/Ксф. (3.28)

В случае реального ОУ с собственным (внутренним) КОСО Мвн КОСС каскада определяется выражением:

Mре = Мид∙Мвн/(Мид + Мвн) (3.29)

Для многокаскадных усилителей КОСС равен произведению КОСС отдельных каскадов.

Для расчёта требуемого (допустимого) значения КОСС усилителя можно использовать выражение:

,