Differentiële versterker

Differentiële versterker is een apparaat dat wordt gebruikt om het verschil tussen de spanningen aan de ingangen te versterken. Zulke circuits kunnen van twee soorten zijn, namelijk

Differentiële versterkers gebouwd met behulp van transistors, Bipolar Junction Transistors (BJT's) of Field Effect Transistors (FET's)
Differentiële versterkers gebouwd met Op-Amps.

Figuur 1 toont een dergelijke schakeling gemaakt van twee BJT's (Q₁ en Q₂) en twee voedingen met tegengestelde polariteit, te weten, V_CC en -V_EE die drie weerstanden gebruikt, waaronder twee de collectorweerstanden, R_C1 en R_C2 (één voor elke transistor) terwijl één de emitterweerstand R is_E gemeenschappelijk voor beide transistors.

Hier de ingangssignalen (V₁ en V₂) worden aangelegd op de basis van de transistoren terwijl de uitvoer wordt verzameld over hun collectorterminals (V_o1 en V_o2).

In dit geval, als de V₁ bij Q₁ is sinusvormig, dan als V₁ blijft toenemen, de transistor begint te geleiden en dit resulteert in een zware collectorstroom I_C1 het verhogen van de spanningsval over R_C1, waardoor er een afname van V optreedt_o1. Vanwege hetzelfde effect, zelfs ik_E1 verhogingen die de gemeenschappelijke emitterstroom verhogen, I_E resulterend in een toename van de spanningsval over R_E.

Dit betekent dat de emitters van beide transistors naar positief worden gedreven, wat impliceert dat de basis van Q₂ zou steeds negatiever worden. Dit resulteert in een afname van de collectorstroom, I_C2 welke inturn de spanningsval over de collectorweerstand R vermindert_C2, resulterend in een toename van de uitgangsspanning V_o2. Dit geeft aan dat de veranderingen in het sinusvormige signaal waargenomen aan de ingang van transistor Q₁ wordt als zodanig over de collectorterminal van Q gereflecteerd₂ en verschijnen met een faseverschil van 180^O over de collectorterminal van Q₁. De differentiële versterking kan worden aangedreven door rekening te houden met de uitvoer tussen de kollektoraansluitingen van de transistoren, Q₁ en Q₂.

Aan de andere kant kan een Op-Amp die in differentiële modus werkt, gemakkelijk als een differentiële versterker omdat het resulteert in een uitgangsspanning gegeven door

Waar V₁ en V₂ vertegenwoordigen de spanningen die zijn toegepast op zijn inverterende en niet-inverterende ingangsklemmen (deze kunnen in willekeurige volgorde worden genomen) en A_d verwijst naar zijn differentiële winst. Volgens deze vergelijking moet de uitvoer van de OpAmp nul zijn wanneer de spanningen die op de klemmen worden aangelegd gelijk zijn aan elkaar. In de praktijk zal dit echter niet zo zijn, omdat de versterking niet hetzelfde zal zijn voor beide ingangen.

Dus in het echte scenario kan de wiskundige uitdrukking voor de uitvoer van de verschilversterker worden gegeven als

Waar een_C wordt de Common Mode-versterking van de versterker genoemd. Derhalve wordt verwacht dat functioneel goede verschilversterkers een hoge gemeenschappelijke modus-onderdrukkingsverhouding (CMRR) en hoge impedantie vertonen.

Er moet echter worden opgemerkt dat een Op-Amp geschikt kan worden geconfigureerd om te resulteren in een veel praktische differentiële versterker, zoals weergegeven in figuur 2. Als je goed oplet, merk je dat dit circuit slechts een combinatie is van een inverterende en niet-inverterende versterker. Daarom zal zijn uitgangsspanning gelijk zijn aan de som van de uitgangsspanningen geproduceerd door de Op-Amp schakeling die werkt als een inverterende versterker en de Op-Amp schakeling die werkt als een niet-inverterende versterker. Zo krijg je,

Nu, als R₁ = R₂ en R₃ = R_f, dan

Dit impliceert dat de winst van de differentiële versterker circuit getoond in figuur 2 wordt gegeven door

.
Bovendien moet worden opgemerkt dat de basiscircuit getoond door figuur 2 kan op vele manieren worden gewijzigd, wat resulteert in verschillende circuitontwerpen waaronder een Wheatstone bridge differentiaalversterker, licht geactiveerd differentiële versterker en instrumentatieversterker. Deze apparaten worden gebruikt als motor- en / of servoregelaars, signaalversterkers, analoge vermenigvuldigers, schakelaars, volumeregelaars, automatische versterkingsregelaars, amplitudemodulatoren, enz. En bestrijken een breed scala aan toepassingen, waaronder die in instrumentatiesystemen, microfoons, analoog naar digitaal converters en talloze toepassingen.