Wzmacniacz różnicowy - Differential amplifier

Symbol wzmacniacza operacyjnego. Wejścia odwracające i nieodwracające wyróżniono znakami „−” i „+” umieszczonymi w trójkącie wzmacniacza. V _s+ i V _s− to napięcia zasilania; są one często pomijane na schemacie dla uproszczenia, ale muszą być obecne w rzeczywistym obwodzie.

Wzmacniacz różnicowy to rodzaj wzmacniacza elektronicznego , który wzmacnia różnicę między dwoma wejściowych napięć ale pomija żadnego wspólnego napięcia do dwóch wejść. Jest to układ analogowy z dwoma wejściami i jednym wyjściem , w którym wyjście jest idealnie proporcjonalne do różnicy między dwoma napięciami: ${\ Displaystyle V_ {\ tekst {w}} ^ {-}}$${\ Displaystyle V_ {\ tekst {w}} ^ {+}}$${\displaystyle V_{\tekst{out}}}$

${\ Displaystyle V_ {\ tekst {na zewnątrz}} = A (V_ {\ tekst {w}} ^ {+}-V_ {\ tekst {w}} ^ {-}),}$

gdzie jest wzmocnienie wzmacniacza. ${\ Displaystyle A}$

Pojedyncze wzmacniacze są zwykle implementowane albo przez dodanie odpowiednich rezystorów sprzężenia zwrotnego do standardowego wzmacniacza operacyjnego , albo przez dedykowany układ scalony zawierający wewnętrzne rezystory sprzężenia zwrotnego. Jest to również wspólny podkomponent większych układów scalonych obsługujących sygnały analogowe.

Teoria

Wyjście idealnego wzmacniacza różnicowego jest podane przez

${\ Displaystyle V_ {\ tekst {out}} = A_ {\ tekst {d}} (V_ {\ tekst {w}} ^ {+}-V_ {\ tekst {w}} ^ {-}),}$

gdzie i są napięciami wejściowymi, a jest wzmocnieniem różnicowym. ${\ Displaystyle V_ {\ tekst {w}} ^ {+}}$${\ Displaystyle V_ {\ tekst {w}} ^ {-}}$${\ Displaystyle A_ {\ tekst {d}}}$

W praktyce jednak wzmocnienie obu wejść nie jest do końca równe. Oznacza to na przykład, że jeśli i są równe, to wyjście nie będzie równe zeru, jak byłoby to w idealnym przypadku. Bardziej realistyczne wyrażenie dla wyjścia wzmacniacza różnicowego zawiera zatem drugi termin: ${\ Displaystyle V_ {\ tekst {w}} ^ {+}}$${\ Displaystyle V_ {\ tekst {w}} ^ {-}}$

${\ Displaystyle V_ {\ tekst {na zewnątrz}} = A_ {\ tekst {d}} (V_ {\ tekst {w}} ^ {+} -V_ {\ tekst {w}} ^ {-}) + A_ { \text{c}}{\frac {V_{\text{za}}^{+}+V_{\text{za}}^{-}}{2}},}$

gdzie nazywa się wzmocnieniem w trybie wspólnym wzmacniacza. ${\displaystyle A_{\tekst{c}}}$

Ponieważ wzmacniacze różnicowe są często używane do zerowania zakłóceń lub napięć polaryzacji, które pojawiają się na obu wejściach, zwykle pożądane jest niskie wzmocnienie w trybie wspólnym.

Współczynnik tłumienia współbieżne (CMRR) zwykle określa się jako stosunek przyrostu różnicy i trybu wzmocnienia współbieżnego wskazuje na zdolność wzmacniacza dokładnie zrezygnować napięć, które są wspólne dla obu wejściach. Współczynnik odrzucenia w trybie wspólnym definiuje się jako

${\ Displaystyle {\ tekst {CMRR}} = 10 \ log _ {10} \ lewo ({\ Frac {A_ {\ tekst {d}}} {A_ {\ tekst {c}}}} \ po prawej) ^ { 2}=20\log _{10}{\frac {A_{\text{d}}}{|A_{\text{c}}|}}.}$

W idealnie symetrycznym wzmacniaczu różnicowym wynosi zero, a CMRR jest nieskończony. Zauważ, że wzmacniacz różnicowy jest bardziej ogólną formą wzmacniacza niż wzmacniacz z jednym wejściem; uziemiając jedno wejście wzmacniacza różnicowego, powstaje wzmacniacz z jednym zakończeniem. ${\displaystyle A_{\tekst{c}}}$

Para z długim ogonem

Tło historyczne

Nowoczesne wzmacniacze różnicowe są zwykle realizowane z podstawowym układem dwutranzystorowym zwanym parą „long-tailed” lub parą różnicową . Układ ten został pierwotnie zrealizowany przy użyciu pary lamp próżniowych . Obwód działa w ten sam sposób dla wszystkich urządzeń z trzema zaciskami ze wzmocnieniem prądowym. Punkty polaryzacji „długiego ogona” obwodu rezystora są w dużej mierze określone przez prawo Ohma, a mniej przez charakterystykę elementów aktywnych.

Para z długim ogonem została opracowana na podstawie wcześniejszej wiedzy na temat technik obwodów przeciwsobnych i mostków pomiarowych. Wczesny obwód, który bardzo przypomina parę o długich ogonach, został opublikowany przez brytyjskiego neurologa Bryana Matthewsa w 1934 roku i wydaje się prawdopodobne, że miał to być prawdziwy długoogon, ale został opublikowany z błędem w rysowaniu. Najwcześniejszy określony obwód pary długich ogonów pojawił się w patencie złożonym przez Alana Blumleina w 1936 roku. Pod koniec lat 30. topologia była dobrze ugruntowana i została opisana przez różnych autorów, w tym Franka Offnera (1937), Otto Schmitta (1937) i Jan Friedrich Toennies (1938) i był szczególnie używany do wykrywania i pomiaru impulsów fizjologicznych.

Para z długim ogonem była z powodzeniem stosowana we wczesnych brytyjskich komputerach, w szczególności w modelu Pilot ACE i potomkach, EDSAC Maurice'a Wilkesa i prawdopodobnie innych projektach zaprojektowanych przez ludzi, którzy pracowali z Blumleinem lub jego rówieśnikami. Para z długim ogonem ma wiele korzystnych cech, jeśli jest używana jako przełącznik: w dużej mierze odporna na zmiany lamp (tranzystorów) (co ma ogromne znaczenie, gdy maszyny zawierają 1000 lub więcej lamp), wysokie wzmocnienie, stabilność wzmocnienia, wysoka impedancja wejściowa, średnia/niska moc wyjściowa impedancja, dobry clipper (z niezbyt długim ogonem), nieodwracający ( EDSAC nie zawierał falowników! ) i duże wahania napięcia wyjściowego. Jedną z wad jest to, że wahania napięcia wyjściowego (zwykle ± 10–20 V) zostały nałożone na wysokie napięcie DC (około 200 V), wymagające staranności w sprzężeniu sygnału, zwykle w jakiejś formie szerokopasmowego sprzężenia DC. Wiele komputerów w tamtych czasach próbowało uniknąć tego problemu, używając tylko logiki impulsowej sprzężonej z AC, co czyniło je bardzo dużymi i nadmiernie złożonymi ( ENIAC : 18 000 lamp dla 20-cyfrowego kalkulatora) lub zawodnymi. Obwody sprzężone DC stały się normą po pierwszej generacji komputerów lampowych.

Konfiguracje

Różnicowy (long-tailed, emiter-coupled) wzmacniacz parowy składa się z dwóch stopni wzmacniających o wspólnej degeneracji ( emiter , źródło lub katoda ).

Wyjście różnicowe

Rysunek 2: Klasyczna para z długimi ogonami

Dzięki dwóm wejściom i dwóm wyjściom tworzy to stopień wzmacniacza różnicowego (rysunek 2). Dwie bazy (lub siatki lub bramki) są wejściami wzmacnianymi różnicowo (odejmowanymi i mnożonymi) przez parę tranzystorów; mogą być zasilane różnicowym (zrównoważonym) sygnałem wejściowym lub jedno wejście może być uziemione, tworząc obwód rozdzielacza faz . Wzmacniacz z wyjściem różnicowym może sterować obciążeniem pływającym lub innym stopniem z wejściem różnicowym.

Wyjście jednokierunkowe

Jeśli wyjście różnicowe nie jest pożądane, można użyć tylko jednego wyjścia (pobranego tylko z jednego z kolektorów (lub anod lub drenów), niezależnie od drugiego wyjścia; ta konfiguracja jest określana jako wyjście single-ended . Wzmocnienie wynosi połowę etap z wyjściem różnicowym.Aby uniknąć poświęcenia wzmocnienia, można wykorzystać konwerter różnicowy na jednokierunkowy.Jest to często implementowane jako lustro prądowe ( rysunek 3 poniżej ).

Wejście jednostronne

Para różnicowa może być używana jako wzmacniacz z wejściem niesymetrycznym, jeśli jedno z wejść jest uziemione lub podłączone do napięcia odniesienia (zazwyczaj drugi kolektor jest używany jako wyjście niesymetryczne). kaskadowo ze wspólnym kolektorem i ze wspólną zasadą lub jako buforowany ze wspólną zasadą.

Wzmacniacz ze sprzężeniem emiterowym jest kompensowany dla dryftów temperatury, _VBE jest zniesione, unika się efektu Millera i nasycenia tranzystora. Dlatego wykorzystuje się go do tworzenia wzmacniaczy ze sprzężeniem emiterowym (unikanie efektu Millera), układów rozdzielacza fazy (uzyskiwanie dwóch napięć odwrotnych), bramek i przełączników ECL (unikanie nasycenia tranzystora) itp.

Operacja

Aby wyjaśnić działanie układu, poniżej wyodrębniono cztery poszczególne tryby, chociaż w praktyce niektóre z nich działają jednocześnie, a ich efekty nakładają się.

Stronniczość

W przeciwieństwie do klasycznych stopni wzmacniających, które są spolaryzowane od strony podstawy (a więc są silnie zależne od β), para różnicowa jest bezpośrednio spolaryzowana od strony emiterów poprzez zatapianie/wprowadzanie całkowitego prądu spoczynkowego. Szeregowe ujemne sprzężenie zwrotne (degeneracja emitera) powoduje, że tranzystory działają jako stabilizatory napięcia; zmusza je dostosować swoje V _BE napięcia (prądy Base) do przekazywania prądu spoczynkowego przez ich skrzyżowań kolektor-emiter. Tak więc, z powodu ujemnego sprzężenia zwrotnego, prąd spoczynkowy zależy tylko w niewielkim stopniu od β tranzystora.

Prądy polaryzujące bazy potrzebne do wywołania prądów spoczynkowych kolektorów zwykle pochodzą z ziemi, przechodzą przez źródła wejściowe i wchodzą do baz. Tak więc źródła muszą być galwaniczne (DC), aby zapewnić ścieżki dla prądu polaryzującego i wystarczająco nisko rezystancyjne, aby nie powodować znaczących spadków napięcia na nich. W przeciwnym razie dodatkowe elementy DC należy podłączyć między podstawy a uziemienie (lub dodatni zasilacz).

Tryb zwykły

W trybie wspólnym (dwa napięcia wejściowe zmieniają się w tych samych kierunkach), dwa wtórniki napięciowe (emiterowe) współpracują ze sobą, pracując razem na wspólnym obciążeniu emitera o wysokiej rezystancji („długi ogon”). Wszystkie razem zwiększają lub zmniejszają napięcie wspólnego punktu emiterowego (mówiąc w przenośni, razem "podciągają" lub "ciągną" go tak, że się porusza). Ponadto obciążenie dynamiczne „pomaga” im, zmieniając swoją chwilową rezystancję omową w tym samym kierunku, co napięcia wejściowe (wzrasta wraz ze wzrostem napięcia i odwrotnie), utrzymując w ten sposób stałą całkowitą rezystancję między dwiema szynami zasilającymi. Jest pełna (100%) negatywna informacja zwrotna; dwa wejściowe napięcia bazowe i napięcie emitera zmieniają się jednocześnie, podczas gdy prądy kolektora i całkowity prąd nie zmieniają się. W rezultacie napięcia kolektora wyjściowego również się nie zmieniają.

Tryb różnicowy

Normalna. W trybie różnicowym (dwa napięcia wejściowe zmieniają się w przeciwnych kierunkach) dwa wtórniki napięciowe (emiterowe) przeciwstawiają się sobie – podczas gdy jeden z nich próbuje zwiększyć napięcie wspólnego punktu emiterowego, drugi próbuje je zmniejszyć (mówiąc w przenośni, jeden z nich „podciąga” punkt wspólny, a drugi „ciągnie” go w dół tak, aby pozostał nieruchomy) i odwrotnie. Tak więc wspólny punkt nie zmienia swojego napięcia; zachowuje się jak wirtualna ziemia o wielkości określonej przez napięcia wejściowe w trybie wspólnym. Element emitera o wysokiej rezystancji nie odgrywa żadnej roli — jest bocznikowany przez inny popychacz emitera o niskiej rezystancji. Nie ma ujemnego sprzężenia zwrotnego, ponieważ napięcie emitera w ogóle się nie zmienia, gdy zmieniają się wejściowe napięcia bazowe. Wspólny prąd spoczynkowy energicznie steruje między dwoma tranzystorami, a napięcia wyjściowe kolektora gwałtownie się zmieniają. Dwa tranzystory wzajemnie uziemiają swoje emitery; tak więc, chociaż są to stopnie ze wspólnym kolektorem , w rzeczywistości działają jako stopnie ze wspólnym emiterem z maksymalnym wzmocnieniem. Stabilność polaryzacji i niezależność od zmian parametrów urządzenia można poprawić dzięki ujemnemu sprzężeniu zwrotnemu wprowadzonemu przez rezystory katodowo-emiterowe o stosunkowo małych rezystancjach.

Przesterowany. Jeśli wejściowe napięcie różnicowe zmieni się znacznie (ponad około stu miliwoltów), tranzystor napędzany niższym napięciem wejściowym wyłącza się, a jego napięcie kolektora dociera do dodatniej szyny zasilającej. Przy wysokim przesterowaniu złącze baza-emiter zostaje odwrócone. Drugi tranzystor (napędzany wyższym napięciem wejściowym) napędza cały prąd. Jeśli rezystor na kolektorze jest stosunkowo duży, tranzystor ulegnie nasyceniu. Przy stosunkowo małym rezystorze kolektora i umiarkowanym przesterowaniu emiter może nadal podążać za sygnałem wejściowym bez nasycenia. Ten tryb jest używany w przełącznikach różnicowych i bramkach ECL .

Awaria. Jeśli napięcie wejściowe nadal rośnie i przekracza napięcie przebicia baza-emiter, złącze baza-emiter tranzystora napędzanego niższym napięciem wejściowym ulega uszkodzeniu . Jeśli źródła wejściowe mają niską rezystancję, nieograniczony prąd popłynie bezpośrednio przez „mostek diodowy” między dwoma źródłami wejściowymi i uszkodzi je.

W trybie wspólnym napięcie emitera podąża za zmianami napięcia wejściowego; występuje pełne negatywne sprzężenie zwrotne, a wzmocnienie jest minimalne. W trybie różnicowym napięcie emitera jest stałe (równe chwilowemu wspólnemu napięciu wejściowemu); nie ma negatywnego sprzężenia zwrotnego, a wzmocnienie jest maksymalne.

Ulepszenia wzmacniacza różnicowego

Źródło prądu stałego emitera

Rysunek 3: Ulepszona para z długim ogonem z obciążeniem prądowo-zwierciadlanym i polaryzacją stałoprądową

Prąd spoczynkowy musi być stały, aby zapewnić stałe napięcie kolektora w trybie wspólnym. Wymóg ten nie jest tak ważny w przypadku wyjścia różnicowego, ponieważ dwa napięcia kolektora będą się zmieniać jednocześnie, ale ich różnica (napięcie wyjściowe) nie będzie się zmieniać. Ale w przypadku wyjścia z jednym końcem niezwykle ważne jest utrzymywanie stałego prądu, ponieważ napięcie kolektora wyjściowego będzie się zmieniać. Zatem im wyższa rezystancja źródła prądu , tym mniejsze (lepsze) wzmocnienie w trybie wspólnym . Potrzebny prąd stały można wytworzyć przez podłączenie elementu (rezystora) o bardzo dużej rezystancji między wspólnym węzłem emitera a szyną zasilającą (ujemny dla NPN i dodatni dla tranzystorów PNP), ale będzie to wymagało wysokiego napięcia zasilania. Dlatego w bardziej wyrafinowanych konstrukcjach element o wysokiej rezystancji różnicowej (dynamicznej) zbliżony do źródła/odbiornika prądu stałego jest zastępowany „długim ogonem” (rysunek 3). Jest to zwykle realizowane przez lustro prądowe ze względu na wysoką podatność napięcia (niewielki spadek napięcia na tranzystorze wyjściowym). ${\displaystyle R_{\tekst{e}}}$${\displaystyle A_{\tekst{c}}}$

Zwierciadło prądu kolektora

Rezystory kolektora można zastąpić zwierciadłem prądowym, którego część wyjściowa działa jako obciążenie czynne (rys. 3). W ten sposób różnicowy sygnał prądowy kolektora jest przekształcany na sygnał napięciowy o jednym końcu bez wewnętrznych strat 50%, a wzmocnienie jest znacznie zwiększone. Osiąga się to poprzez skopiowanie prądu kolektora wejściowego z lewej strony na prawą, gdzie sumują się wielkości dwóch sygnałów wejściowych. W tym celu wejście zwierciadła prądowego jest połączone z lewym wyjściem, a wyjście zwierciadła prądowego jest połączone z prawym wyjściem wzmacniacza różnicowego.

Rysunek 4: Charakterystyka transmisji

Zwierciadło prądowe kopiuje prąd lewego kolektora i przepuszcza go przez prawy tranzystor, który wytwarza prąd prawego kolektora. Na tym prawym wyjściu wzmacniacza różnicowego odejmuje się dwa prądy sygnału (zmiany prądu dodatniego i ujemnego). W tym przypadku (różnicowy sygnał wejściowy) są one równe i przeciwne. Zatem różnica wynosi dwukrotność prądów poszczególnych sygnałów (Δ I  − (−Δ I ) = 2Δ I ), a konwersja różnicowa do niesymetrycznej jest zakończona bez strat wzmocnienia. Na rys. 4 przedstawiono charakterystykę transmisji tego obwodu.

Rozważania dotyczące interfejsu

Pływające źródło wejściowe

Możliwe jest podłączenie pływającego źródła między dwiema bazami, ale konieczne jest zapewnienie ścieżek dla prądów polaryzujących baz. W przypadku źródła galwanicznego wystarczy podłączyć tylko jeden rezystor pomiędzy jedną z podstaw a uziemieniem. Prąd polaryzujący wejdzie bezpośrednio do tej bazy i pośrednio (poprzez źródło wejściowe) do drugiej. Jeśli źródło jest pojemnościowe, dwa rezystory muszą być podłączone między dwiema bazami a ziemią, aby zapewnić różne ścieżki dla prądów bazy.

Impedancja wejściowa/wyjściowa

Impedancja wejściowa pary różnicowej w dużym stopniu zależy od trybu wejściowego. W trybie wspólnym obie części zachowują się jak stopnie wspólnego kolektora z dużym obciążeniem emitera; więc impedancje wejściowe są niezwykle wysokie. W trybie różnicowym zachowują się jak stopnie wspólnego emitera z uziemionymi emiterami; więc impedancje wejściowe są niskie.

Impedancja wyjściowa pary różnicowej jest wysoka (szczególnie w przypadku ulepszonej pary różnicowej ze zwierciadłem prądowym, jak pokazano na rysunku 3 ).

Zakres wejścia/wyjścia

Napięcie wejściowe w trybie wspólnym może różnić się między dwiema szynami zasilającymi, ale nie może do nich ściśle dotrzeć, ponieważ pewne spadki napięcia (minimum 1 wolt) muszą pozostać na tranzystorach wyjściowych dwóch zwierciadeł prądowych.

Wzmacniacz operacyjny jako wzmacniacz różnicowy

Rysunek 5: Wzmacniacz różnicowy wzmacniacza operacyjnego

Wzmacniacz operacyjny lub wzmacniacz operacyjny jest różnicowy wzmacniacz o bardzo dużym wzmocnieniu trybie różnicowym, wysokiej impedancji wejściowej i niskiej impedancji wyjściowej. Wzmacniacz różnicowy wzmacniacza operacyjnego można zbudować z przewidywalnym i stabilnym wzmocnieniem poprzez zastosowanie ujemnego sprzężenia zwrotnego (rysunek 5). Niektóre rodzaje wzmacniaczy różnicowych zwykle zawierają kilka prostszych wzmacniaczy różnicowych. Na przykład, całkowicie wzmacniacz różnicowy An wzmacniacz oprzyrządowania , lub wzmacniacz izolację są często zbudowane z połączenia kilku wzmacniaczy operacyjnych.

Aplikacje

Wzmacniacze różnicowe znajdują się w wielu obwodach, które wykorzystują szeregowe ujemne sprzężenie zwrotne (wtórnik wzmacniacza operacyjnego, wzmacniacz nieodwracający itp.), gdzie jedno wejście jest używane dla sygnału wejściowego, a drugie dla sygnału sprzężenia zwrotnego (zazwyczaj realizowane przez wzmacniacze operacyjne ) . Dla porównania, staromodne odwracające wzmacniacze operacyjne typu single-ended z wczesnych lat 40-tych mogły realizować tylko równoległe ujemne sprzężenie zwrotne poprzez podłączenie dodatkowych sieci rezystorów (najpopularniejszym przykładem jest wzmacniacz odwracający wzmacniacz operacyjny). Typowym zastosowaniem jest sterowanie silnikami lub serwomechanizmami , a także aplikacje wzmacniające sygnał. W elektronice dyskretnej powszechnym układem do implementacji wzmacniacza różnicowego jest para z długim ogonem , która jest również zwykle stosowana jako element różnicowy w większości układów scalonych wzmacniaczy operacyjnych . Para z długim ogonem może być używana jako mnożnik analogowy z napięciem różnicowym jako jednym wejściem i prądem polaryzującym jako drugim.

Wzmacniacz różnicowy jest używany jako bramki logiczne sprzężone ze stopniem wejściowym i jako przełącznik. Gdy jest używany jako przełącznik, „lewa” podstawa/siatka jest używana jako wejście sygnału, a „prawa” podstawa/siatka jest uziemiona; moc pobierana jest z prawego kolektora/płyty. Gdy wejście jest zerowe lub ujemne, wyjście jest bliskie zeru (ale nie może być nasycone); gdy wejście jest dodatnie, wyjście jest najbardziej dodatnie, a działanie dynamiczne jest takie samo, jak w przypadku użycia wzmacniacza opisanego powyżej.

Symetryczna sieć sprzężenia zwrotnego eliminuje wzmocnienie w trybie wspólnym i odchylenie w trybie wspólnym

Rysunek 6: Wzmacniacz różnicowy z nieidealnym wzmacniaczem operacyjnym: wejściowy prąd polaryzacji i różnicowa impedancja wejściowa

W przypadku, gdy prąd polaryzacji lub impedancja wejścia różnicowego wzmacniacza operacyjnego (nieidealne) mają istotny wpływ, można wybrać sieć sprzężenia zwrotnego, która poprawia efekt sygnału wejściowego w trybie wspólnym i bias. Na rysunku 6 generatory prądu modelują prąd polaryzacji wejściowej na każdym zacisku; I ⁺ _b i I ⁻ _b reprezentują wejściowy prąd polaryzacji odpowiednio na zaciskach V ⁺ i V ⁻ .

Odpowiednik Thevenina dla sieci sterującej zaciskiem V ⁺ ma napięcie V ⁺ ' i impedancję R ⁺ ':

${\ Displaystyle {V ^ {+}} '= V_ {\ tekst {w}} ^ {+} R_ {\ równoległy} ^ {+} / R_ {\ tekst {i}} ^ {+}-I_ {\ text{b}}^{+}R_{\parallel }^{+};\quad {R^{+}}'=R_{\parallel }^{+}=R_{\text{i}}^{ +}\parallel R_{\text{f}}^{+},}$

natomiast dla sieci sterującej V ⁻ terminalem:

${\ Displaystyle {V ^ {-}} '= V_ {\ tekst {w}} ^ {-} R_ {\ równoległy} ^ {-} / R_ {\ tekst {i}} ^ {-} + V_ {\ text{out}}R_{\parallel }^{-}/R_{\text{f}}^{-}-I_{\text{b}}^{-}R_{\parallel }^{-}; \quad {R^{-}}'=R_{\parallel }^{-}=R_{\text{i}}^{-}\parallel R_{\text{f}}^{-}.}$

Wyjście wzmacniacza operacyjnego to tylko wzmocnienie pętli otwartej A _ol razy różnicowy prąd wejściowy i razy różnicowa impedancja wejściowa 2 R _d , a zatem

${\ Displaystyle V_ {\ tekst {out}} = A_ {\ tekst {ol}} \ cdot 2R_ {\ tekst {d}} {\ Frac {{V ^ {+}} '- {V ^ {-}} '}{2R_{\parallel }+2R_{\text{d}}}}=({V^{+}}'-{V^{-}}')A_{\text{ol}}R_{\ równolegle }/(R_{\parallel }\parallel R_{\text{d}}),}$

gdzie R _|| jest średnią z R ⁺ _|| oraz R ⁻ _|| .

Te równania ulegają dużemu uproszczeniu, jeśli

${\ Displaystyle R_ {\ tekst {i}} ^ {+} = R_ {\ tekst {i}} ^ {-}, \ quad R_ {\ tekst {f}} ^ {+} = R_ {\ tekst {f }}^{-},}$

w wyniku relacji

${\ Displaystyle V_ {\ tekst {w}} ^ {+} -V_ {\ tekst {w}} ^ {-}-R_ {\ tekst {i}} I_ {\ tekst {b}} ^ {\ Delta} =V_{\text{out}}\left[{\frac {R_{\text{i}}}{R_{\text{f}}}}+{\frac {1}{A_{\text{ol }}{\frac {W_{\text{i}}}{W_{\text{i}}\parallel W_{\text{f}}\parallel W_{\text{d}}}}}}\right ],}$

co oznacza, że ​​wzmocnienie pętli zamkniętej dla sygnału różnicowego wynosi V ⁺ _in  -  V ^- _in , ale wzmocnienie w trybie wspólnym jest identycznie równe zero.

Oznacza to również, że prąd polaryzacji wejścia w trybie wspólnym zniknął, pozostawiając tylko prąd przesunięcia wejściowego I ^Δ _b = I ⁺ _b  −  I ⁻ _b wciąż obecny i ze współczynnikiem R _i . To jest tak, że prąd wejściowy przesunięcie odpowiada napięciu wejściowym offsetu działającego wewnątrz sieci oporu wejścia R _ı , czyli rezystancja źródło sieci zwrotnej na zaciskach wejściowych.

Wreszcie, dopóki wzmocnienie napięciowe A _ol w otwartej pętli jest znacznie większe niż jedność, wzmocnienie napięciowe w pętli zamkniętej wynosi R _f / R _i , wartość, którą można uzyskać za pomocą analizy reguły znanej jako „wirtualna masa ”.

Przypisy

Zobacz też

• Cela Gilberta
• Wzmacniacz oprzyrządowania
• Konfiguracja różnicowa wzmacniacza operacyjnego
• Logika sprzężona z emiterem

Bibliografia

Zewnętrzne linki

• Wzmacniacz różnicowy BJT – obwód i objaśnienie
• Stanowisko testowe dla obwodów różnicowych
• Nota aplikacyjna: Urządzenia analogowe – AN-0990: Zakańczanie wzmacniacza różnicowego w zastosowaniach z wejściem niesymetrycznym