Na zosilnenie rozdielu medzi dvoma vstupnými signálmi sa používa diferenciálny zosilňovač (DU). Možno ho považovať za analógový obvod s dvoma vstupmi a jedným výstupom.
Zosilňovače používané v rôznych elektrickýcha elektronické obvody na generovanie signálov a vykonávanie matematických operácií sa nazývajú operačné zosilňovače (OA). Sú kľúčovými komponentmi elektronického analógového počítača. Ich vynález na začiatku štyridsiatych rokov minulého storočia viedol k nahradeniu mechanických kalkulačiek tichou a rýchlou elektronikou. Mnoho analógových počítačov sa spoliehalo na vákuové trubice komerčne dostupné od spoločnosti George Philbrick v roku 1952.
V roku 1963 postavil Bob Widlar vo Fairchild Semiconductor jednokruhový operačný zosilňovač A702, prvý monolitický IC operačný zosilňovač.
Diferenciálny operačný zosilňovač môže byť zostavený v obvode, ako je znázornené na obrázku nižšie, ktorý pozostáva z dvoch tranzistorov T1 a T2.
Diaľkový ovládač má dva vstupy I1 a I2 a dva výstupyV1out a V2out. Vstup I1 je privádzaný na základňový terminál tranzistora T1, vstup I2 je privádzaný na základňový terminál tranzistora T2. Vysielačové výstupy tranzistora T1 a tranzistora T2 sú spojené so spoločným emitorovým odporom. Dva vstupy I1 a I2 teda ovplyvnia výstupy V1out a V2out. Obvod pozostáva z dvoch napájacích napätí Vcc a Vee, ale neexistuje žiadny uzemňovací kolík. Aj pri jednom napájacom napätí môže obvod fungovať normálne (podobne pri použití dvoch napájacích napätí). Preto sú opačné body kladného napätia a záporného napájacieho napätia pripojené k zemi.
Činnosť diferenciálneho zosilňovača je znázornená na diagrame na obrázku nižšie.
Ak je vstupný signál (I1) privedený na základňutranzistor T1, potom sa cez odpor pripojený k tranzistorovému tranzistoru T1 objaví kladný pokles napätia, ktorý bude menší. Ak vstupný signál (I1) nie je aplikovaný na základňu tranzistora T1, potom cez odpor pripojený k tranzistorovému tranzistoru T1 dôjde k kladnému poklesu napätia, ktorý bude veľký.
Dá sa povedať, že invertujúci výstup zhasnecez kolektorovú svorku tranzistora T1 na základe vstupného signálu I1 dodávaného do svorky T1 základne. Ak je T1 zapnutý použitím kladnej hodnoty I1, potom sa prúd cez odpor emitora zvýši, keď sú prúd emitora a kolektorový prúd takmer rovnaké. Ak sa pokles napätia cez odpor emitora zvýši, potom žiarič oboch tranzistorov ide kladným smerom. Ak je vysielač tranzistora T2 kladný, potom bude základňa T2 záporná a v tomto stave bude prúd menší. A na rezistore pripojenom k kolektorovému kolíku tranzistora T2 bude menší pokles napätia.
Preto pre toto pozitívnekolektorový vstup T2 pôjde kladným smerom. Dá sa povedať, že neinvertujúci výstup objavujúci sa na svorke kolektora tranzistora T2 je založený na vstupnom signáli aplikovanom na základňu T1. Diferenciálny zosilňovač prijíma výstupný signál medzi svorky kolektora tranzistorov T1 a T2. Z vyššie uvedeného schematického diagramu sa predpokladá, že všetky charakteristiky tranzistorov T1 a T2 sú identické, a ak sú základné napätia Vb1 rovné Vb2 (základné napätie tranzistora T1 sa rovná základnému napätiu tranzistora T2), potom budú emitorové prúdy oboch tranzistorov rovnaké (Iem1 = Iem2).
Celkový emitorový prúd bude teda rovnýsúčet emitorových prúdov T1 (Iem1) a T2 (Iem2). Výpočet diferenciálneho zosilňovača. Iem1 = Iem2 Ie = Iem1 + Iem2 Vev = Vb-Vb em I em = (Vb-Vb em) / Rem. Prúd emitora teda zostáva rovnaký bez ohľadu na hodnotu hfe tranzistorov T1 a T2. Ak sú odpory pripojené k terminálom kolektora T1 a T2 rovnaké, potom je ich napätie kolektora tiež rovnaké.
Tento zosilňovač (operačný zosilňovač, anglická verzia) môžebyť ideálne s nekonečným ziskom a šírkou pásma, ak sa používa v režime otvorenej slučky s typickým zosilnením jednosmerného prúdu vyšším ako 100 000 alebo 100 dB. Operačný zosilňovač diferenciálneho prúdu má dva vstupy, z ktorých jeden je invertovaný. Zosilnený rozdiel medzi týmito vstupmi je na výstupe ako napätie. Ideálny operačný zosilňovač má nekonečne vysoký zisk. To by malo vyjadrovať symbol nekonečna s novým symbolom. Operačný zosilňovač funguje buď s dvoma kladnými (+ V) alebo zodpovedajúcimi zápornými (-V) zdrojmi, alebo môže pracovať s jediným zdrojom konštantného napätia.
Spočívajú v tom, že taký zosilňovač mánekonečná vstupná impedancia (Z = ∞), čo má za následok, že do jedného z jeho dvoch vstupov netečie žiadny prúd a napätie predpätia vstupného napätia V1 = V2. Operačný zosilňovač má tiež nulovú výstupnú impedanciu (Z = 0). Optické zosilňovače detegujú rozdiel medzi napäťovými signálmi aplikovanými na ich dva vstupné terminály a potom ich vynásobia nejakým vopred určeným ziskom (A). Tento zisk (A) sa často označuje ako zisk z otvorenej slučky. Operačné zosilňovače je možné pripojiť v dvoch základných konfiguráciách - invertujúce a neinvertujúce.
Pre negatívnu spätnú väzbu, ak napätiespätná väzba je na vstupe v protifáze, celkový zisk klesá. Pre pozitívnu spätnú väzbu, keď je napätie spätnej väzby vo „fáze“, vstup do zosilňovača sa zvýši. Pripojením výstupu späť do záporného vstupného konektora sa dosiahne 100% spätná väzba, čo má za následok obvod sledovača napätia (vyrovnávacia pamäť) s konštantným zosilnením 1 (jednota). Nahradením pevného spätnoväzbového odporu (Rƒ) potenciometra bude mať obvod nastaviteľný zisk.
Základné:
Základné:
Jeho princíp činnosti je znázornený na obrázku nižšie.
Je postavený pomocou dvoch párovanítranzistory v spoločnej konfigurácii emitorov, ktorých žiariče sú navzájom prepojené. Jednoduchý obvod schopný zosilniť malé signály medzi dvoma vstupmi, pričom stále potláča šumové signály spoločné pre oba vstupy.
Bifolárny diferenciálny zosilňovačtranzistory (BJT) majú jedinečnú topológiu: dva vstupy a dva výstupy. Aj keď je možné použiť iba jeden výstup, rozdiel medzi oboma výstupmi zdvojnásobí prínos! A zlepšuje odmietnutie spoločného režimu (CMR), keď je signál spoločného režimu zdrojom šumu alebo DC offsetom z predchádzajúcej fázy.
Na základe metód zadávania vstupných a výstupných údajov môžu mať diferenciálne zosilňovače štyri rôzne konfigurácie, ako je uvedené nižšie.
Pri navrhovaní analógových stavebných blokov(rôzne typy predzosilňovačov, filtrov atď.), je dôležité, spolu s vývojom moderných riešení pre hlboké submikrónové technológie, venovať pozornosť aj novým štrukturálnym riešeniam tradičných zosilňovacích zariadení.
DC diferenciálny zosilňovač(DUPT), jeho výstupné napätie je úmerné rozdielu medzi dvoma vstupnými napätiami. To môže byť reprezentované vo forme rovnice nasledovne: V out = A * ((Vin +) - (Vin-)), kde A = zisk.
V praktických obvodoch sa DU používa na zosilnenie: impulzov cez dlhé vodiče, zvuku, rádiových frekvencií, riadenia motorov a servomotorov, elektrokardiogramov, informácií o magnetických pamäťových zariadeniach.
Diferenciálny zosilňovač má niekoľko nevýhod, ktoré obmedzujú jeho použitie v elektronike:
