Ako funguje diferenciálny zosilňovač v elektronike?
Ahoj! Ako dodávateľ elektronických súčiastok som z prvej ruky videl, ako rôzne súčiastky zohrávajú rozhodujúcu úlohu v rôznych elektronických obvodoch. Jedným z takýchto dôležitých prvkov obvodu je diferenciálny zosilňovač. V tomto blogu rozoberiem, ako funguje diferenciálny zosilňovač a prečo je taký užitočný v elektronike.
Čo je to diferenciálny zosilňovač?
Diferenciálny zosilňovač je typ elektronického zosilňovača, ktorý zosilňuje rozdiel medzi dvoma vstupnými signálmi, pričom odmieta akékoľvek signály v bežnom režime. Zjednodušene povedané, pozerá sa na rozdiely medzi dvoma vstupnými napätiami a zvyšuje tento rozdiel. Je to super praktické, pretože v scenároch reálneho sveta sa často vyskytujú nežiaduce signály, ktoré sú spoločné pre oba vstupy (signály bežného režimu) a nechceme, aby ovplyvňovali náš výstup.
Základná štruktúra a komponenty
Základný obvod diferenciálneho zosilňovača sa zvyčajne skladá z dvoch tranzistorov (buď bipolárnych tranzistorov alebo tranzistorov s efektom poľa) spojených v špecifickej konfigurácii. Pre jednoduchosť sa pozrime na verziu s bipolárnym prechodovým tranzistorom (BJT).
Máme dva vstupné terminály, nazvime ich $V_{in1}$ a $V_{in2}$. Každý vstup je pripojený k báze tranzistora. Emitory týchto dvoch tranzistorov sú navzájom spojené a sú zvyčajne predpäté zdrojom konštantného prúdu. Kolektory tranzistorov sú pripojené k napájaniu cez zaťažovacie odpory.
Ako to funguje: Základy
Keď aplikujeme dve vstupné napätia $V_{in1}$ a $V_{in2}$ na diferenciálny zosilňovač, tranzistory reagujú na základe rozdielu medzi týmito napätiami.
Predpokladajme, že dve vstupné napätia sú rovnaké, tj $V_{in1}=V_{in2}$. V tomto prípade budú prúdy pretekajúce cez dva tranzistory rovnaké. Keďže kolektory sú pripojené k zaťažovacím odporom, poklesy napätia na týchto odporoch budú tiež rovnaké. Takže výstupné napätie, ktoré je rozdielom medzi napätiami na dvoch kolektoroch, bude nulové. Toto je odmietnutie signálu spoločného režimu.
Ak je teraz $V_{in1}$ väčší ako $V_{in2}$, tranzistor pripojený k $V_{in1}$ bude viesť väčší prúd v porovnaní s tranzistorom pripojeným k $V_{in2}$. To spôsobí väčší pokles napätia na zaťažovacom odpore prvého tranzistora a menší pokles napätia na zaťažovacom odpore druhého tranzistora. Výsledkom bude nenulové výstupné napätie, ktoré predstavuje zosilnený rozdiel medzi $V_{in1}$ a $V_{in2}$.
Common - Mode Rejection Ratio (CMRR)
Schopnosť diferenciálneho zosilňovača odmietať signály v spoločnom režime sa meria pomocou pomeru odmietnutia spoločného režimu (CMRR). Je definovaný ako pomer zosilnenia v diferenciálnom režime ($A_d$) k zisku v bežnom režime ($A_{cm}$).
[CMRR = \frac{A_d}{A_{cm}}]
Vysoká hodnota CMRR je žiaduca, pretože znamená, že zosilňovač môže efektívne ignorovať signály spoločného režimu a zamerať sa na zosilnenie diferenciálneho signálu. Napríklad v kvalitnom diferenciálnom zosilňovači môže byť CMRR v rozsahu 80 - 100 dB.
Aplikácie diferenciálnych zosilňovačov
Diferenciálne zosilňovače majú široké uplatnenie v elektronike.
- Prístrojové zosilňovače: Používajú sa v meracích a testovacích zariadeniach. Potrebujú zosilniť malé diferenciálne signály a zároveň potlačiť šum spoločného režimu, ktorý môže byť prítomný v meracom prostredí. Napríklad v obvode snímača teploty môže diferenciálny zosilňovač zosilniť malý rozdiel napätia generovaný snímačom, pričom ignoruje akýkoľvek elektrický šum, ktorý je prítomný na oboch vstupných vedeniach.
- Audio systémy: Diferenciálne zosilňovače sa používajú v audio predzosilňovačoch na zlepšenie pomeru signálu k šumu. Môžu odmietnuť akýkoľvek šum alebo rušenie, ktoré je spoločné pre oba vstupné kanály.
- Komunikačné systémy: V komunikačných systémoch sa používajú diferenciálne zosilňovače na zosilnenie diferenciálnych signálov prenášaných cez diaľkové káble. Pomáha to znižovať účinky elektromagnetického rušenia (EMI) a presluchov.
Naše elektronické komponenty pre diferenciálne zosilňovače
Ako dodávateľ elektronických súčiastok ponúkame rôzne súčiastky, ktoré možno použiť v obvodoch diferenciálnych zosilňovačov. Napríklad máme kvalitné rezistory a kondenzátory, ktoré sú nevyhnutné pre predpätie tranzistorov a nastavenie zosilnenia zosilňovača.
Máme tiež veľký výber tranzistorov, BJT aj FET, ktoré možno použiť na zostavenie diferenciálnych zosilňovačov. Tieto tranzistory majú vynikajúce výkonové charakteristiky, ako je vysoký zisk a nízky šum, ktoré sú kľúčové pre dobre fungujúci diferenciálny zosilňovač.
Okrem toho ponúkame niekoľko kondenzátorov, ktoré možno použiť v súvisiacich obvodoch. Pozrite si našeCBB65 AC motorový kondenzátor,Štartovací kondenzátor CD60, aŠtartovací kondenzátor striedavého motora CBB61. Zatiaľ čo tieto sú hlavne pre motorové aplikácie, môžu sa použiť aj v niektorých napájacích alebo filtračných obvodoch, ktoré sú súčasťou väčšieho systému obsahujúceho diferenciálne zosilňovače.
Prečo si vybrať naše komponenty?
Naše komponenty pochádzajú od spoľahlivých výrobcov a sú dôkladne testované, aby sa zabezpečila vysoká kvalita a výkon. Chápeme dôležitosť komponentov, ktoré fungujú konzistentne v elektronických obvodoch, najmä v kritických aplikáciách, ako sú diferenciálne zosilňovače.
Ponúkame tiež konkurencieschopné ceny a vynikajúce služby zákazníkom. Či už ste nadšenec, ktorý stavia malý projekt, alebo profesionálny inžinier pracujúci na veľkom dizajne, sme tu, aby sme vám pomohli nájsť tie správne komponenty pre vaše potreby.
Spojme sa a diskutujme o vašom obstarávaní
Ak hľadáte elektronické súčiastky pre obvody diferenciálneho zosilňovača alebo akékoľvek iné projekty, neváhajte a oslovte. Sme viac než radi, že preberieme vaše požiadavky, poskytneme technickú podporu a ponúkneme konkurenčné cenové ponuky. Či už potrebujete malé množstvo na prototypovanie alebo zákazku výroby vo veľkom meradle, my vám pomôžeme.
Referencie
- Horowitz, P. a Hill, W. (1989). Umenie elektroniky. Cambridge University Press.
- Sedra, AS a Smith, KC (2015). Mikroelektronické obvody. Oxford University Press.