Ein Differenzialverstärker ist ein Typ des elektronischen Verstärkers, der den Unterschied zwischen zwei Stromspannungen verstärkt, aber die besonderen Stromspannungen nicht verstärkt.

Theorie

Viele elektronische Geräte verwenden Differenzialverstärker innerlich.

Durch die Produktion eines idealen Differenzialverstärkers wird gegeben:

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Wo und die Eingangsstromspannungen sind und der Differenzialgewinn ist.

In der Praxis, jedoch, ist der Gewinn für die zwei Eingänge nicht ziemlich gleich. Das bedeutet zum Beispiel, dass, wenn und gleich sind, die Produktion Null nicht sein wird, wie es im idealen Fall sein würde. Ein realistischerer Ausdruck für die Produktion eines Differenzialverstärkers schließt so einen zweiten Begriff ein.

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wird den Gewinn der allgemeinen Weise des Verstärkers genannt.

Da Differenzialverstärker häufig an die Null Geräusch oder Neigungsstromspannungen gewöhnt sind, die an beiden Eingängen erscheinen, wird ein niedriger Gewinn der allgemeinen Weise gewöhnlich gewünscht.

Das Verwerfungsverhältnis der allgemeinen Weise (CMRR), das gewöhnlich als das Verhältnis zwischen Differenzialweise-Gewinn und Gewinn der allgemeinen Weise definiert ist, zeigt die Fähigkeit des Verstärkers an, Stromspannungen genau zu annullieren, die für beide Eingänge üblich sind. Das Verwerfungsverhältnis der allgemeinen Weise wird als definiert:

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In einem vollkommen symmetrischen Differenzialverstärker, ist Null, und der CMRR ist unendlich. Bemerken Sie, dass ein Differenzialverstärker eine allgemeinere Form des Verstärkers ist als einer mit einem einzelnen Eingang; durch das Fundament eines Eingangs eines Differenzialverstärkers resultiert ein einzeln beendeter Verstärker.

Paar mit dem langen Schwanz

Historischer Hintergrund

Das Paar mit dem langen Schwanz wurde mit einem Paar von Vakuumtuben ursprünglich durchgeführt. Der Stromkreis arbeitet derselbe Weg für alle Drei-Terminals-Geräte mit dem aktuellen Gewinn. Die Widerstand-Stromkreis-Neigungspunkte des langen Schwanzes werden durch das Gesetz des Ohms und weniger durch aktive Teileigenschaften größtenteils bestimmt.

Das Paar mit dem langen Schwanz wurde von früheren Kenntnissen von Stromkreis-Techniken des Stoß-Ziehens und Maß-Brücken entwickelt. Der frühste Stromkreis, der als ein Paar mit dem langen Schwanz in seiner herkömmlichen Form aufrichtig erkennbar ist, wird von Matthews (1934) gegeben, und dieselbe Stromkreis-Form erscheint in einem Patent, das von Alan Blumlein 1936 vorgelegt ist. Am Ende der 1930er Jahre wurde die Topologie gut gegründet und war von verschiedenen Autoren einschließlich Offner (1937), Schmitt (1937) und Toennies (1938) beschrieben worden, und Es wurde besonders für die Entdeckung und das Maß von physiologischen Impulsen verwendet.

Das Paar mit dem langen Schwanz wurde in der frühen britischen Computerwissenschaft, am meisten namentlich das HERVORRAGENDE Versuchsmodell und die Nachkommen, der EDSAC von Wilkes, und wahrscheinlich die anderen sehr erfolgreich verwendet, die von Leuten entworfen sind, die mit Blumlein oder seinen Gleichen gearbeitet haben. Das Paar mit dem langen Schwanz hat viele Attribute als ein Schalter: Größtenteils geschützt zur Tube (Transistor) Schwankungen (von großer Bedeutung, als Maschinen 1,000 oder mehr Tuben enthalten haben), hoher Gewinn, Gewinn-Stabilität, hoch Eingangsscheinwiderstand, mittlerer/niedriger Produktionsscheinwiderstand, guter Klipper (mit nicht der zu lange Schwanz), nichtumkehrend (hat EDSAC keinen inverters enthalten!) und große Produktionsspannungsschwankungen. Ein Nachteil ist, dass die Produktionsspannungsschwankung (normalerweise ±10-20 V) einer hohen Gleichstrom-Stromspannung (200 ungefähr V) auferlegt wurde, Sorge in der Signalkopplung, gewöhnlich eine Form der Breitbandgleichstrom-Kopplung verlangend. Viele Computer dieser Zeit haben versucht, dieses Problem durch das Verwenden nur der AC-coupled Pulslogik zu vermeiden, die sie sehr groß und allzu kompliziert gemacht hat (ENIAC: 18,000 Tuben für eine 20 Ziffer-Rechenmaschine) oder unzuverlässig. Gleichstrom-verbundenes Schaltsystem ist die Norm nach der ersten Generation von Vakuumtube-Computern geworden.

Konfigurationen

Ein Differenzial (mit dem langen Schwanz, emittergekoppelt) Paar-Verstärker besteht aus zwei ausführlicher erläuternden Stufen mit dem allgemeinen (Emitter, Quelle oder Kathode) Entartung.

Differenzialproduktion

Mit zwei Eingängen und zwei Produktionen bildet das eine Differenzialverstärker-Bühne (Abb. 2). Die zwei Basen (oder Bratrost oder Tore) sind Eingänge, die (abgezogen und multipliziert) vom Paar unterschiedlich verstärkt werden; sie können mit (dem erwogenen) Eingangssignal eines Differenzials gefüttert werden, oder ein Eingang konnte niedergelegt werden, um eine Phase splitter Stromkreis zu bilden. Ein Verstärker mit der Differenzialproduktion kann Schwimmlast oder eine andere Bühne mit dem Differenzialeingang steuern.

Einzeln beendete Produktion

Wenn die Differenzialproduktion nicht gewünscht wird, dann kann nur eine Produktion verwendet werden (genommen von gerade einem der Sammler (oder Anoden oder Abflussrohre), die andere Produktion ohne einen Sammler-Induktor ignorierend; diese Konfiguration wird einzeln beendete Produktion genannt. Der Gewinn ist halb mehr als das der Bühne mit der Differenzialproduktion. Um zu vermeiden, Gewinn zu opfern, kann ein Differenzial zum einzeln beendeten Konverter verwertet werden. Das wird häufig als ein aktueller Spiegel (Abb. 3) durchgeführt.

Operation

Um die Stromkreis-Operation zu erklären, werden vier besondere Weisen unten isoliert, obwohl, in der Praxis, einige von ihnen gleichzeitig handeln und ihre Effekten überlagert sind.

Das Beeinflussen

Im Vergleich mit klassischen ausführlicher erläuternden Stufen, die von der Seite der Basis beeinflusst werden (und so sind sie hoch β-dependent) wird das Differenzialpaar von der Seite der Emitter direkt beeinflusst, indem es den ruhigen Gesamtstrom/einspritzt sinkt. Die Reihe negatives Feed-Back (die Emitter-Entartung) lässt die Transistoren als Stromspannungsausgleicher handeln; es zwingt sie, ihre V Stromspannungen anzupassen (Grundströme), so dass man den ruhigen Strom durch ihre Verbindungspunkte des Sammlers-Emitters passiert. Also, wegen des negativen Feed-Backs hängt der ruhige Strom ein bisschen vom β des Transistors ab.

Die Beeinflussen-Grundströme mussten die ruhigen Sammler-Ströme herbeirufen gewöhnlich kommen aus dem Boden, führen die Eingangsquellen durch und gehen in die Basen ein. Also, die Quellen müssen (Gleichstrom) galvanisch sein, um Pfade für die Beeinflussen-Ströme und niedrig widerspenstig genug zu sichern, um bedeutende Spannungsabfälle über sie nicht zu schaffen. Sonst sollten zusätzliche Gleichstrom-Elemente zwischen den Basen und dem Boden (oder die positive Macht-Versorgung) verbunden werden.

Allgemeine Weise

An der allgemeinen Weise (die zwei Eingangsstromspannungsänderung in denselben Richtungen) die zwei Stromspannung (Emitter) arbeiten Anhänger mit einander zusammen, auf der allgemeinen hoch-widerspenstigen Emitter-Last (der "lange Schwanz") zusammenarbeitend. Sie alle vergrößern zusammen oder vermindern die Stromspannung des allgemeinen Emitter-Punkts (bildlich das Sprechen, sie "fahren" zusammen "vor" oder "lösen" es, so dass es sich bewegt). Außerdem "hilft" die dynamische Last ihnen durch das Ändern seines Moments ohmic Widerstand in derselben Richtung wie die Eingangsstromspannungen (es nimmt zu, wenn die Stromspannung zunimmt und umgekehrt.) so Aufrechterhalten unveränderlichen Gesamtwiderstands zwischen den zwei Versorgungsschienen. Es gibt ein volles (100 %) negatives Feed-Back; die zwei Eingangsbasisspannungen und die Emitter-Stromspannung ändern sich gleichzeitig, während sich die Sammler-Ströme und der Gesamtstrom nicht ändern. Infolgedessen ändern sich die Produktionskollektorspannungen ebenso nicht.

Differenzialweise

Normal. An der Differenzialweise (die zwei Eingangsstromspannungsänderung in entgegengesetzten Richtungen) die zwei Stromspannung (Emitter) setzen Anhänger einander entgegen - während einer von ihnen versucht, die Stromspannung des allgemeinen Emitter-Punkts, die anderen Versuche zu vergrößern, es zu vermindern (bildlich das Sprechen, "zieht" einer von ihnen den allgemeinen Punkt "hoch", während der andere es "löst", so dass es unbeweglich bleibt), und v.v. Also, der allgemeine Punkt ändert seine Stromspannung nicht; es benimmt sich wie ein virtueller Boden mit einem durch die Eingangsstromspannungen der allgemeinen Weise bestimmten Umfang. Das hoch-widerspenstige Emitter-Element spielt keine Rolle, da es vom anderen niedrig-widerspenstigen Emitter-Anhänger beiseite geschoben wird. Es gibt kein negatives Feed-Back, da sich die Emitter-Stromspannung überhaupt nicht ändert, wenn sich die Eingangsbasisspannungen ändern. Тhe, die allgemeiner ruhiger Strom kräftig zwischen den zwei Transistoren und den Produktionskollektorspannungen kräftig steuert, ändern sich. Die zwei Transistoren legen gegenseitig ihre Emitter nieder; so, obwohl sie Stufen des allgemeinen Sammlers sind, handeln sie wirklich als Stufen des allgemeinen Emitters mit dem maximalen Gewinn. Neigungsstabilität und Unabhängigkeit von Schwankungen in Gerät-Rahmen können durch das negative Feed-Back verbessert werden, das über Widerstände der Kathode/Emitters mit relativ kleinen Widerständen eingeführt ist.

Abgehetzt. Wenn sich die Eingangsdifferenzialstromspannung bedeutsam (mehr als ungefähr hundert millivolts), der Grundemitter-Verbindungspunkt des Transistors ändert, der durch tiefer gesteuert ist, wird Eingangsstromspannung rückwärts beeinflusst, und seine Kollektorspannung erreicht die positive Versorgungsschiene. Der andere Transistor (gesteuert durch die höher Eingangsstromspannung) sättigt, und seine Kollektorspannung beginnt im Anschluss an den Eingang ein. Diese Weise wird in Differenzialschaltern und ECL Toren verwendet.

Depression. Wenn die Eingangsstromspannung fortsetzt zuzunehmen und die Grundemitter-Durchbruchsstromspannung, den Grundemitter-Verbindungspunkt des Transistors überschreitet, der durch tiefer gesteuert ist, bricht Eingangsstromspannung zusammen. Wenn die Eingangsquellen niedrig widerspenstig sind, wird ein unbegrenzter Strom direkt durch die "Diode-Brücke" zwischen den zwei Eingangsquellen fließen und wird sie beschädigen.

An der allgemeinen Weise folgt die Emitter-Stromspannung den Eingangsstromspannungsschwankungen; es gibt ein volles negatives Feed-Back, und der Gewinn ist minimal. An der Differenzialweise wird die Emitter-Stromspannung (gleich der sofortigen allgemeinen Eingangsstromspannung) befestigt; es gibt kein negatives Feed-Back, und der Gewinn ist maximal.

Einzeln beendeter Eingang

Das Differenzialpaar kann als ein Verstärker mit einem einzeln beendeten Eingang verwendet werden, wenn einer der Eingänge niedergelegt oder zu einer Bezugsstromspannung befestigt wird (gewöhnlich, wird der andere Sammler als eine einzeln beendete Produktion verwendet) Diese Einordnung kann bezüglich des Kaskadenallgemeinen Sammlers und der Allgemein-Grundstufen oder als eine gepufferte Allgemein-Grundbühne gedacht werden.

Der emittergekoppelte Verstärker wird für Temperaturantriebe ersetzt, V wird annulliert, Wirkung von Miller und Transistor-Sättigung sind beated. Deshalb wird es verwendet, um emittergekoppelte Verstärker (das Vermeiden der Wirkung von Miller), Phase splitter Stromkreise zu bilden (zwei umgekehrte Stromspannungen erhaltend), ECL Tore und Schalter (das Vermeiden der Transistor-Sättigung) usw.

Verbesserungen

Emitter unveränderliche aktuelle Quelle

Der ruhige Strom muss unveränderlich sein, um unveränderliche Kollektorspannungen an der allgemeinen Weise zu sichern. Diese Voraussetzung ist im Fall von einer Differenzialproduktion nicht so wichtig, da sich die zwei Kollektorspannungen gleichzeitig ändern werden, aber ihr Unterschied (die Produktionsstromspannung) wird sich nicht ändern; nur die Produktionsreihe wird abnehmen. Aber im Fall von einer einzeln beendeten Produktion ist es äußerst wichtig, einen unveränderlichen Strom zu behalten, da sich die Produktionskollektorspannung ändern wird. So, je höher der Widerstand der aktuellen Quelle, desto tiefer, und besser der CMRR ist. Der unveränderliche erforderliche Strom kann durch das Anschließen eines Elements (Widerstand) mit dem sehr hohen Widerstand zwischen dem geteilten Emitter-Knoten und der Versorgungsschiene erzeugt werden (negativ für NPN und positiv für PNP Transistoren), aber das wird hohe Versorgungsstromspannung verlangen. Deshalb, in hoch entwickelteren Designs, wird gegen ein Element mit dem hohen unterschiedlichen (dynamischen) Widerstand, der einer unveränderlichen aktuellen Quelle/Becken näher kommt, den langen Schwanz (Abb. 3) ausgewechselt. Es wird gewöhnlich durch einen aktuellen Spiegel wegen seiner hohen Gehorsam-Stromspannung (kleiner Spannungsabfall über den Produktionstransistor) durchgeführt.

Dieselbe Einordnung wird in cascode Stromkreisen ebenso weit verwendet. Es kann durch einen gleichwertigen Stromkreis verallgemeinert werden, der aus einer unveränderlichen aktuellen Quelle besteht, die durch zwei verbundene in parallelen Stromspannungsquellen mit gleichen Stromspannungen geladen ist. Die aktuelle Quelle bestimmt den allgemeinen Strom, der durch die Stromspannungsquellen fließt, während die Stromspannungsquellen die Stromspannung über die aktuelle Quelle befestigen. Die Emitter-Strom-Quelle wird gewöhnlich als eine Transistor-Bühne des allgemeinen Emitters mit der unveränderlichen Basisspannung durchgeführt, die mit dem Strom die zwei Allgemein-Grundtransistor-Stufen fährt. Also, diese Einordnung kann als ein cascode betrachtet werden, der aus dem Kaskadenallgemeinen Emitter und den Allgemein-Grundstufen besteht.

Sammler-Strom-Spiegel

Die Sammler-Widerstände können durch einen aktuellen Spiegel ersetzt werden, dessen Produktionsteil als eine aktive Last (Abb. 3) handelt. So wird das Differenzialsammler-Strom-Signal zu einem einzelnen beendeten Stromspannungssignal ohne die inneren 50-%-Verluste umgewandelt, und der Gewinn wird äußerst vergrößert. Das wird durch das Kopieren des Eingangssammler-Stroms vom Recht bis die linke Seite erreicht, wo die Umfänge der zwei Eingangssignale beitragen. Für diesen Zweck wird der Eingang des aktuellen Spiegels mit der richtigen Produktion verbunden, und die Produktion des aktuellen Spiegels wird mit der linken Produktion des Differenzialverstärkers verbunden.

Der aktuelle Spiegel kehrt den richtigen Sammler-Strom und die Versuche um, es durch den linken Transistor zu passieren, der den linken Sammler-Strom erzeugt. Im mittleren Punkt zwischen den zwei linken Transistoren werden die zwei Signalströme (aktuelle Änderungen) abgezogen. In diesem Fall (Differenzialeingangssignal), sie sind gleich und entgegengesetzt. So ist der Unterschied zweimal die individuellen Signalströme (ΔI - (-Δi) = 2ΔI), und das Differenzial zur einzelnen beendeten Konvertierung wird ohne Gewinn-Verluste vollendet.

Das Verbinden von Rücksichten

Das Schwimmen der Eingangsquelle

Es ist möglich, eine Schwimmquelle zwischen den zwei Basen zu verbinden, aber es ist notwendig, Pfade für die Beeinflussen-Grundströme zu sichern. Im Fall von der galvanischen Quelle muss nur ein Widerstand zwischen einer der Basen und dem Boden verbunden werden. Der Beeinflussen-Strom wird direkt in diese Basis und indirekt (durch die Eingangsquelle) die andere eingehen. Wenn die Quelle kapazitiv ist, müssen zwei Widerstände zwischen den zwei Basen und dem Boden verbunden werden, um verschiedene Pfade für die Grundströme zu sichern.

Scheinwiderstand des Eingangs/Produktion

Der Eingangsscheinwiderstand des Differenzialpaares hängt hoch von der Eingangsweise ab. An der allgemeinen Weise benehmen sich die zwei Teile als Stufen des allgemeinen Sammlers mit hohen Emitter-Lasten; so sind die Eingangsscheinwiderstände äußerst hoch. An der Differenzialweise benehmen sie sich als Stufen des allgemeinen Emitters mit niedergelegten Emittern; so sind die Eingangsscheinwiderstände niedrig.

Der Produktionsscheinwiderstand des Differenzialpaares ist (besonders für das verbesserte Differenzialpaar von der Abb. 3) hoch.

Reihe des Eingangs/Produktion

Die allgemeine Weise hat Stromspannung eingegeben kann sich zwischen den zwei Versorgungsschienen ändern, aber kann sie nicht nah erreichen, da einige Spannungsabfälle (minimales 1 Volt) über die Produktionstransistoren der zwei aktuellen Spiegel bleiben müssen.

Andere Differenzialverstärker

Ein betrieblicher Verstärker oder Op-Ampere, ist ein Differenzialverstärker mit dem sehr hohen Differenzialweise-Gewinn, sehr hoch Eingangsscheinwiderstände und ein niedriger Produktionsscheinwiderstand. Durch die Verwendung negativen Feed-Backs kann ein Op-Ampere-Differenzialverstärker (Abb. 4) mit dem voraussagbaren und stabilen Gewinn gebaut werden. Einige Arten des Differenzialverstärkers schließen gewöhnlich mehrere einfachere Differenzialverstärker ein. Zum Beispiel werden ein Instrumentierungsverstärker, ein völlig unterschiedlicher Verstärker, ein Instrument-Verstärker oder ein Isolierungsverstärker häufig von mehreren Op-Ampere gebaut.

Anwendungen

Differenzialverstärker werden in vielen Stromkreisen gefunden, die Reihe negatives Feed-Back verwerten (Op-Ampere-Anhänger, Verstärker, usw. nichtumkehrend), wo ein Eingang für das Eingangssignal, anderen für das Feed-Back-Signal (gewöhnlich durchgeführt durch betriebliche Verstärker) verwendet wird. Zum Vergleich konnten die altmodischen umkehrenden einzeln beendeten Op-Ampere vom Anfang der 40er Jahre nur paralleles negatives Feed-Back durch das Anschließen von zusätzlichen Widerstand-Netzen begreifen (ein Op-Ampere-Umkehren-Verstärker ist das populärste Beispiel). Eine allgemeine Anwendung ist für die Kontrolle von Motoren oder Rudermaschinen, sowie für Signalerweiterungsanwendungen. In der getrennten Elektronik ist eine allgemeine Einordnung, für einen Differenzialverstärker durchzuführen, das Paar mit dem langen Schwanz, das auch gewöhnlich gefunden wird, weil das Differenzialelement im grössten Teil des Op-Amperes Stromkreise integriert hat. Ein Paar mit dem langen Schwanz kann als ein analoger Vermehrer mit der Differenzialstromspannung als ein Eingang und der Beeinflussen-Strom als ein anderer verwendet werden.

Ein Differenzialverstärker wird verwendet, weil der Eingangsbühne-Emitter Logiktore und als Schalter verbunden hat. Wenn verwendet, als ein Schalter wird die "linke" Basis/Bratrost als Signaleingang verwendet, und die "richtige" Basis/Bratrost wird niedergelegt; Produktion wird vom richtigen Sammler/Teller genommen. Wenn der Eingang Null oder negativ ist, ist die Produktion Null nah (aber kann nicht gesättigt werden); wenn der Eingang positiv ist, ist die Produktion am meisten - positive, dynamische Operation, die dasselbe als der Verstärker-Gebrauch ist, der oben beschrieben ist.

Kommentare

Siehe auch

• Instrumentierungsverstärker
• Op-Ampere-Differenzialkonfiguration
• Emittergekoppelte Logik

Außenverbindungen

• BJT Differenzialverstärker — Stromkreis und Erklärung
• Ein testbench für Differenzialstromkreise
• Getrennter OpAmp mit dem schmeichelhaften Differenzialverstärker (in Deutsch)
• Anwendungszeichen: Das Begrenzen eines Differenzialverstärkers in einzeln beendeten Eingangsanwendungen

http://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/AN-0990.pdf