2 つの入力信号の差を増幅するために、差動増幅器 (DU) が使用されます。これは、2 つの入力と 1 つの出力を備えたアナログ回路と考えることができます。
さまざまな電気製品で使用されるアンプ信号を生成し、演算を実行するための電子回路は、オペアンプ (OA) と呼ばれます。それらは、電子アナログ コンピューターの主要コンポーネントです。 1940 年代初頭の彼らの発明により、機械式計算機は静かで高速な電子機器に置き換えられました。多くのアナログ コンピューターは、1952 年にジョージ フィルブリック カンパニーから市販された真空管に依存していました。
1963 年、フェアチャイルド セミコンダクターのボブ ウィドラーは、最初のモノリシック IC オペアンプである A702 単一回路オペアンプを構築しました。
トランジスタ増幅回路
差動オペアンプは、下の図に示すように、2 つのトランジスタ T1 と T2 で構成される回路に組み込むことができます。
リモート コントロールには、2 つの入力 I1 と I2 と 2 つの出力があります。V1out と V2out。入力Ｉ１はトランジスタＴ１のベース端子に供給され、入力Ｉ２はトランジスタＴ２のベース端子に供給される。トランジスタＴ１とトランジスタＴ２のエミッタ出力は、共通のエミッタ抵抗に接続されている。したがって、2 つの入力 I1 および I2 は、出力 V1out および V2out に影響します。回路は 2 つの電源電圧 Vcc と Vee で構成されていますが、グランド ピンはありません。 1 つの電源電圧でも、回路は正常に動作します (2 つの電源電圧を使用する場合も同様)。したがって、正の電圧と負の電源電圧の反対の点はグランドに接続されます。
ディーゼル燃料運転の模式図
差動増幅器の動作は、下図の図に示されています。
入力信号（I1）がベースに印加された場合トランジスタT1に接続されている抵抗を介して正の電圧降下が発生します.入力信号（I1）がトランジスタT1のベースに印加されていない場合、トランジスタトランジスタT1に接続された抵抗を介して正の電圧降下が発生し、これは大きくなります。
反転出力が出ていると言えますベース端子Ｔ１に供給される入力信号Ｉ１に基づいて、トランジスタＴ１のコレクタ端子を介して。正の値の I1 を適用して T1 をオンにすると、エミッタ電流とコレクタ電流がほぼ等しいときにエミッタ抵抗を流れる電流が増加します。エミッタ抵抗での電圧降下が増加すると、両方のトランジスタのエミッタが正の方向になります。トランジスタT2のエミッタが正の場合、T2のベースは負になり、この状態では電流は少なくなります。また、トランジスタ T2 のコレクタ ピンに接続された抵抗器での電圧降下が少なくなります。
したがって、このポジティブに対してコレクタ入力 T2 は正方向になります。トランジスタ T2 のコレクタ端子に現れる非反転出力は、T1 のベースに印加される入力信号に基づいていると言えます。差動増幅器は、トランジスタＴ１およびＴ２のコレクタ端子間で出力信号を受信する。上記の回路図から、トランジスタT1とT2のすべての特性が同じであると仮定し、ベース電圧Vb1がVb2に等しい場合（トランジスタT1のベース電圧はトランジスタT2のベース電圧に等しい）、両方のトランジスタのエミッタ電流は等しくなります (Iem1 = Iem2)。
したがって、総エミッタ電流は次のようになります。エミッタ電流 T1 (Iem1) と T2 (Iem2) の合計。差動増幅器の計算。 Iem1 = Iem2 Ie = Iem1 + Iem2 Vev = Vb-Vb em I em = (Vb-Vb em) / Rem.したがって、トランジスタＴ１およびＴ２のｈｆｅ値に関係なく、エミッタ電流は同じままである。 T1 と T2 のコレクタ端子に接続されている抵抗が等しい場合、それらのコレクタ電圧も等しくなります。
オペアンプの動作の簡単な説明
このアンプ（オペアンプ、英語版）は通常の DC ゲインが 100,000 または 100 dB を超える開ループ モードで使用すると、無限のゲインと帯域幅が理想的です。オペアンプの差動電流アンプには 2 つの入力があり、そのうちの 1 つは反転しています。これらの入力の差を増幅して電圧として出力します。理想的なオペアンプは無限に高いゲインを持っています。これは無限大のシンボルを新しいシンボルで表現する必要があります。オペアンプは、デュアル正 (+ V) または対応する負 (-V) 電源で動作するか、単一の定電源電圧で動作できます。
OUに関連する2つの基本的な法律
それらは、そのようなアンプが持っているという事実にあります無限の入力インピーダンス (Z = ∞)、2 つの入力の 1 つに電流が流れず、入力バイアス電圧がゼロ V1 = V2。オペアンプの出力インピーダンスもゼロ (Z = 0) です。光増幅器は、2 つの入力端子に印加された電圧信号の差を検出し、所定のゲイン (A) を乗算します。このゲイン (A) は、多くの場合、オープン ループ ゲインと呼ばれます。オペアンプは、反転と非反転の 2 つの基本構成で接続できます。
負帰還の場合、電圧がフィードバックが入力で逆位相になると、全体的なゲインが減少します。正帰還の場合、帰還電圧が「位相」にあるとき、増幅器への入力が増加します。出力を負の入力コネクタに再び接続すると、100% のフィードバックが得られ、1 (ユニティ) の定ゲインを持つボルテージ フォロワ回路 (バッファ) が得られます。ポテンショメータの固定フィードバック抵抗 (Rƒ) を交換することにより、回路のゲインを調整できます。
技術仕様
基本:
- ゼロシーケンス入力電流（入力バイアス電流) 静止時、2 つの入力に異なる電流が流れる可能性があります。これは、実際には、内部抵抗が高い信号ソースの場合、ソースが異なる電圧レベルにさらされるため、電圧が歪むことを意味します。
- 入力インピーダンスは、他の入力が接地されている場合、入力接地。ここでの欠点は、入力抵抗によって部分的に負荷がかかる高い内部抵抗を持つソースです。
- 入力容量 - 並列コンデンサ入力抵抗。静電容量が周波数に依存する追加の並列入力インピーダンスを作成するため、特に高周波では、これらは邪魔になります。差動増幅器では、動作原理はこのインジケータに依存します。
- 低ゲイン（信号ゲインを上げる）フィードバックなしで得られるゲインを示します。これは、2kΩの負荷抵抗と±10 Vの出力電圧変動で定義されます。実際には、指定値の200,000に達することはなく、通常は10分の1になります。
- 供給電圧偏差係数。 1ボルトの供給電圧を変更すると、オフセットは0.3μV変化します。ただし、ゲインが300倍になると、誤差は0.1mV増加します。
- 出力電圧振幅。オペアンプは、出力で完全な入力電圧を生成することはできません。いずれの場合も、入力電圧が±15Vの場合の最大出力電圧は±10Vよりも大幅に高くなります。通常の負荷では、約±13 Vで理想的であり、電源電圧よりわずか1V低くなります。
- 出力インピーダンス-出力での実効ACインピーダンス、低出力およびバイアス出力のみ。境界の場合にのみ実際に適用できます。
- 出力短絡電流。
- 1.7mAタイプの無負荷オペアンプを使用して電流を供給します。
- パフォーマンス-もちろん、電力損失無負荷のオペアンプでは、電源電流が原因で動作電圧に依存します。トランジスタを備えた差動アンプは、特定の応答時間を必要とし、ジャンプで入力信号を劣化させます。これは2kΩの負荷に適用されます|| 100 pFおよびユニティゲイン（ユニティゲイン）。
- 防止するスルーレート制御不能なスコープ。出力電圧が10V変化する場合、オペアンプは通常5μsの時間を要します。出力信号が大幅に減衰するため、高周波でクリティカルになります。
アプリケーション境界条件
基本:
- 最大供給電圧±18V。ほとんどの回路は±15Vで動作するため、安全側です。
- 最大電力損失（消費電力）は、ハウジングのバージョンと最大許容温度によって異なります。単純な8ピンのプラスチックパッケージは310mWを処理でき、14ピンの2列パッケージは約2倍の量を処理できます。
- 入力電圧と差は範囲-15 ... + 15V。はんだ。はんだ付け（はんだ付け）中は、端子を300℃まで1分間加熱してください。端子へのはんだ付けは同時に行うのではなく、コンポーネント全体が完全に冷却された後に次々に行われます。
- 出力側の短絡。製造元によると、すべての境界条件が満たされた場合、出力短絡は無期限に続く可能性があります。
- 制限：ケースの温度は125°Cを超えてはなりません。したがって、周囲温度は75°Cを超えてはなりません。
BJTを使用した差動アンプ
その動作原理を下図に示します。
2つのマッチングを使用して構築されていますエミッタ接地構成のトランジスタで、エミッタ接地は互いに接続されています。両方の入力に共通のノイズ信号を抑制しながら、2つの入力間の小信号を増幅できるシンプルな回路。
バイポーラの差動増幅器トランジスタ（BJT）には、2つの入力と2つの出力という独自のトポロジーがあります。使用できる出力は1つだけですが、両方の出力の違いにより、見返りが2倍になります。また、同相信号がノイズ源または前のステージからのDCオフセットである場合、同相信号除去比（CMR）が向上します。
トランジスタ計算機の構成
差動増幅器は、入力および出力データの入力方法に基づいて、以下に示すように4つの異なる構成を持つことができます。
- 単相不平衡出力。
- 単一入力平衡出力。
- デュアル入力不平衡出力。
- デュアル入力バランス出力。
DCアンプの概略図
アナログビルディングブロックを設計する場合（さまざまなタイプのプリアンプ、フィルターなど）、ディープサブミクロンテクノロジーの最新ソリューションの開発とともに、従来の増幅デバイスの新しい構造ソリューションに注意を払うことが重要です。
DC差動アンプ（DUPT）、その出力電圧は2つの入力電圧の差に比例します。これは、次の式の形式で表すことができます。Vout = A *（（Vin +）-（Vin-））、ここでA =ゲイン。
実用化
実際の回路では、DUは、長いワイヤを介したパルス、音、無線周波数、モーターとサーボモーターの制御、心電図、磁気記憶装置に関する情報を増幅するために使用されます。
短所
差動増幅器にはいくつかの欠点があり、電子機器での使用がいくらか制限されます。
- たとえば、熱電対からの信号が弱い場合など、抵抗に応じて入力抵抗の値が低いと、リモコンで誤った測定結果が得られます。
- ゲインの調整が難しい、2つの抵抗の値を変更する必要がありますが、これは実際には実装が困難であり、回路に追加の要素（ポテンショメータまたはマルチプレクサ）を導入すると、回路が不必要に複雑になります。
