За појачавање разлике између два улазна сигнала користи се диференцијално појачало (ДУ). Може се замислити као аналогно коло са два улаза и једним излазом.
Појачала која се користе у разним електричнима електронски склопови за генерисање сигнала и извођење математичких операција називају се оперативни појачавачи (ОА). Они су кључне компоненте електронског аналогног рачунара. Њихов изум раних 1940-их довео је до замене механичких калкулатора тихом и брзом електроником. Многи аналогни рачунари ослањали су се на вакуумске цеви које су комерцијално доступне од компаније Георге Пхилбрицк Цомпани 1952. године.
Године 1963. Боб Видлар у компанији Фаирцхилд Семицондуцтор изградио је оптичко појачало са једним кругом А702, прво прво монолитно ИЦ-појачало.
Коло транзисторског појачала
Диференцијално оперативно појачало може се саставити у коло као што је приказано на доњој слици, које се састоји од два транзистора Т1 и Т2.
Даљински управљач има два улаза И1 и И2 и два излазаВ1оут и В2оут. Улаз И1 напаја се на основни терминал транзистора Т1, улаз И2 доводи се на основни терминал транзистора Т2. Излази емитора транзистора Т1 и транзистора Т2 повезани су са заједничким отпорником емитера. Дакле, два улаза И1 и И2 ће утицати на излазе В1оут и В2оут. Коло се састоји од два напона напајања Вцц и Вее, али нема уземљења. Чак и са једним напоном напајања, коло може нормално да ради (слично када се користе два напона напајања). Због тога су супротне тачке позитивног напона и негативног напона напајања повезане са земљом.
Шематски дијаграм рада дизел горива
Рад диференцијалног појачала приказан је на дијаграму на доњој слици.
Ако је улазни сигнал (И1) примењен на базутранзистор Т1, тада се кроз отпорник повезан на транзистор транзистор Т1 појављује позитиван пад напона, који ће бити мањи. Ако се улазни сигнал (И1) не примени на базу транзистора Т1, тада се кроз отпорник повезан на транзисторски транзистор Т1 појављује позитиван пад напона, који ће бити велик.
Може се рећи да се обрнути излаз гасикроз колекторски терминал транзистора Т1, на основу улазног сигнала И1 који се доводи на основни терминал Т1. Ако се Т1 укључи применом позитивне вредности И1, тада се струја кроз отпор емитора повећава када су струја емитора и струја колектора приближно једнаке. Ако се пад напона на отпору емитора повећа, емитер оба транзистора иде у позитивном смеру. Ако је емитер транзистора Т2 позитиван, тада ће база Т2 бити негативна, а у овом стању струја ће бити мања. И биће мање пада напона на отпорнику повезаном на колекторски затик транзистора Т2.
Стога, за ово позитивноулаз колектора Т2 ће ићи у позитивном смеру. Може се рећи да се неинвертујући излаз који се појављује на колекторском прикључку транзистора Т2 заснива на улазном сигналу примењеном на базу Т1. Диференцијално појачало прима излазни сигнал између колекторских стезаљки транзистора Т1 и Т2. Из горњег шематског дијаграма претпоставља се да су све карактеристике транзистора Т1 и Т2 идентичне, а ако су основни напони Вб1 једнаки Вб2 (основни напон транзистора Т1 једнак је основном напону транзистора Т2), тада ће емитерске струје оба транзистора бити једнаке (Ием1 = Ием2).
Тако ће укупна струја емитора битизбир емитерских струја Т1 (Ием1) и Т2 (Ием2). Прорачун диференцијалног појачала. Ием1 = Ием2 Ие = Ием1 + Ием2 Вев = Вб-Вб ем И ем = (Вб-Вб ем) / Рем. Дакле, емитерска струја остаје иста без обзира на хфе вредност транзистора Т1 и Т2. Ако су отпори повезани на прикључке колектора Т1 и Т2 једнаки, онда су и њихови напони колектора једнаки.
Кратак опис рада оперативног појачала
Ово појачало (Оп-амп, енглеска верзија) можебити идеалан са бесконачним појачањем и ширином опсега када се користи у режиму отворене петље са типичним ДЦ појачањем већим од 100 000 или 100 дБ. Појачало диференцијалне струје оп-појачала има два улаза, од којих је један обрнут. Појачана разлика између ових улаза излази као напон. Идеално оперативно појачало има бескрајно велико појачање. Ово би требало да изрази симбол бесконачности новим симболом. Опцијско појачало ради са двоструким позитивним (+ В) или одговарајућим негативним (-В) напајањем, или може радити са једним константним напоном напајања.
Два основна закона везана за ОУ
Састоје се у чињеници да такво појачало имабесконачна улазна импеданса (З = ∞), што резултира тиме да струја не тече у један од његова два улаза и нулти улазни напон преднапон В1 = В2. Оп амп такође има нулту излазну импедансу (З = 0). Оптичка појачала откривају разлику између напонских сигнала примењених на њихова два улазна терминала, а затим их множе са неким унапред одређеним појачањем (А). Овај добитак (А) се често назива појачањем отворене петље. Опциона појачала могу се повезати у две основне конфигурације - инвертујућој и неинвертујућој.
За негативне повратне информације, ако је напонповратне информације су на улазу у антифази, укупни добитак се смањује. За позитивне повратне информације, када је повратни напон у "фази", улаз у појачало се повећава. Повезивањем излаза натраг у негативни улазни конектор постиже се 100% повратне информације, што резултира кругом следбеника напона (бафер) са константним добитком од 1 (Унити). Заменом фиксног повратног отпора (Рƒ) за потенциометар, коло ће имати подесиво појачање.
Техничке спецификације
Основно:
- Улазна струја нулте секвенце (улазструја пристрасности) у мировању, на два улаза могу тећи различите струје. То у пракси значи да је напон изобличен у случају извора сигнала са великим унутрашњим отпором, јер су извори подвргнути различитим нивоима напона.
- Улазна импеданса се може мерити саулази у земљу, под условом да је други улаз уземљен. Недостатак овде су извори са великим унутрашњим отпором, који су делимично оптерећени улазним отпором.
- Улазни капацитивност - паралелно кондензаториулазни отпорници. Они су узнемирујући, посебно на високим фреквенцијама, јер капацитивности стварају додатне паралелне улазне импедансе које зависе од фреквенције. У диференцијалном појачалу, принцип рада зависи од овог индикатора.
- Ниско појачање (повећање појачања сигнала)означава добитак који се добија без повратне спреге. Дефинисан је са отпором оптерећења од 2 кΩ и флуктуацијом излазног напона од ± 10 В. У пракси наведена вредност од 200.000 никада није достигнута и обично је 10 пута мања.
- Коефицијент одступања напона напајања. Када промените напон напајања од једног волта, помак се мења за 0,3 μВ. Међутим, са добицима од 300 пута, грешка се повећава за 0,1 мВ.
- Њихање излазног напона.Опцијско појачало никада не може генерисати свој пуни улазни напон на свом излазу. У сваком случају, максимални излазни напон са улазним напоном од ± 15 В биће знатно већи од ± 10 В. При нормалним оптерећењима, око ± 13 В и идеално - само 1 В испод напона напајања.
- Излазна импеданса - ефективна АЦ импеданса на излазу, само за ниске и пристрасне излазне сигнале. Практично применљиво само у граничним случајевима.
- Излазна струја кратког споја.
- Снага напајања помоћу неоптерећеног оперативног појачавача, типа 1,7 мА.
- Перформансе - губитак снаге, наравноу неоптерећеном оперативном појачалу узроковане су струјом напајања и зависе од радног напона. Диференцијално појачало са транзисторима захтева одређено време одзива и погоршава улазни сигнал скоком. Ово се односи на оптерећење од 2 кΩ || 100 пФ и добитак јединства (јединствени добитак).
- Стопа убијања ради спречавањанеконтролисани обим. Ако се излазни напон промени за 10 В, опционом појачалу је потребно време од обично 5 μс. Постаје критичан на високим фреквенцијама, јер је његов излазни сигнал јако ослабљен.
Гранични услови примене
Основно:
- Напон напајања максимум ± 18В. Већина струјних кругова ради на ± 15В, тако да је на сигурној страни.
- Максимални губитак снаге (расипанснага) зависи од верзије кућишта и максимално дозвољене температуре. Једноставни 8-пински пластични пакет може поднети 310мВ, 14-пински дворедни пакет може отприлике двоструко дуже.
- Улазни напони и разлике могу бити уопсег -15 ... + 15 В. Лем. Током лемљења (лемљења), дозволите да се терминали загревају на 300 ° Ц током једног минута. Лемљење на терминале не врши се истовремено, већ једно за другим и тек након што се цела компонента потпуно охлади.
- Кратки спој на излазној страни. Према произвођачу, излазни кратки спој може трајати неограничено ако су испуњени сви гранични услови.
- Ограничење: Температура кућишта не сме бити већа од 125 ° Ц, стога температура околине не сме бити већа од 75 ° Ц
Диференцијално појачало помоћу БЈТ-а
Његов принцип рада приказан је на доњем дијаграму.
Гради се помоћу два подударањатранзистори у заједничкој конфигурацији емитора чији су емитери повезани једни с другима. Једноставно коло способно да појача мале сигнале примењене између два улаза, док истовремено сузбија сигнале буке заједничке за оба улаза.
Диференцијално појачало на биполарномтранзистори (БЈТ) имају јединствену топологију: два улаза и два излаза. Иако се може користити само један излаз, разлика између оба излаза удвостручује исплате! И побољшава одбацивање уобичајеног начина (ЦМР) када је сигнал уобичајеног начина извор шума или једносмерни одмак од претходне фазе.
Конфигурација транзисторског калкулатора
На основу метода улаза и излаза података, диференцијални појачавачи могу имати четири различите конфигурације, као што је приказано доле.
- Једнофазни неуравнотежени излаз.
- Појединачни улаз уравнотежени излаз.
- Двоструки улаз неуравнотежени излаз.
- Двоструки улаз уравнотежени излаз.
Шематски дијаграм појачала једносмерне струје
При пројектовању аналогних градивних блокова(разне врсте претпојачала, филтера итд.), заједно са развојем савремених решења за дубоке субмикронске технологије, важно је обратити пажњу на нова структурна решења традиционалних појачавача.
ДЦ диференцијално појачало(ДУПТ), његов излазни напон је пропорционалан разлици између два улазна напона. То се може представити у облику једначине на следећи начин: В оут = А * ((Вин +) - (Вин-)), где је А = добитак.
Практична употреба
У практичним колима, ДУ се користи за појачавање: импулси кроз дуге жице, звук, радио фреквенције, управљање моторима и сервомоторима, електрокардиограми, информације о магнетним уређајима за складиштење.
Недостаци
Диференцијално појачало има низ недостатака који донекле ограничавају његову употребу у електроници:
- Ниска вредност улазног отпора, у зависности од отпорника, на пример, са слабим сигналом из термоелемента - даљински управљач ће дати погрешан резултат мерења.
- Тешко је прилагодити појачање, којезахтеваће промену вредности два отпорника, што је практично тешко имплементирати, а увођење додатних елемената (потенциометра или мултиплексера) у коло непотребно ће закомпликовати коло.
