Hur fungerar en differentialförstärkare inom elektronik?
Hej där! Som leverantör av elektroniska komponenter har jag själv sett hur olika komponenter spelar avgörande roller i olika elektroniska kretsar. Ett sådant viktigt kretselement är differentialförstärkaren. I den här bloggen ska jag dela upp hur en differentialförstärkare fungerar och varför den är så användbar inom elektronik.
Vad är en differentialförstärkare?
En differentialförstärkare är en typ av elektronisk förstärkare som förstärker skillnaden mellan två insignaler samtidigt som den avvisar alla common-mode-signaler. I enklare termer tittar den på variationen mellan två inspänningar och ökar den skillnaden. Detta är väldigt praktiskt eftersom det i verkliga scenarier ofta finns oönskade signaler som är gemensamma för båda ingångarna (common-mode-signaler), och vi vill inte att de ska påverka vår utdata.
Grundläggande struktur och komponenter
Den grundläggande differentialförstärkarkretsen består vanligtvis av två transistorer (antingen bipolära kopplingstransistorer eller fälteffekttransistorer) anslutna i en specifik konfiguration. Låt oss ta en titt på versionen av bipolär junction transistor (BJT) för enkelhetens skull.
Vi har två ingångsterminaler, låt oss kalla dem $V_{in1}$ och $V_{in2}$. Varje ingång är ansluten till basen av en transistor. Emitterna för dessa två transistorer är sammankopplade och är vanligtvis förspända av en konstantströmkälla. Transistorernas kollektorer är anslutna till strömförsörjningen genom belastningsmotstånd.
Hur det fungerar: Grunderna
När vi applicerar två inspänningar $V_{in1}$ och $V_{in2}$ på differentialförstärkaren, reagerar transistorerna baserat på skillnaden mellan dessa spänningar.
Låt oss anta att de två ingångsspänningarna är lika, dvs $V_{in1}=V_{in2}$. I detta fall kommer strömmarna som flyter genom de två transistorerna att vara desamma. Eftersom kollektorerna är kopplade till belastningsmotstånd blir spänningsfallet över dessa motstånd också desamma. Så utspänningen, som är skillnaden mellan spänningarna vid de två kollektorerna, kommer att vara noll. Detta är förkastandet av common-mode-signalen.
Nu, om $V_{in1}$ är större än $V_{in2}$, kommer transistorn som är ansluten till $V_{in1}$ att leda mer ström jämfört med den som är ansluten till $V_{in2}$. Detta orsakar ett större spänningsfall över belastningsmotståndet hos den första transistorn och ett mindre spänningsfall över belastningsmotståndet hos den andra transistorn. Som ett resultat kommer det att finnas en utgångsspänning som inte är noll som representerar den förstärkta skillnaden mellan $V_{in1}$ och $V_{in2}$.
Common - Mode Rejection Ratio (CMRR)
Förmågan hos en differentialförstärkare att avvisa common-mode-signaler mäts av Common-Mode Rejection Ratio (CMRR). Det definieras som förhållandet mellan den differentiella - lägesförstärkningen ($A_d$) och den gemensamma - lägesförstärkningen ($A_{cm}$).
[CMRR = \frac{A_d}{A_{cm}}]
En hög CMRR är önskvärd eftersom det betyder att förstärkaren effektivt kan ignorera common-mode-signalerna och fokusera på att förstärka differentialsignalen. Till exempel, i en högkvalitativ differentialförstärkare, kan CMRR vara i intervallet 80 - 100 dB.
Tillämpningar av differentialförstärkare
Differentialförstärkare har ett brett användningsområde inom elektronik.
- Instrumentförstärkare: Dessa används i mät- och testutrustning. De behöver förstärka små differentialsignaler samtidigt som de avvisar brus i vanligt läge som kan finnas i mätmiljön. Till exempel, i en temperatursensorkrets kan differentialförstärkaren förstärka den lilla spänningsskillnaden som genereras av sensorn samtidigt som den ignorerar eventuellt elektriskt brus som finns på båda ingångsledningarna.
- Ljudsystem: Differentialförstärkare används i ljudförförstärkare för att förbättra signal-brusförhållandet. De kan avvisa alla brum eller störningar som är gemensamma för båda ingångskanalerna.
- Kommunikationssystem: I kommunikationssystem används differentialförstärkare för att förstärka de differentialsignaler som sänds över långdistanskablar. Detta hjälper till att minska effekterna av elektromagnetisk störning (EMI) och överhörning.
Våra elektroniska komponenter för differentialförstärkare
Som leverantör av elektroniska komponenter erbjuder vi en mängd olika komponenter som kan användas i differentialförstärkarkretsar. Till exempel har vi högkvalitativa motstånd och kondensatorer som är väsentliga för att förspänna transistorerna och ställa in förstärkarens förstärkning.
Vi har också ett stort urval av transistorer, både BJT och FET, som kan användas för att bygga differentialförstärkare. Dessa transistorer har utmärkta prestandaegenskaper, såsom hög förstärkning och lågt brus, vilket är avgörande för en väl fungerande differentialförstärkare.
Dessutom erbjuder vi några kondensatorer som kan användas i relaterade kretsar. Kolla in vårCBB65 AC-motorkondensator,CD60 Startkondensator, ochCBB61 AC Motor Startkondensator. Även om dessa huvudsakligen är för motortillämpningar, kan de också användas i vissa strömförsörjnings- eller filterkretsar som är en del av ett större system som innehåller differentialförstärkare.
Varför välja våra komponenter?
Våra komponenter kommer från pålitliga tillverkare och är noggrant testade för att säkerställa hög kvalitet och prestanda. Vi förstår vikten av att ha komponenter som fungerar konsekvent i elektroniska kretsar, särskilt i kritiska applikationer som differentialförstärkare.
Vi erbjuder även konkurrenskraftiga priser och utmärkt kundservice. Oavsett om du är en hobbyist som bygger ett litet projekt eller en professionell ingenjör som arbetar med en storskalig design, är vi här för att hjälpa dig att hitta rätt komponenter för dina behov.
Låt oss ansluta och diskutera din upphandling
Om du är på marknaden för elektroniska komponenter för dina differentialförstärkarkretsar eller andra projekt, tveka inte att höra av dig. Vi diskuterar mer än gärna dina krav, tillhandahåller teknisk support och erbjuder konkurrenskraftiga offerter. Oavsett om du behöver en liten kvantitet för prototypframställning eller en storskalig produktionsorder, så har vi dig täckt.
Referenser
- Horowitz, P. & Hill, W. (1989). Konsten att elektronik. Cambridge University Press.
- Sedra, AS, & Smith, KC (2015). Mikroelektroniska kretsar. Oxford University Press.