Differensforstærker

En differensforstærker eller differentialforstærker er en type elektronisk forstærker som forstærker forskellen mellem to spændinger men som undertrykker output, når de to spændinger er ens.

Differensforstærker symbol

De inverterende og ikke-inverterende input er vist med "−" og "+" symbolerne (respektiv) placeret i forstærker trekanten. V_s+ og V_s− er forsyningsspændingerne; de er ofte udeladt fra diagrammet for overskuelighedens skyld, men er selvfølgelig nødvendig i det rigtige kredsløb.

Teori

Mange elektroniske enheder anvender internt differensforstærker. Output fra en ideel differensforstærker er givet ved:

${\displaystyle V_{\text{out}}=A_{\text{d}}(V_{\text{in}}^{+}-V_{\text{in}}^{-})}$

Hvor ${\displaystyle V_{\text{in}}^{+}}$ og ${\displaystyle V_{\text{in}}^{-}}$ er input spændinger og ${\displaystyle A_{\text{d}}}$ er den differentielle forstærkning.
I praksis er forstærkningen ikke eksakt ens for de input. Det betyder, for eksempel, at hvis ${\displaystyle V_{\text{in}}^{+}}$ og ${\displaystyle V_{\text{in}}^{-}}$ er ens, vil output ikke være nul, sådan som det ville være i det ideelle tilfælde. En mere realistisk udtryk for output af en differensforstærker indeholder derfor et yderligere led.

${\displaystyle V_{\text{out}}=A_{\text{d}}(V_{\text{in}}^{+}-V_{\text{in}}^{-})+A_{\text{c}}\left({\frac {V_{\text{in}}^{+}+V_{\text{in}}^{-}}{2}}\right)}$

${\displaystyle A_{\text{c}}}$ er kaldet common-mode forstærkningen af forstærkeren.
Da differensforstærkere ofte anvendes til at nulle støj eller bias-spændinger som kan forekomme på begge input, er en lav common-mode forstærkning ønsket.

Common-mode rejection ratio (CMRR) er typisk defineret som forholdet mellem differential-mode forstærkningen og common-mode forstærkningen, hvilket indikerer hvor god forstærkeren er til udbalancere spændinger som er tilstede på begge input. Common-mode rejection ratio er defineret som:

${\displaystyle {\text{CMRR}}\triangleq {\frac {A_{\text{d}}}{A_{\text{c}}}}}$

In en perfekt symmetrisk differensforstærker er ${\displaystyle A_{\text{c}}}$ nul og CMRR er uendelig. Bemærk at en differensforstærker er en mere generel form for forstærker end en med kun en enkelt input; hvis en af input på en differensforstærker jordes, fås en enkelt-input forstærker.

Andre differensforstærkere

Op-amp differentialforstærker.

En operationsforstærker eller op-amp er en differensforstærker med en meget høj differential-mode forstærkning, meget høj input-impedanser, og en lav output-impedans. Ved at anvende negativ tilbagekobling kan en op-amp differensforstærker bygges med forudsigelig og stabil forstærkning.

Se også

• Gilbert-celle
• Komparator
• Instrumentationsforstærker
• Emitterkoblet logik

Eksterne henvisninger

• BJT Differential Amplifier Arkiveret 16. juli 2012 hos Wayback Machine — Circuit and explanation
• A testbench for differential circuits Arkiveret 13. august 2012 hos Wayback Machine
• A discrete OpAmp with complimentary differential amplifier Arkiveret 8. juli 2012 hos Wayback Machine (in German)
• Application Note: Terminating a Differential Amplifier in Single-Ended Input Applications (i pfd) Arkiveret 20. marts 2012 hos Wayback Machine