Come funziona un amplificatore differenziale in elettronica?
Ehilà! In qualità di fornitore di componenti elettronici, ho visto in prima persona come i diversi componenti svolgano ruoli cruciali nei vari circuiti elettronici. Uno di questi importanti elementi circuitali è l'amplificatore differenziale. In questo blog analizzerò come funziona un amplificatore differenziale e perché è così utile in elettronica.
Cos'è un amplificatore differenziale?
Un amplificatore differenziale è un tipo di amplificatore elettronico che amplifica la differenza tra due segnali di ingresso rifiutando qualsiasi segnale di modo comune. In termini più semplici, esamina la variazione tra due tensioni di ingresso e aumenta tale differenza. Questo è molto utile perché negli scenari del mondo reale ci sono spesso segnali indesiderati comuni a entrambi gli input (segnali in modalità comune) e non vogliamo che influenzino il nostro output.
Struttura e componenti di base
Il circuito dell'amplificatore differenziale di base è solitamente costituito da due transistor (transistor a giunzione bipolare o transistor ad effetto di campo) collegati in una configurazione specifica. Diamo un'occhiata alla versione con transistor a giunzione bipolare (BJT) per semplicità.
Abbiamo due terminali di input, chiamiamoli $V_{in1}$ e $V_{in2}$. Ogni ingresso è collegato alla base di un transistor. Gli emettitori di questi due transistor sono collegati insieme e solitamente sono polarizzati da una sorgente di corrente costante. I collettori dei transistor sono collegati all'alimentazione tramite resistori di carico.
Come funziona: le basi
Quando applichiamo due tensioni di ingresso $V_{in1}$ e $V_{in2}$ all'amplificatore differenziale, i transistor rispondono in base alla differenza tra queste tensioni.
Supponiamo che le due tensioni di ingresso siano uguali, ovvero $V_{in1}=V_{in2}$. In questo caso le correnti che fluiscono attraverso i due transistor saranno le stesse. Poiché i collettori sono collegati a resistori di carico, anche le cadute di tensione su questi resistori saranno le stesse. Pertanto, la tensione di uscita, che è la differenza tra le tensioni sui due collettori, sarà zero. Questo è il rifiuto del segnale di modo comune.
Ora, se $V_{in1}$ è maggiore di $V_{in2}$, il transistor collegato a $V_{in1}$ condurrà più corrente rispetto a quello collegato a $V_{in2}$. Ciò provoca una caduta di tensione maggiore sul resistore di carico del primo transistor e una caduta di tensione minore sul resistore di carico del secondo transistor. Di conseguenza, ci sarà una tensione di uscita diversa da zero che rappresenta la differenza amplificata tra $V_{in1}$ e $V_{in2}$.
Comune - Rapporto di reiezione modale (CMRR)
La capacità di un amplificatore differenziale di rifiutare i segnali di modo comune viene misurata dal rapporto di reiezione di modo comune (CMRR). È definito come il rapporto tra il guadagno di modo differenziale ($A_d$) e il guadagno di modo comune ($A_{cm}$).
[CMRR = \frac{A_d}{A_{cm}}]
Un CMRR elevato è auspicabile perché significa che l'amplificatore può effettivamente ignorare i segnali di modo comune e concentrarsi sull'amplificazione del segnale differenziale. Ad esempio, in un amplificatore differenziale di alta qualità, il CMRR può essere compreso tra 80 e 100 dB.
Applicazioni degli amplificatori differenziali
Gli amplificatori differenziali hanno una vasta gamma di applicazioni nell'elettronica.
- Amplificatori strumentali: Sono utilizzati nelle apparecchiature di misurazione e prova. Devono amplificare piccoli segnali differenziali respingendo al tempo stesso il rumore di modo comune che potrebbe essere presente nell'ambiente di misurazione. Ad esempio, in un circuito di sensori di temperatura, l'amplificatore differenziale può amplificare la piccola differenza di tensione generata dal sensore ignorando qualsiasi rumore elettrico presente su entrambe le linee di ingresso.
- Sistemi audio: Gli amplificatori differenziali vengono utilizzati nei preamplificatori audio per migliorare il rapporto segnale/rumore. Possono rifiutare qualsiasi ronzio o interferenza comune a entrambi i canali di ingresso.
- Sistemi di comunicazione: Nei sistemi di comunicazione, gli amplificatori differenziali vengono utilizzati per amplificare i segnali differenziali trasmessi su cavi a lunga distanza. Ciò aiuta a ridurre gli effetti delle interferenze elettromagnetiche (EMI) e della diafonia.
I nostri componenti elettronici per amplificatori differenziali
In qualità di fornitore di componenti elettronici, offriamo una varietà di componenti che possono essere utilizzati nei circuiti amplificatori differenziali. Ad esempio, disponiamo di resistori e condensatori di alta qualità, essenziali per polarizzare i transistor e impostare il guadagno dell'amplificatore.
Disponiamo anche di un'ampia selezione di transistor, sia BJT che FET, che possono essere utilizzati per costruire amplificatori differenziali. Questi transistor hanno eccellenti caratteristiche prestazionali, come alto guadagno e basso rumore, che sono cruciali per un amplificatore differenziale ben funzionante.
Inoltre, offriamo alcuni condensatori che possono essere utilizzati nei circuiti correlati. Dai un'occhiata al nostroCondensatore motore CA CBB65,Condensatore di avviamento CD60, ECondensatore di avviamento motore CA CBB61. Sebbene siano principalmente destinati ad applicazioni motorie, possono essere utilizzati anche in alcuni circuiti di alimentazione o filtro che fanno parte di un sistema più ampio contenente amplificatori differenziali.
Perché scegliere i nostri componenti?
I nostri componenti provengono da produttori affidabili e sono accuratamente testati per garantire qualità e prestazioni elevate. Comprendiamo l'importanza di disporre di componenti che funzionino in modo coerente nei circuiti elettronici, soprattutto in applicazioni critiche come gli amplificatori differenziali.
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Riferimenti
- Horowitz, P. e Hill, W. (1989). L'arte dell'elettronica. Stampa dell'Università di Cambridge.
- Sedra, AS e Smith, KC (2015). Circuiti microelettronici. Stampa dell'Università di Oxford.