Amplificator Diferențial

1. Noţiuni generale

Amplificatorul diferential (AD) este un amplificator cu doua “intrari calde” care amplifica diferenta dintre semnalele aplicate pe cele doua intrari, indiferent de valoarea lor individuala, cu conditia sa fie mai mici decât tensiunea de alimentare sau decât o fractiune din aceasta.

Etajele de amplificare diferentiale sunt întâlnite frecvent în special în configuratia amplificatoarelor operationale, atât ca etaje de intrare cât si ca etaje intermediare de amplificare. Ele sunt ideale pentru integrare datorita împerecherii si cuplajului termic al tranzistoarelor monolitice. Utilitatea lor deriva din faptul ca pot fi conectate în cascada direct, fara capacitati de cuplaj.

Prin “intrare calda” se întelege acea borna care în functionarea amplificatorului NU se leaga în mod obligatoriu la masa. De exemplu, la un amplificator cu un tranzistor, una din cele doua borne de intrare sau una din cele doua borne de iesire se leaga obligatoriu la masa, cealalta servind la cuplarea semnalului si numindu-se “intrare calda”. La AD sunt situatii în care niciuna din cele doua terminale nu se leaga la masa.

Primele amplificatoare diferenţiale s-au proiectat pentru cercetări biologice. Dacă, de exemplu, la măsurarea unei diferenţe neesenţială a două potenţiale foarte mari între două celule apropiate ale unui organism viu, de amplificat nu doar diferenţa de potenţial, dar şi potenţiale mai mari ale acestor celule, simetrice pământului, aceasta poate duce la funcţionarea amplificatorului în regiune neliniară. De aici vine necesitatea amplificării doar a semnalului diferenţiat.

În următorul fig 1 este prezentată schema de structură a amplificatorului diferenţial.

Fig 1 schema de structură a amplificatorului diferenţial.

Într-un amplificator diferenţial ideal coeficientul de transmitere a semnalului diferenţiat este egal cu raportul tensiunii de ieşire la diferenţa tensiunilor de intrare.

Kt = Uout 12 / (Uin1-Uin2), unde Uout 12 = Uout1- Uout2.

Dacă tensiunea de ieşire se măsoară la una din ieşirile nesimetrice, atunci la măsurarea tensiunii la prima ieşire coeficientul de amplificare a semnalului diferenţiat va fi:

Kt1 = Uout 1 / (Uin1-Uin2),

analogic şi pentru a doua ieşire

Kt2 =U out 2 / (Uin1-Uin2)

Amplificatorul diferenţial fig 2 are două tranzistoare identice cu Re comun, conectat la curentul emiterului:

Fig 2 Amplificatorul diferenţial cu două tranzistoare identice cu Re comun.

La ieşirile schemei între punctele 1’ şi 2’ se poate primi o tensiune, proporţională diferenţei tensiunilor amplicate la intrare. Dependenţa tensiunii de ieşire de diferenţa celor de intrare este liniară, dacă tensiunile de intrare sunt bazie, pozitive pentru tranzistorul de tip n-p-n.

1.1. Configuratii de baza ale amplificatoarelor diferentiale

In fig 1 se prezinta schemele de principiu a doua amplificatoare diferentiale cu sarcina rezistiva. La primul circuit punctul static de functionare este fixat de rezistorul REE iar la cel de- al doilea de sursa de curent constant IEE. Pe niciuna din aceste scheme nu s-au desenat circuitele prin care se închid curentii de polarizare a intrarilor (curentii de baza ai tranzistoarelor T1 si T2). Acest mod de reprezentare a amplificatoarelor diferentiale ramâne valabil si în continuare, dar sa nu se uite ca totdeauna trebuie create caile de închidere a curentilor de polarizare a intrarilor.

Amplificatoarele diferentiale se alimenteaza ca si amplificatoarele operationale, de la o sursa dubla de tensiune (fig 1, c), obtinuta prin înserierea a doua surse simple, punctul de înseriere devenind punctul de masa (GND = ground în limba engleza).