Diferenciální zesilovač je malé, ale velmi důležité zařízení, které je široce používáno v elektronice. Hraje klíčovou roli v mnoha obvodech, včetně zesilovačů zvuku a přijímačů rádiových signálů. V tomto článku se podíváme na to, jak funguje diferenciální zesilovač, jeho základní principy fungování a vlastnosti.
Diferenciální zesilovač se skládá z několika tranzistorů Spojených a nakonfigurovaných tak, že je schopen zesilovat rozdíl mezi dvěma vstupními signály. Vstupní signál je dodáván do dvou vstupů zesilovače a zařízení zesiluje pouze rozdíl napětí mezi těmito signály, přičemž ignoruje celkovou složku. Diferenciální zesilovač je takzvaný "unitární" (lineární) zesilovač, který umožňuje zesílit signály s vysokou přesností a minimálním zkreslením.
Zvláštností diferenciálního zesilovače je jeho vysoká inhibice celkového nebo synfázového signálu. To znamená, že pokud jsou oba vstupy zesilovače současně napájeny stejným signálem, nebude zesilován ani zobrazen na výstupu. Díky této funkci je diferenciální zesilovač ideální pro potlačení šumu a rušení, které mohou pocházet z různých zdrojů, jako jsou siločáry nebo elektronická zařízení.
Práce diferenciálního zesilovače: princip a vlastnosti
Princip fungování diferenciálního zesilovače je založen na použití dvou vstupů nazývaných přímé a inverzní vstupy. Přímý vstup je napájen signálem, který má být zesílen, a inverzní vstup je dodáván s opačnou fází. Diferenciální zesilovač zesiluje rozdíl mezi těmito dvěma vstupy.
Zvláštností diferenciálního zesilovače je jeho schopnost potlačovat signály, které jsou přítomny současně na přímých i inverzních vstupech, nazývaných společný signál. Toho je dosaženo vyváženým zvýšením rozdílu signálu a potlačením celkového signálu.
Diferenciální zesilovače jsou široce používány k zesílení slabých signálů, jako jsou zvukové signály nebo signály ze senzorů, a k odstranění rušení a šumu, které mohou ovlivnit kvalitu signálu. Mají vysokou linearitu, stabilitu a nízkou míru zkreslení.
Kromě toho mají diferenciální zesilovače široký rozsah pracovních napětí, což jim umožňuje pracovat s různými zdroji signálu. Mají také vysokou rychlost přenosu signálu a nízkou dobu zpoždění.
Princip fungování diferenciálního zesilovače
Princip fungování diferenciálního zesilovače je založen na použití dvojice tranzistorů, které fungují v "zrcadlovém" režimu. To znamená, že jeden tranzistor vede proud, když je druhý tranzistor v oddílu, a naopak.
Když je do vstupu diferenciálního zesilovače přiveden signál, rozdíl napětí mezi jeho vstupy způsobí změnu proudu v tranzistorech. Proud protékající tranzistory určuje výstupní signál zesilovače.
Jednou z vlastností diferenciálního zesilovače je jeho schopnost potlačovat signály z celkové složky, známé také jako obecný řezač nebo stejnosměrný posuv. To umožňuje diferenciálnímu zesilovači efektivně zesilovat pouze rozdíl vstupních signálů, přičemž ignoruje konstantní složky.
Kromě toho má diferenciální zesilovač vysoký stupeň potlačení rušení a šumu, díky čemuž je užitečný pro práci s nízkofrekvenčními signály nebo v podmínkách, kde je vyžadována vysoká přesnost a stabilita.
Vlastnosti diferenciálního zesilovače
Zde jsou některé z funkcí diferenciálního zesilovače:
1. Vstupní a výstupní symetrie: Diferenciální zesilovač má dva vstupy a dva výstupy, což umožňuje vyvážení signálů na vstupech a udržení symetrie výstupních signálů. To umožňuje snížit zkreslení a zajistit lineární zisk.
2. Zesílení signálu: Diferenciální zesilovač zesiluje rozdíl mezi dvěma vstupními signály. To umožňuje účinně potlačit obecné rušení, které je přítomno na obou vstupech, a zesílit užitečný signál. Diferenciální zesilovač má tedy vysoký poměr potlačení obecného rušení (Common Mode Rejection Ratio).
3. Zlepšená stabilita: Diferenciální zesilovač má dva vstupy, což umožňuje vyvážení signálů a snížení vlivu vnějšího rušení a fluktuací. Díky tomu je diferenciální zesilovač odolnější vůči vnějším vlivům a poskytuje spolehlivé zesílení signálu.
4. Nízká výstupní impedance: Diferenciální zesilovač má nízkou výstupní impedanci, která mu umožňuje efektivně přenášet zesílený signál na další úroveň obvodu. To pomáhá předcházet ztrátě signálu a poskytuje spolehlivý přenos dat.
5. Nízká míra zkreslení: Diferenciální zesilovač má nízkou míru zkreslení, díky čemuž může zesílit signál s vysokou přesností a zachovat jeho původní vlastnosti. To je důležité pro zajištění vysoce kvalitní reprodukce analogových signálů.
Ve svém jádru má diferenciální zesilovač řadu výhod, díky nimž je nepostradatelným prvkem v analogových obvodech. Poskytuje vysokou přesnost a stabilitu zesílení signálu, umožňuje potlačit rušení, zachovat původní charakteristiky signálu a efektivně jej přenést na další úroveň obvodu.