Een differentiële versterker bouwen

Differentiële op-amp-circuits

Een op-amp zonder feedback is al een differentiële versterker, die het spanningsverschil tussen de twee ingangen versterkt. De versterking kan echter niet worden gecontroleerd en is over het algemeen te hoog om van praktisch nut te zijn. Tot dusverre heeft onze toepassing van negatieve feedback op op-amps geleid tot het praktische verlies van een van de ingangen, de resulterende versterker alleen goed voor het versterken van een enkele spanningssignaalingang. Met een beetje vindingrijkheid kunnen we echter een op-amp-circuit bouwen dat beide spanningsingangen behoudt, maar met een gecontroleerde versterking die wordt ingesteld door externe weerstanden.

Als alle weerstandswaarden gelijk zijn, heeft deze versterker een differentiële spanningsversterking van 1. De analyse van dit circuit is in wezen hetzelfde als die van een inverterende versterker, behalve dat de niet-inverterende ingang (+) van de op-amp op een spanning gelijk aan een fractie van V₂ , in plaats van rechtstreeks met aarde verbonden te zijn. Zoals logisch zou zijn, V₂ functioneert als de niet-inverterende ingang en V₁ fungeert als de inverterende ingang van het eindversterkercircuit. Daarom:

Als we een differentiële winst van iets anders dan 1 wilden bieden, zouden we de weerstanden in beide moeten aanpassen bovenste en onderste spanningsdelers, waardoor meerdere weerstandsveranderingen en balancering tussen de twee verdelers voor symmetrische werking nodig zijn. Dit is om voor de hand liggende redenen niet altijd praktisch.

Buffer het ingangsspanningssignaal

Een andere beperking van dit versterkerontwerp is het feit dat de ingangsimpedanties vrij laag zijn in vergelijking met die van sommige andere op-amp-configuraties, met name de niet-inverterende (single-ended input) versterker. Elke ingangsspanningsbron moet stroom door een weerstand sturen, die veel minder impedantie vormt dan de kale ingang van alleen een op-amp. De oplossing voor dit probleem is gelukkig vrij eenvoudig. Het enige wat we hoeven te doen is elk ingangsspanningssignaal te "bufferen" via een spanningsvolger zoals deze:

Nu de V₁ en V₂ ingangslijnen zijn rechtstreeks verbonden met de ingangen van twee spanningsvolger-op-amps, waardoor een zeer hoge impedantie wordt verkregen. De twee op-amps aan de linkerkant zorgen nu voor het aansturen van stroom door de weerstanden in plaats van de ingangsspanningsbronnen (wat ze ook mogen zijn) het te laten doen. De toegenomen complexiteit van ons circuit is minimaal voor een substantieel voordeel.

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad OpAmp-circuits voor zomer en aftrekker

• Basis Werkblad Operationele Versterkers