Use o desempenho total dos amplificadores diferenciais

O amplificador diferencial é um componente fundamental em eletrônica e engenharia elétrica. Desempenha um papel central em diversas aplicações, incluindo processamento de sinal, amplificação e redução de ruído. Neste artigo, mergulhamos profundamente no mundo dos amplificadores diferenciais e exploramos seus princípios, aplicações, benefícios e muito mais.

O que é um amplificador diferencial?

A Amplificador diferencialfrequentemente chamado de “amplificador diferencial”, é um circuito eletrônico básico que amplifica a diferença entre dois sinais de entrada e suprime sinais de modo comum. Os sinais de modo comum aparecem igualmente em ambas as entradas e geralmente são considerados ruído. Como os amplificadores diferenciais amplificam apenas a diferença entre os dois sinais de entrada, eles são essenciais em aplicações onde a fidelidade do sinal e a rejeição de ruído são críticas.

Princípios de amplificação diferencial

Os amplificadores diferenciais subtraem uma tensão de entrada da outra e produzem uma tensão de saída que é proporcional à diferença entre as duas. E é assim que funciona:

• Duas entradas, uma saída: Um amplificador diferencial possui duas entradas, geralmente chamadas V₁ E V₂e uma única saída, Vout. Ele calcula a diferença de tensão entre V₁ E V₂ e o reforça.
• Rejeição de modo comum: Uma das principais funções de um amplificador diferencial é a sua capacidade de rejeitar sinais de modo comum. Qualquer sinal que esteja igualmente presente em ambas as entradas é cancelado no processo de subtração, restando apenas o sinal de diferença.
• Ganhe ganho: Amplificadores diferenciais normalmente têm um ganho conhecido como Aₙ. Este ganho determina quanto o sinal de diferença é amplificado para produzir a tensão de saída.

Aplicações de amplificadores diferenciais

Amplificadores diferenciais encontram aplicação em vários sistemas eletrônicos devido às suas propriedades únicas. Algumas aplicações comuns são:

Amplificador de instrumento

Amplificadores de instrumentação usados ​​em vários instrumentos de medição dependem fortemente de amplificadores diferenciais. Eles fornecem amplificação de alta precisão de pequenos sinais diferenciais enquanto suprimem a interferência de modo comum, garantindo medições precisas em aplicações como instrumentos médicos e interfaces de sensores.

amplificador operacional

Amplificadores diferenciais são um elemento fundamental em circuitos amplificadores operacionais. Os amplificadores operacionais geralmente usam amplificação diferencial para realizar tarefas de amplificação de tensão, condicionamento de sinal e filtragem.

Amplificação de áudio

Em dispositivos de áudio, os amplificadores diferenciais amplificam os sinais de áudio enquanto minimizam o ruído de fundo. Isto é crucial para uma saída de áudio de alta qualidade em dispositivos como amplificadores e pré-amplificadores.

Vantagens dos amplificadores diferenciais

Os amplificadores diferenciais oferecem diversas vantagens que os tornam indispensáveis ​​em muitos sistemas eletrônicos:

• Alta rejeição de modo comum: A capacidade de rejeitar eficazmente sinais de modo comum garante que apenas os sinais diferenciais desejados sejam amplificados, reduzindo ruído e interferência.
• Fidelidade de sinal aprimorada: Os amplificadores diferenciais preservam a integridade do sinal original e melhoram a fidelidade do sinal, amplificando apenas a diferença entre dois sinais de entrada.
• Entradas balanceadas: Eles oferecem uma configuração de entrada balanceada que é particularmente útil em aplicações onde a qualidade do sinal é de extrema importância.
• Versatilidade: Os amplificadores diferenciais podem ser configurados para diferentes valores de ganho e, portanto, são adaptáveis ​​a diferentes níveis de sinal e aplicações.

Configurações de amplificador diferencial

Eles podem ser implementados usando diferentes componentes e configurações eletrônicas. Aqui estão dois tipos comuns:

Amplificador diferencial com transistor de junção bipolar (BJT)

Um amplificador diferencial baseado em BJT usa transistores de junção bipolar para amplificação. Esta configuração é frequentemente encontrada em circuitos eletrônicos analógicos devido à sua simplicidade e versatilidade.

Amplificador diferencial de amplificador operacional (op-amp)

Devido às características inerentes dos amplificadores operacionais, os amplificadores diferenciais baseados em amplificadores operacionais são amplamente utilizados. Eles oferecem alta impedância de entrada, baixa impedância de saída e excelente rejeição de modo comum.

Circuito amplificador diferencial

Configuração básica de um amplificador diferencial

Amplificadores diferenciais podem ser implementados com diferentes componentes eletrônicos, mas o conceito básico permanece o mesmo. Aqui examinamos um circuito amplificador diferencial básico usando transistores bipolares (BJTs):

Componentes necessários:

• Dois BJTs NPN: Esses transistores servem como elementos amplificadores no circuito.
• Resistores: Necessário para polarizar e ajustar o ganho do amplificador diferencial.
• Fontes de entrada: V₁ E V₂ representam os sinais de entrada diferenciais.
• Fonte de energia: Fornece os níveis de tensão necessários para os transistores.

Operação do circuito:

• Par de transistores: Os dois BJTs NPN são conectados em uma configuração diferencial com seus coletores conectados entre si e conectados à tensão de alimentação positiva (Vcc).
• Viés: A polarização adequada é crítica para garantir que os BJTs operem dentro do seu alcance ativo. Os resistores de polarização estabelecem os níveis de tensão necessários nas bases do transistor.
• Entrada diferencial: V₁ E V₂ são aplicados às bases dos transistores. O par de transistores amplifica a diferença de tensão entre essas entradas.
• Voltagem de saída: O sinal de diferença amplificado aparece no nó coletor e pode ser considerado como a tensão de saída Vout. O componente de modo comum é efetivamente cancelado de modo que apenas o sinal de diferença desejado seja amplificado.

Amplificador diferencial baseado em amplificador operacional

Outra abordagem comum é usar amplificadores operacionais (amplificadores operacionais) para construir um amplificador diferencial. Amplificadores diferenciais baseados em amplificadores operacionais são conhecidos por sua alta impedância de entrada, baixa impedância de saída e facilidade de configuração. Eles oferecem excelente rejeição de modo comum e são amplamente utilizados em diversas aplicações.

Nesta configuração, um amplificador operacional amplifica a diferença de tensão entre os dois sinais de entrada, enquanto os resistores de feedback ajustam o ganho.

Compreender como funcionam os amplificadores diferenciais e as configurações dos circuitos é importante tanto para engenheiros quanto para entusiastas da eletrônica. Esses circuitos versáteis são usados ​​em uma ampla variedade de áreas e garantem precisão de sinal e redução de ruído em inúmeros sistemas eletrônicos.

Conclusão

Na eletrônica, o amplificador diferencial é crucial em aplicações onde a amplificação precisa do sinal e a rejeição de ruído são essenciais. Compreender seus princípios, benefícios e aplicações é crucial para qualquer pessoa da engenharia eletrônica e elétrica. Esteja você desenvolvendo dispositivos de medição de precisão, equipamentos de áudio ou circuitos de processamento de sinais, o amplificador diferencial é uma ferramenta valiosa em seu arsenal que garante a fidelidade e a precisão de seus sistemas eletrônicos.

Perguntas frequentes

Qual é a principal vantagem de um amplificador diferencial em relação a um amplificador de terminação única?

A principal vantagem de um amplificador diferencial é a sua capacidade de rejeitar eficazmente sinais de modo comum. Isso garante que o ruído ou a interferência que afeta ambas as linhas de entrada sejam cancelados igualmente, resultando em uma amplificação mais limpa e precisa do sinal diferencial.

Como posso calcular o ganho de um amplificador diferencial?

O ganho de um amplificador diferencial pode ser calculado usando a seguinte fórmula: Ganho (Aₙ) = (Rf / Re) * (1 + 2 * (Re / Re2)), onde Rf é o resistor de feedback, Re é o resistor do emissor e Re2 é o segundo resistor emissor em uma configuração baseada em BJT.

Posso usar um amplificador diferencial em dispositivos de áudio para melhorar a qualidade do som?

Sim, amplificadores diferenciais são frequentemente usados ​​em dispositivos de áudio para melhorar a qualidade do som. Eles ajudam a reduzir o ruído de fundo e a interferência, resultando em uma saída de áudio mais nítida e tornando-os um componente valioso em amplificadores e pré-amplificadores.