Wo werden Kleinsignal-Differenzverstärker eingesetzt?

Ich unterrichte Studenten über das Differentialpaar (siehe Schaltung unten). Ich habe viele Probleme angesprochen, wie den Unterschied zwischen Differenzial- und Gleichtaktverstärkung, das Nehmen beliebiger vb1- und vb2-Signale und das Ausdrücken dieser mit Gleichtakt- und Differenzialkomponenten und schließlich die Verwendung von Stromspiegeln für die Single-Ended-Wandlung.BJT-Differenzverstärker mit passiver Last.Eine Sache, die ich nicht angesprochen habe, ist, dass das Differentialpaar leicht zu sättigen ist. Sehr selten arbeitet das Differenzpaar als linearer Verstärker, sondern die Ausgänge werden normalerweise an ihre Grenzen (auf ihre Schienen) gebracht. Tatsächlich ist der Bereich der Differenzeingänge, die lineare Ausgänge erzeugen, sehr klein (vielleicht +/- zwei thermische Spannungen, wie unten zu sehen). Was ich gerne von Ihnen wissen würde, ist, ob es Anwendungen des Differentialpaars gibt, die nur von der Verwendung des linearen Bereichs abhängen? Telekom-Antennenvorverstärker? Wheatstone-Brücken? Geben Sie hier die Bildbeschreibung einDanke für deine Hilfe - (das ist mein erster Stackexchange-Beitrag)

Ich bin kein IC-Designer, aber wenn Sie die beiden Widerstände mit der Bezeichnung Rc durch einen Stromspiegel ersetzen, erhalten Sie meines Erachtens eine viel höhere Verstärkung und erweitern den linearen Bereich, obwohl dies Sie etwas Headroom kostet. Es lohnt sich, die meiste Zeit zu tun.
Zu faul, um eine vollständige Antwort zu schreiben, aber fast jeder Operationsverstärker mit BJT-Eingangsstufe. Auch die (heute kaum noch verwendete) ECL .
Ich habe wahrscheinlich falsch verstanden, was Sie in meinem Kommentar mit "linearer Bereich" gemeint haben. Aber ich werde es trotzdem dort lassen.
Ich weiß auch nicht, ob dies wirklich als Verwendung gilt, aber das Differentialpaar sind die einzigen Transistoren im Boyle-Makromodell des Operationsverstärkers, der normalerweise in SPICE-Simulationen verwendet wird (für ältere Opams); der Rest sind ideale Quellen usw. Die neueren Oppms haben ausgefeiltere SPICE-Modelle, aber die Anzahl der Transistoren ist normalerweise immer noch auf nur diese beiden beschränkt.
Eine alternative Formulierung Ihrer Frage könnte lauten: "Gibt es Anwendungen für ein Differenzialpaar, das als Verstärker (kein Schalter) mit "offener Schleife" ausgeführt wird?". Sie werden beurteilen, ob das Ihre Frage klarer ausdrückt, aber das ist die Interpretation, die ich daraus entnommen habe :)
"Eine Sache, die ich nicht angesprochen habe, ist, dass das Differentialpaar leicht zu sättigen ist" - Sie lassen das wie eine schlechte Sache klingen. Ich könnte das umformulieren, um zu sagen, dass Sie den vollen Stromhub mit nur etwa 50 mV Eingangshub erhalten können. Ein differentielles Paar hat eine sehr hohe Verstärkung. Sie können das Eingangssignal bei Bedarf jederzeit dämpfen.
@mkeith Ich bin IC-Designer ;-) und du hast Recht, du bekommst mehr Gewinn, wenn die Last ein Stromspiegel ist. Allerdings verringert sich dadurch auch die Bandbreite. Welche Last zu wählen ist, ist ein Kompromiss zwischen Verstärkung, BW, Linearität und natürlich Stromverbrauch.
Das differentielle Paar ist DER Baustein für fast alle ICs mit linearer Verstärkung. Ein idealer Operationsverstärker hat eine unendliche Verstärkung, wobei die tatsächliche Verstärkung durch externes Feedback bestimmt wird. Schauen Sie sich das Blockdiagramm eines beliebigen Operationsverstärkers oder Komparators an und Sie werden eine Menge differenzieller Paare finden.

Antworten (3)

Sie werden sehen, dass diese Schaltung in spannungsgesteuerten Verstärkern verwendet wird. Hier wird ein Audiosignal in einen der Eingänge eingespeist und der Strom durch die Emitter steuert die Verstärkung des Verstärkers.

Eine Google-Suche nach "Discrete Synth VCA" gibt Ihnen mehrere Beispielschaltungen. Hier ist eine einfache:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Eine ähnliche Schaltung befindet sich am Eingang von Operationsverstärkern. Ja – es sättigt ziemlich leicht, weshalb es normalerweise in einer Anordnung mit negativer Rückkopplung konfiguriert ist.

Tatsächlich verwendet Analog Devices fast genau diese Schaltung in einem Dokument, das beschreibt, wie man Eingangsstufen von Operationsverstärkern schützt. Echte Operationsverstärker sind viel komplizierter, aber es ist eine gute Annäherung erster Ordnung.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung einvon http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/41-05/input_protection.html

Ähnlich aussehend??

Beachten Sie, dass der Ausgang der Schaltung zum negativen Eingang zurückgeführt wird, was eine negative Rückkopplung einführt und die Gesamtverstärkung unter Kontrolle hält.

Ja, natürlich sind OpAmps DIE typische Anwendung eines differenziellen Paares. Sie müssen überhaupt nicht linear sein. Es reicht, wenn der Ausgang monoton zum Eingang ist (Differenzspannung). Sie können leicht sättigen. Das ist kein Problem, da sie (wie Olin erwähnte) die meiste Zeit so betrieben werden, dass eine negative Rückkopplung eine Sättigung vermeidet (die Open-Loop-Verstärkung ist nicht primär relevant).
@Curd, du meinst monoton.
Wenn die Ausgabe monoton ist, würde ich nach einer interessanteren Eingabe suchen.
@Scott: ja, "monoton". Englisch ist nicht meine Muttersprache und in meiner Muttersprache verwenden wir dasselbe Adjektiv für beide Bedeutungen :-).

Sie haben Recht, dass diese Schaltung nicht sehr linear ist. Sein Hauptmerkmal ist, dass es eine niedrige Offset-Spannung zwischen den beiden Eingängen hat. Es wird daher häufig verwendet, wenn die Verstärkung in der Schaltung selbst groß ist, aber auf einem höheren Niveau eine negative Rückkopplung um diese Schaltung herum auftritt. Das bedeutet, dass das Differentialpaar in beiden Richtungen nur mit einer Differenz von wenigen mV betrieben wird, alles andere als das, was dazu führt, dass der Open-Loop-Ausgang gesättigt wird, ist irrelevant.

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