Amplificador Diferencial: Método de Trabalho e Termo que Você Deve Conhecer

Introdução

A diferencial Amplificadores são blocos de construção usados ​​mais extensivamente no projeto de circuito integrado analógico. Um amplificador diferencial é basicamente um circuito eletrônico que consiste em duas entradas, entrada inversora e não inversora operada em uma configuração de feedback negativo. O amplificador diferencial basicamente amplifica a diferença entre as tensões de entrada aplicadas nesses dois terminais de entrada e rejeita qualquer sinal comum a esses dois terminais de entrada

Basicamente, todos amplificadores operacionais são Amplificadores Diferenciais porque todos eles têm a mesma configuração de entrada. Se um sinal de tensão de entrada for aplicado em um dos pinos de entrada e mais um sinal de tensão for aplicado ao outro pino em vez de ser aterrado, a tensão de saída resultante será proporcional à variação entre as duas tensões de entrada conectadas nos dois respectivos terminais de entrada.

Construção e trabalho

Considere o circuito, que é mostrado na fig (a), com entradas V_i1 e V_i2. Para analisar o circuito, usaremos o conceito de superposição e curto virtual. Fig (b) demonstra o circuito com V_i2 = 0. Nenhuma corrente fluirá em R₃ e R₄; portanto, V_2a = 0. O circuito resultante se comportará como um amplificador inversor assim,

  O amplificador de diferença no circuito acima consiste na configuração do amplificador inversor e não inversor.

Ao passo que, se o pino inversor for aterrado, o circuito atua como um amplificador não inversor, conforme mostrado nos respectivos diagramas de circuito. Quando os terminais de entrada inversora são aterrados, R₂e R₁ funciona como os componentes de feedback que conectam o terminal de saída e o terminal inversor e uma condição de feedback adequada é obtida para o amplificador não inversor.

A Fig (c) mostra o circuito com V_i1 = 0. Agora, a corrente do op-amp é 0. Então, R₃ e R₄ formar um divisor de tensão. Portanto,

Do conceito de short virtual, obtemos V_1b = V_2b e o circuito se torna um amplificador não inversor, para o qual

Substituindo nas equações acima, obtemos

Or

Uma vez que a tensão de saída líquida é a soma dos termos individuais, temos

                                                                              V₀ = V₀₁ + V₀₂

Or                                                       

Uma propriedade de um amplificador diferencial ideal é que a tensão de saída é zero quando V_i1 = V_i2. Na análise da última equação, esta condição é atendida se

A tensão de saída é então,

Podemos adicionar resistores suplementares apropriadamente em conexão paralela com os resistores de entrada conforme nossa necessidade, e o circuito amplificador diferencial pode ser configurado para adicionar ou subtrair conforme nossa necessidade.

Alguns termos importantes relacionados ao amplificador diferencial

Resistência de entrada diferencial:

Na figura, definimos a condição e definimos R₁ = R₃ e R₂ = R₄. A resistência de entrada é então definida como,

Levando em consideração o conceito de short virtual, podemos escrever a seguinte equação de loop,

V_i = euR₁ + IR₁ = i (2R₁)

Portanto, a resistência de entrada é R_i = 2R₁

Sinal de entrada de modo comum:

: No amplificador de diferença ideal, uma entrada de modo comum Vcm faria as entradas (V_i1 + V_cm) e (V_i2 + V_cm), ou seja, é adicionado a cada uma das tensões de entrada aplicadas e, portanto, será cancelado quando a diferença das duas tensões de entrada for medida e amplificada.

A saída V₀ é zero quando V_i1 = V_i2. No entanto, se essas relações de resistores não forem precisamente iguais, isto é,

 , então, como resultado, a tensão de modo comum V_cm não será cancelado completamente.

Como é praticamente impossível ter relações de resistores de valores perfeitamente exatos, é provável que alguma tensão de saída de modo comum esteja presente.

Quando V_i1 = V_i2, a entrada é chamada de sinal de entrada de modo comum. A tensão de entrada de modo comum pode ser expressa como

o ganho de modo comum pode então ser expresso como,

Taxa de rejeição de modo comum (CMRR):

O CMRR pode ser explicado como o valor do módulo da razão entre o ganho diferencial e o ganho de modo comum. Basicamente, é a capacidade de um amplificador diferencial de rejeitar sinais de entrada que estão no modo comum.

                                                    CMRR =

Geralmente, o CMRR é expresso em dB,

CMRR (dB) =

Em um mundo ideal, a taxa de rejeição do modo comum é infinita. No caso real do amplificador diferencial, desejamos que o CMRR seja o maior possível.

Aplicações do amplificador diferencial

Amplificador diferencial da ponte de Wheatstone

Nesse caso, os resistores são dispostos em uma ponte de Wheatstone (resistiva) de forma que funcione como um comparador de tensão diferencial comparando as tensões de entrada.

Quando uma tensão de entrada de referência fixa é aplicada em uma extremidade da rede de ponte de Wheatstone e um termistor ou um resistor dependente de luz (LDR) na outra extremidade da rede, o circuito pode ser usado para detectar diferentes níveis de temperatura ou luz intensidade. A tensão de saída deste circuito amplificador operacional diferencial é uma função linear das diferenças na extremidade ativa do circuito em que está o termistor ou LDR.

 Um circuito diferencial de ponte de Wheatstone utilizado para calcular o valor da resistência desconhecida por pro tem como um comparador entre as tensões de entrada nas resistências individuais.

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL SENSÍVEL À LUZ

O circuito diferencial dependente de luz funciona como uma chave dependente de luz, que fornecerá a saída como “ligada” ou “desligada” com a ajuda de um relé. A tensão aplicada em V1 define o ponto de disparo do amplificador (fornece o valor de limite) e uma resistência variável que atua como um medidor de potencial VR₂ é usado para comutação de histerese.

 No terminal inversor do amplificador diferencial, um resistor dependente de luz padrão é conectado, o que muda seu valor de valor de resistência dependendo da quantidade de luz em seu incidente sobre ele. A resistência do fotodiodo presente no LDR é proporcional ao nível de luz e diminui com o aumento da intensidade da luz e, portanto, o nível de tensão no ponto V2 também irá variar e, dependendo se está acima ou abaixo do ponto limite, o resistor variável VR₁ indicará seu valor.

Agora, como os incidentes de luz no resistor dependente de luz (LDR), com base em sua intensidade, se excede ou permanece abaixo do valor de limite definido no terminal de entrada não inversor V1, a saída mostra ON ou OFF.

O disparo do nível de luz ou a posição do valor limite podem ser ajustados com a ajuda do potenciômetro VR₁ e o potenciômetro de histerese de comutação VR₂. Portanto, desta forma, uma chave sensível à luz pode ser feita usando um amplificador diferencial.

O circuito pode ser configurado para detectar mudanças na temperatura, substituindo o VR₁ e o LDR, com um termistor e um resistor variável adequado para detectar calor ou frio. A desvantagem de um amplificador diferencial é que as impedâncias de entrada são muito mais baixas em comparação com as outras configurações de circuito amplificador operacional. Um circuito amplificador diferencial funciona bem para fontes de baixa impedância, mas não para fontes de alta impedância. Usando um amplificador de buffer de ganho de unidade, esse problema pode ser superado.

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