مدار تفاضلی (Differential Amplifier Circuit)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit) را در آموزش زیر شرح دادیم :
مدار تفاضلی (Differential Amplifier Circuit) :
مدار تفاضلی (Differential Amplifier) یکی از مهم ترین و پرکاربردترین بلوک های آنالوگ است که در طراحی تقویت کننده های عملیاتی (Op-Amps)، مقایسه کننده ها و بسیاری از مدارهای مجتمع خطی استفاده می شود. این مدار دو ورودی دارد (ورودی معکوس کننده یا Inverting و ورودی غیرمعکوس کننده یا Non-inverting) و خروجی آن متناسب با اختلاف ولتاژ بین این دو ورودی است. به عبارت دیگر، سیگنال های مشترک بین دو ورودی (Common-Mode Signals) را تضعیف کرده و سیگنال های متفاوت (Differential Signals) را تقویت می کند.
ساختار پایه با ترانزیستورهای BJT: یک تقویت کننده تفاضلی ساده از دو ترانزیستور (Q1 و Q2) با امیترهای مشترک که به یک منبع جریان ثابت متصل هستند، ساخته می شود. کلکتورهای ترانزیستورها از طریق مقاومت های
\[ R_C \]به منبع تغذیه مثبت وصل می شوند. ورودی ها به بیس های ترانزیستورها اعمال می شوند و خروجی معمولا از کلکتور یکی از ترانزیستورها (خروجی نامتقارن) یا بین دو کلکتور (خروجی متقارن) گرفته می شود.
پارامترهای مهم:
⭐ بهره تفاضلی (
\[ A_d \]): نسبت تغییر خروجی به تغییر اختلاف ورودی.
\[ A_d = \frac{V_{out}}{V_{id}} \].
⭐ بهره حالت مشترک (
\[ A_{cm} \]): نسبت تغییر خروجی به تغییر ولتاژ مشترک هر دو ورودی. در یک مدار تفاضلی ایده آل،
\[ A_{cm}=0 \].
⭐ نسبت طرد حالت مشترک (CMRR - Common Mode Rejection Ratio): مهم ترین مشخصه یک تقویت کننده تفاضلی است و به صورت
\[ CMRR = \frac{A_d}{A_{cm}} \](معمولا بر حسب دسی بل) تعریف می شود. CMRR بالا نشان دهنده توانایی خوب مدار در حذف نویزهای مشترک است.
مزایا:
⭐ حذف نویز حالت مشترک (مانند نویز ۵۰ هرتز ناشی از برق شهر).
⭐ کاهش افست (Offset) و راندگی (Drift) حرارتی.
⭐ افزایش پهنای باند و خطی بودن.
کاربردها:
⭐ ورودی تقویت کننده های عملیاتی (Op-Amp).
⭐ تقویت کننده های ابزار دقیق (Instrumentation Amplifiers).
⭐ گیرنده های خطوط انتقال تفاضلی (مانند RS-485, USB).
⭐ مدارهای آنالوگ حساس به نویز.
