Amplificatore differenziale

Schema di amplificatore differenziale

L'amplificatore differenziale è un tipo di amplificatore elettronico che amplifica la differenza dei due segnali di ingresso, ossia, il guadagno differenziale; l'amplificatore differenziale rappresenta lo stadio di ingresso di ogni amplificatore operazionale.

Descrizione

Dati due ingressi $V_{\mathrm {in} }^{+}$ e $V_{\mathrm {in} }^{-}$, un amplificatore differenziale fornisce un'uscita $V_{\mathrm {out} }$:

$V_{\mathrm {out} }=A_{\mathrm {d} }(V_{\mathrm {in} }^{+}-V_{\mathrm {in} }^{-})+A_{\mathrm {c} }\left({\frac {V_{\mathrm {in} }^{+}+V_{\mathrm {in} }^{-}}{2}}\right)$

in cui $A_{\mathrm {d} }$ è il guadagno di modo differenziale e $A_{\mathrm {c} }$ il guadagno di modo comune.

Per rendere il circuito immune ai disturbi presenti agli ingressi bisogna far tendere $A_{\mathrm {c} }$ a 0. Infatti, supposto che il disturbo sia ad esempio un rumore che si somma in maniera uguale a $V_{\mathrm {in} }^{+}$ e $V_{\mathrm {in} }^{-}$, $A_{\mathrm {c} }$ amplifica la tensione di modo comune

$V_{\mathrm {c} }={\frac {V_{\mathrm {in} }^{+}+V_{\mathrm {in} }^{-}}{2}}$,

amplificando quindi anche il disturbo presente in ingresso. Il guadagno differenziale $A_{\mathrm {d} }$ invece amplifica la tensione differenziale $V_{\mathrm {d} }=V_{\mathrm {in} }^{+}-V_{\mathrm {in} }^{-}$, quindi eventuali rumori vengono automaticamente eliminati dall'operazione di sottrazione.

Il rapporto di reiezione di modo comune (CMRR, dall'inglese common mode rejection ratio) è di solito definito come il rapporto tra il guadagno di modo differenziale e il guadagno di modo comune:

$\mathrm {CMRR} ={\frac {A_{\mathrm {d} }}{A_{\mathrm {c} }}}$

Da quest'equazione, si osserva che quando $A_{\mathrm {c} }$ tende a zero, il rapporto di reiezione tende all'infinito. Maggiore è la resistenza della corrente di emettitore $R_{\mathrm {e} }$, più basso è $A_{\mathrm {c} }$, e migliore è il CMRR. Pertanto, per un amplificatore differenziale perfettamente simmetrico, con $A_{\mathrm {c} }=0$, la tensione di uscita è data da

$V_{\mathrm {out} }=A_{\mathrm {d} }V_{\mathrm {d} }=A_{\mathrm {d} }(V_{\mathrm {in} }^{+}-V_{\mathrm {in} }^{-})$

Questa formula mostra come non sia sufficiente avere $A_{\mathrm {c} }$ tendente a zero, ma anche una $A_{\mathrm {d} }$ molto maggiore di 1, altrimenti l'amplificatore riuscirebbe sì nell'intento di sopprimere i rumori di modo comune, ma non amplificherebbe il segnale differenziale in ingresso, che è l'operazione fondamentale svolta da un amplificatore differenziale.

Gli amplificatori differenziali si trovano in molti sistemi che utilizzano la retroazione negativa, in cui un ingresso è utilizzato per il segnale di ingresso, mentre l'altro per quello di retroazione.

Se l'amplificatore differenziale ha un'alta impedenza, la sua capacità di assorbimento di cariche (capacità elettrica) diminuisce. Se l'amplificatore differenziale ha una bassa impedenza il segnale di ingresso viene perturbato all'interno dell'amplificatore stesso, perché la corrente in ingresso viene dissipata (in calore). Un'alta impedenza dell'amplificatore differenziale permette di preservare la tensione (differenza di potenziale) che si presenta agli ingressi, e ad evitare che si dissipi all'interno dell'amplificatore stesso, altrimenti all'interno di quest'ultimo non ci sarebbe una d.d.p. fedele alla misura di d.d.p. fatta dalle sonde.

Voci correlate

• Amplificatore operazionale
• Circuito integrato

Collegamenti esterni

• BJT Differential Amplifier — Circuiti e spiegazioni, su ecircuitcenter.com.
• Circuiti differenziali (PDF), su designers-guide.org.

Controllo di autorità	GND (DE) 4219347-3