Amplificatore differenziale

Schema di amplificatore differenziale.

Un amplificatore differenziale è un tipo di amplificatore elettronico che moltiplica la differenza tra due ingressi per un fattore costante, il guadagno differenziale; l'amplificatore differenziale rappresenta lo stadio iniziale di un amplificatore operazionale (OP-AMP). Dati due ingressi $V_\mathrm{in}^{+}$ e $V_\mathrm{in}^{-}$, un amplificatore differenziale fornisce un'uscita V_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_d è il guadagno di modo differenziale e A_c il guadagno di modo comune.

Per rendere il circuito immune ai disturbi presenti agli ingressi bisogna far tendere A_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_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. A_d invece amplifica la tensione differenziale $V_\mathrm{d}=V_\mathrm{in}^{+} - V_\mathrm{in}^{-}$, quindi eventuali rumori vengono automaticamente eliminati data l'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 può notare che quando A_c tende a zero, CMRR tende all'infinito. Maggiore è la resistenza della corrente di emettitore R_e, più basso è A_c, e migliore è il CMRR. Pertanto, per un amplificatore differenziale perfettamente simmetrico, con A_c = 0, la tensione di uscita è data da

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

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

Se l'amplificatore differenziale ha un'alta impedenza, la sua capacità di assorbimento di cariche (capacità elettrica) diminuisce. Se l'amplificatore differenziale ha un' impedenza bassa, il segnale di ingresso, viene perturbato all'interno dell'amplificatore stesso, perché la corrente in ingresso viene dissipata (dispersa). 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
• Circuiti differenziali