差動増幅器回路の基本、動作、切り替わり電圧、アンプ入力段、比較動作など、

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更新日 2017-09-02 | 作成日 2008-01-12

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差動増幅器回路とは?


1、差動増幅器の使い方

差動増幅器の動作として主に3種類の使い方があります。

1、アンプなどの増幅器の入力段
     入力信号の差分を増幅する
2、コンパレータなどの比較器の入力段
     入力信号を比較する
3、各種演算回路(電流合成など)
     差動電圧を電流に変換し各種演算を行う

2、基本回路構成

basic_dif0.JPG

  (a)  基本回路構成

basic_diff_hakei.JPG

 (b) 入力電圧対コレクタ電流特性
Fig.1  基本差動増幅回路と切り替わり特性
(R1=R2=20kΩ、Itail=10μA時)

Fig.1(a)は差動増幅器の基本回路構成です。差動増幅器は2つの入力電圧の差分を増幅し、2つの入力に共通な電圧を取り除く性質があります。この性質を用いて、2つの入力信号の差を増幅したり、2つの信号をそれぞれ比較したりする用途に使われます。

この回路を増幅器として動作させたい場合の注意点は、すべてのトランジスタを飽和させないということです。まず、電源電圧の1/2の電圧をVcomとおき、Vin2に与えます。その状態で、Vin1をそのVcom近辺の電圧を与えたときのQ1、Q2のコレクタ電流の関係をFig.1の(b)に示します。ここでVin1とVin2の電圧差を-ΔVinとおきます。Vin1とVin2の状態により3つの場合の動作を見てみましょう。

Vin1がVin2より大きい時

上記例ではΔVinが約-100mV以上ではほぼ、i1に電流が流れる

Vin1がVin2より小さい時

上記例ではΔVinが約+100mV以上ではほぼ、i2に電流が流れる

約-100mVから+100mV付近

ΔVinに応じてリニアに変化し、ΔVin=0でi1=i2となる

これが基本的な動作です。この性質を用いることにより、二つの信号の差を増幅させたり、比較することができます。

3、差動増幅器回路のまとめと注意点

1、飽和させない

     差動増幅器を用いる場合、必ずすべてのトランジスタを
     飽和させない領域で使用する

2、差分を増幅できる

     差動増幅器は2つの入力信号の差分であるΔVinにより
     Q1、Q2のコレクタ電流が変化しそのコレクタ電流の差分を
     利用することにより比較動作や差分増幅出来る

3、微少信号を入力する

     差動増幅器の2つの入力信号の差分であるΔVinの切り替わり
     範囲は大きくてもせいぜい100mV程度と小さい範囲で
     切り替わり動作を行うのでVin1とVin2の差分信号を
     取り出したい場合、ΔVin=±100mV以下の微少信号範囲で行う。

4、入力範囲を拡大できる

     差動増幅器のΔVinの切り替わり範囲を大きくしたい場合、
     エミッタ側に抵抗REを挿入するとほぼItai×REの電圧分
     入力範囲が拡大する。(下図Fig.2参照)ただし、
     この場合Q1、Q2のGMが減少し結果としてゲインが低下する。
     (ΔVinの切り替わり範囲とゲインはトレードオフとなる。)

basic_dif0e.JPG

Fig.2  REの入った差動増幅回路

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