シングルエンドおよび差動アンプ

複雑な回路図を描きやすくするために、電子増幅器は、内部コンポーネントが個別に表されていない単純な三角形で表されることがよくあります。この記号は、アンプの構造が回路全体のより大きな機能とは無関係であり、理解する価値がある場合に非常に便利です。

+ Vおよび-V接続は、DC電源のプラス側とマイナス側を示します。それぞれ。すべての信号電圧はアースと呼ばれる回路の共通接続を基準としていると想定されているため、入力電圧と出力電圧の接続は単一の導体として示されています。 。多くの場合（常にではありませんが！）、DC電源の1つの極は、正または負のいずれかで、その接地基準点です。実際のアンプ回路（入力電圧源、負荷抵抗、および電源を表示）は次のようになります。

増幅器回路の機能

アンプの実際のトランジスタ設計を分析しなくても、回路全体の機能を簡単に識別できます。つまり、入力信号（V _in ）を取得することです。 ）、それを増幅し、負荷抵抗を駆動します（R _load ）。上記の回路図を完成させるには、そのアンプのゲイン（A _V ）を指定するとよいでしょう。 、A _I 、A _P ）および必要な数学的分析のQ（バイアス）ポイント。

アンプが真のAC電圧（極性を反転）を負荷に出力できる必要がある場合は、スプリットDC電源を使用できます。これにより、接地点が+ Vと-Vの間で電気的に「中心」になります。分割電源構成は、デュアルと呼ばれることもあります。 電源。

アンプにはまだ全体で30ボルトが供給されていますが、分割電圧DC電源が供給されています。 、負荷抵抗の両端の出力電圧は、+ 30ボルトから0ボルトではなく、理論上の最大値+15ボルトから-15ボルトまでスイングできるようになりました。これは、出力の容量性または誘導性（トランス）結合に頼ることなく、アンプから真の交流（AC）出力を得る簡単な方法です。カットオフと飽和の間のこのアンプの出力のピークツーピーク振幅は変化しません。

差動アンプ

より大きな回路内のトランジスタ増幅器を三角形の記号で示すことにより、より複雑な増幅器と回路の調査と分析の作業が容易になります。これから検討するこれらのより複雑なアンプタイプの1つは、差動アンプと呼ばれます。 。単一の入力信号（シングルエンドと呼ばれることが多い）を増幅する通常のアンプとは異なります。 増幅器）、差動増幅器は、2つの入力信号間の電圧差を増幅します。簡略化された三角増幅器の記号を使用すると、差動増幅器は次のようになります。

2つの入力リード線は三角形のアンプ記号の左側にあり、出力リード線は右側にあり、+ Vおよび-V電源リード線は上下にあります。他の例と同様に、すべての電圧は回路の接地点を基準としています。一方の入力リード線は（-）でマークされ、もう一方は（+）でマークされていることに注意してください。差動アンプは2つの入力間の電圧差を増幅するため、各入力は逆の方法で出力電圧に影響を与えます。電圧利得が4の差動増幅器の入力/出力電圧の次の表を検討してください。

（+）入力の正の電圧が高くなると、出力電圧がより正になる傾向があり、（-）入力の正の電圧が高くなると、出力電圧がより負になる傾向があります。同様に、（+）入力の電圧が負になると出力も負になる傾向があり、（-）入力の電圧が負になるとその逆になります。入力と極性の間のこの関係のため、（-）入力は一般に反転と呼ばれます 入力と（+）を非反転として 入力。差動増幅器は、高感度の電圧計によって制御される可変電圧源と考えると役立つ場合があります。

上記の図はモデルにすぎないことに注意してください。 差動アンプの動作を理解するのに役立ちます。これは、実際の設計の現実的な概略図ではありません。 「G」記号は、敏感な電圧計の動きである検流計を表します。 + Vと-Vの間に接続されたポテンショメータは、（DC電源の片側を基準にして）出力ピンに可変電圧を提供します。この可変電圧は、検流計の読み取り値によって設定されます。差動増幅器の出力によって電力が供給される負荷は、入力信号ではなく、DC電源（バッテリ）から電流を取得することを理解する必要があります。 （検流計への）入力信号は、単に制御します。 出力。この概念は、最初はアンプを初めて使用する学生にとっては混乱を招く可能性があります。これらすべての極性と極性マーク（-と+）が周りにあると、混乱しやすく、差動アンプの出力がどうなるかわからなくなります。この潜在的な混乱に対処するために、覚えておくべき簡単なルールを次に示します。

入力と出力の極性の関係

差動の極性が 電圧が反転および非反転入力のマーキングと一致すると、出力は正になります。差動電圧の極性が入力マークと衝突すると、出力は負になります。これは、入力電圧の極性に基づいてデジタル電圧計によって表示される数学的符号とある程度類似しています。電圧計の赤いテストリード（電子配線の電源のプラス側と赤の色が一般的に関連付けられているため、「プラス」リードと呼ばれることが多い）は黒よりもプラスであり、メーターは正の電圧値を表示します。逆もまた同様です：

電圧計が間の電圧のみを表示するのと同じように 2つのテストリードである理想的な差動アンプは、2つの入力接続間の電位差のみを増幅し、これらの接続のいずれか1つとグランド間の電圧は増幅しません。差動増幅器の出力極性は、デジタル電圧計の符号付き表示と同様に、2つの入力接続間の差動電圧の相対極性に依存します。

差動アンプの使用

この増幅器への入力電圧が数学的な量（アナログコンピュータ回路内の場合のように）、または物理的プロセス測定（アナログ電子機器回路内の場合のように）を表す場合、差動増幅器などのデバイスがどのようになり得るかを見ることができます非常に便利。これを使用して2つの量を比較し、どちらが大きいか（出力電圧の極性によって）を確認するか、2つの量の差（2つのタンク内の液体のレベルなど）を比較してアラームにフラグを立てることができます（差が大きくなりすぎた場合は、アンプ出力の絶対値について）。基本的な自動制御回路では、制御される量（プロセス変数と呼ばれます） ）が目標値（セットポイントと呼ばれる）と比較されます ）、そしてこれら2つの値の間の不一致に基づいてどのように行動するかについて決定が下されます。このような方式を電子的に制御する最初のステップは、プロセス変数と設定値の差を差動増幅器で増幅することです。単純なコントローラー設計では、この差動アンプの出力を直接利用して、最終的な制御要素（バルブなど）を駆動し、プロセスを設定値にかなり近づけることができます。

レビュー：

• 電子増幅器の「省略形」の記号は三角形で、広い方の端は入力側を示し、狭い方の端は出力を示します。簡単にするために、電源ラインは図面では省略されていることがよくあります。
• アンプからの真のAC出力を容易にするために、スプリットと呼ばれるものを使用できます。 またはデュアル 電源装置。2つのDC電圧源が直列に接続され、中間点が接地されており、接地に正の電圧（+ V）と接地に負の電圧（-V）を与えます。このような分割電源は、差動増幅器回路で頻繁に使用されます。
• ほとんどのアンプには、1つの入力と1つの出力があります。 差動アンプ 2つの入力と1つの出力があり、出力信号は2つの入力間の信号の差に比例します。
• 差動増幅器の電圧出力は、次の式で決定されます。V _out =A _V （V _noninv -V _inv ）

関連ワークシート：

• 基本的なオペアンプのワークシート