מגבר הפרש

מגבר הפרש הוא מגבר מתח שיציאתו היא מכפלה של הפרש המתחים בין שני הדקי הכניסה שלו בקבוע, הנקרא ההגבר ההפרשי ולעיתים נמדד בדציבלים. מעגלים אלקטרוניים רבים מכילים מגברי הפרש, כיוון שקל לממש בעזרתם מעגלי בקרה.

תאוריה

סימון מגבר הפרש. $V_{s}^{+}$ ו-$V_{s}^{-}$ הם מתחי האספקה, המהווים חסם עליון ותחתון למתח המוצא.

המוצא של מגבר הפרש אידיאלי נתון על ידי:

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

כאשר $V_{\text{in}}^{+}$ מתח הכניסה החיובית, $V_{\text{in}}^{-}$ הם מתח הכניסה השלילית ו-$\,A_{\text{d}}$ הוא ההגבר ההפרשי.

האות במוצא של מגבר לא-אידיאלי תלוי לא רק בהפרש המתחים בין הכניסות, הנקרא הכניסה ההפרשית, אלא גם בגודלן. אם שתי הכניסות שוות, למשל, המוצא אינו מתאפס כפי שמתבקש מהביטוי להגבר אידיאלי. לכן, הגבר של מגבר הפרש מעשי יהיה תלוי גם בממוצע בין מתחי הכניסות, הנקרא הכניסה המשותפת:

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

כאן $\,A_{\text{c}}$ הוא ההגבר המשותף. היחס בין ההגבר ההפרשי להגבר המשותף הוא מדד לטיב מגבר ההפרש והוא מסומן CMRR:

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

במגבר הפרש אידיאלי, ההגבר המשותף הוא אפס וה-CMRR הוא אינסופי. במגבר הפרש חד-צדדי, הכניסה השלילית מוארקת ואות הכניסה מחובר לכניסה החיובית, כך שההגבר גדול בהרבה מההגבר המשותף אך קטן מההגבר ההפרשי (משום שהכניסה איננה הפרשית טהורה). מגבר שרת הוא מגבר הפרש עם הגבר הפרשי גבוה מאוד, CMRR גבוה מאוד, התנגדות כניסה גבוהה מאוד והתנגדות יציאה נמוכה מאוד.

מימוש

מימוש מגבר הפרש בעזרת טרנזיסטורים ביפולריים

אחת הדרכים הנפוצות למימוש מגברי הפרש היא בעזרת טרנזיסטורים ביפולריים. מקור זרם קובע את נקודת העבודה של שני טרנזיסטורים עם פולטים מקוצרים. הבסיס של אחד הטרנזיסטורים הוא הכניסה החיובית והקולט שלו הוא היציאה השלילית. הבסיס של הטרנזיסטור האחר הוא הכניסה השלילית והקולט שלו הוא היציאה החיובית. היחס בין הפרש מתחי היציאה לבין הפרש מתחי הכניסה הוא ההגבר ההפרשי. אם התנגדות הנגדים בשני הקולטים שווה (נסמנה R) אז בכל ענף זורם חצי מזרם מקור הזרם I. אם מתחי הכניסה קטנים ביחס למתחי האספקה, ההגבר ההפרשי הוא:

$A_{d}=-{\frac {IR}{2V_{T}}}$

כאשר $V_{\mathrm {T} }={\frac {kT}{q}}$ ו-$\,k$ קבוע בולצמן, $\,T$ הטמפרטורה (בקלווין) ו-$\,q$ מטען האלקטרון. בטמפרטורת החדר: $V_{T}\approx 25mV$.

ההגבר ליציאה החד-צדדית החיובית הוא:

$A_{d_{1}}=-{\frac {IR}{4V_{T}}}$

וההגבר ליציאה החד-צדדית השלילית הוא:

$A_{d_{1}}={\frac {IR}{4V_{T}}}$

מימוש דומה למגבר הפרש עושה שימוש בטרנזיסטורים מסוג MOSFET.