BJT-Differenzverstärker

Ein Differenzverstärker ist ein Verstärker, der die Differenz zweier Eingangssignale verstärkt. Die Schaltung wird mit zwei Emitterschaltungen (Kollektorfolgern), deren Emitter gemeinsam an eine Stromquelle angeschlossen sind realisiert.

\usepackage[european, straightvoltages]{circuitikz}
\usepackage{amsmath}
\ctikzset{bipoles/length=1cm}
\ctikzset{diodes/scale=0.8}
\ctikzset{transistors/scale=2}
\begin{document}
\begin{circuitikz}[very thick, transform shape, scale=1.5, font=\large]
\draw (-1,0) node[npn](npnLeft){};
\draw (1,0) node[npn, xscale=-1](npnRight){};
\draw (npnLeft.text) node[right]{$T_1$};
\draw (npnRight.text) node[left]{$T_2$};
\draw (npnLeft.C) to[short, i<=$I_{C1}$] ++(0,0.5) coordinate(cLeft) to[R, l=$R_C$, *-] ++(0,1) coordinate(v) node[vcc]{$U_0$};
\draw (npnRight.C) to[short, i<_=$I_{C2}$] ++(0,0.5) coordinate(cRight) to[R, l_=$R_C$, *-] ++(0,1) node[vcc]{$U_0$};
\draw (npnLeft.E) to[short, i=$I_{E1}$] (npnLeft.E -| 0,0) coordinate(e) to[short, i<=$I_{E2}$] (npnRight.E);
\draw (e) to[short, *-o] ++(0,-0.5) coordinate (iin) -- ++(0.5,0) to[R,l=$R_i$] ++(0,-2) -- ++(-0.5,0) to[short, o-] ++(0,-0.5) node[vee]{$-U_0$};
\draw (iin) -- ++(-0.5, 0) to[I, i=$ $, l_=$I_0$] ++(0,-2) -- ++(0.5,0);
\draw (npnLeft.B) to[open, v^=$U_{e1}$, o-o] ++(0,-2) coordinate(g) node[rground]{};
\draw (npnRight.B) to[open, v^=$U_{e2}$, o-o] ++(0,-2) node[rground]{};
\draw (cLeft) -- ++(-3,0) coordinate(a1) to[open, v^=$U_{a1}$, o-o] (g -| a1) node[rground]{};
\draw (cRight) -- ++(3,0) coordinate(a2) to[open, v^=$U_{a2}$, o-o] (g -| a2) node[rground]{};
\end{circuitikz}
\end{document}

• 2 Eingänge und jeweils an den Basen der Transistoren und
• 2 Ausgänge und jeweils an den Kollektoren der Transistoren und
• Symmetrische Versorgung bezüglich des Bezugspotenzials 0
• Stromquelle mit Innenwiderstand zur Einstellung des AP

Funktionsweise

Vorteile

1. Verstärkung von DC-Signalen. (Andere Verstärker können das aufgrund des Hochpassverhaltens der Koppelkondensatoren nicht!)
2. Die Subtraktion zweier Eingangssignale ermöglicht gegengekoppelte Schaltungen.
3. Großer linearer Aussteuerbereich bei Verstärkern, da die Auswirkungen der Nichtlinearitäten in den Transistorkennlinien verringert werden.

Betriebsparameter

Gegentakt-Aussteuerung

Gleichtakt-Aussteuerung

Schaltungsentwurf

Einfache Gegenkopplung

Die Einfachste Möglichkeit die Stromquelle zu realisieren ist mittels eines einfachen Widerstandes (Stromgesteuerte Spannungsgegenkopplung)

\usepackage[european, straightvoltages]{circuitikz}
\usepackage{amsmath}
\ctikzset{bipoles/length=1cm}
\ctikzset{diodes/scale=0.8}
\ctikzset{transistors/scale=2}
\begin{document}
\begin{circuitikz}[very thick, transform shape, scale=1.5]
\draw (-1,0) node[npn](npnLeft){};
\draw (1,0) node[npn, xscale=-1](npnRight){};
\draw (npnLeft.text) node[right]{$T_1$};
\draw (npnRight.text) node[left]{$T_2$};
\draw (npnLeft.C) to[short, i<=$I_{C1}$] ++(0,0.5) coordinate(cLeft) to[R, l=$R_C$, *-] ++(0,1) coordinate(v) node[vcc]{$U_0$};
\draw (npnRight.C) to[short, i<_=$I_{C2}$] ++(0,0.5) coordinate(cRight) to[R, l_=$R_C$, *-] ++(0,1) node[vcc]{$U_0$};
\draw (npnLeft.E) to[short, i=$I_{E1}$] (npnLeft.E -| 0,0) coordinate(e) to[short, i<=$I_{E2}$] (npnRight.E);
\draw[color=orange] (e) to[R,l=$R_i$, o-o] ++(0,-2) node[black, vee]{$-U_0$};
\draw (npnLeft.B) to[open, v^=$U_{e1}$, o-o] ++(0,-2) coordinate(g) node[rground]{};
\draw (npnRight.B) to[open, v^=$U_{e2}$, o-o] ++(0,-2) node[rground]{};
\draw (cLeft) -- ++(-3,0) coordinate(a1) to[open, v^=$U_{a1}$, o-o] (g -| a1) node[rground]{};
\draw (cRight) -- ++(3,0) coordinate(a2) to[open, v^=$U_{a2}$, o-o] (g -| a2) node[rground]{};
\end{circuitikz}
\end{document}

Stromspiegel

Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung eines Stromspiegels