Fark Yükselteci (Difference Amplifier)
Şekil 1 – Fark Yükselteç Devresi
Devrenin (+) ve (-) girişlerine uygulanan sinyallerin farkını alır, çıkarma işlemini yapar.
Devre analizinde, girişlerden birisi yok sayılıp, diğeri var sayılarak “süperpozisyon teoremi” uygulanacaktır.
* Önce OP-AMP ‘ın inverting yükselteç olarak çalıştığı düşünülürse;
Inverting Yükselteç Çıkışı: Vo = -(Rf / R1).Vi1 olur
Bu aşamada non-inverting girişi yok sayılmıştır.
* Şimdi, inverting girişini yok, non-inverting girişi var iken çıkış voltajını yazarsak;
Şekil 2 – Fark Yükseltecinin Non-Inverting Yükselteç Gibi Çalışması
Faz çevirmeyen yükseltecin çıkış voltajı, Vçk = [1 + (Rf / R1)] Vi2 ‘dir. Fakat, Şekil 2 ‘den görüleceği gibi OP-AMP ‘ın faz çevirmeyen (+) girişine uygulanan sinyal, R3 direncinin üzerinde düşen voltaj (Vx) kadardır.
Vx voltajı,
Vx = I.R3 => I = Vi2 / (R2 + R3)
Vx = [Vi2 / (R2 + R3)] .R3 olacaktır.
OP-AMP, girişindeki Vx gerilimini, voltaj kazancı kadar yükseltecektir. OP-AMP ‘ın, faz çevirmeyen yükselteç durumundaki çıkış voltaj değeri;
Vo = [1 + (Rf / R1)].Vx
Vo = [1 + (Rf / R1)].[R3 / (R2 + R3)].Vi2 olur.
* Yapılan analiz birleştirilirse, devrenin çıkış voltajı;
Vo = – (Rf / R1).Vi1 + [1+(Rf / R1)].[R3 / (R2 / R3)].Vi2 olacaktır.
Eğer, fark yükseltecinin direnç değerleri R1 = R2 = R3 = Rf olarak seçilirse;
Vo = -(Rf / Rf).Vi1 + [1 + (Rf / Rf)].[Rf / (Rf / Rf)].Vi2
Vo= -Vi1 + (1 + 1) (1/2).Vi2
Vo = -Vi1 + 2.(1/2).Vi2
Vo = Vi2 – Vi1 olur.
Böylece devre, yükseltme yapmadan, girişine uygulanan sinyallerin farkım alır.
Eğer, R1 = R2 ve R3 = Rf olarak seçilirse;
Vo = -(Rf / Rf).Vi1 + [1 + (Rf / R1)].[R3 / (R2 / R3)].Vi2 ‘den
Vo = – (Rf / R1).Vi1 + [[(Rf + R1)/R1].[Rf / (R1 + Rf)].Vi2]
Vo = – (Rf / R1).Vi1 + (Rf / R1).Vi2
Vo = (Rf / R1).(Vi2 – Vi1) olur.
Buradaki Rf/R1, fark yükseltecinin kazancıdır
Bu durumda devre giriş voltajlarının farkını yükseltir
Sonuç
İdeal fark alıcı op-amplarda;
Fark giriş sinyali için yanıt, Vid
Ortak mod giriş sinyali cevabı, Vicm
Vo=Ad.Vid+Acm.Vicm
(Ad:fark kazancı, Acm:ortak mod kazancı)
Ortak mod çıkış oranı(CMRR), CMRR=20log|Ad|/|Acm|
Fark giriş direnci, Rid=2R1 (Burada Rid değerini arttıtmak için, büyük değerli R1 direnci kullanmak gerekebilir.)
Ortak mod kazancı sıfırdır.
Giriş empedansı sonsuzdur.
Çıkış empedansı sıfırdır.
