Differenzverstärker
Einleitung
Bei dem Differenzverstärker handelt es sich um eine Schaltung welche eine Potentialdifferenz verstärken kann. Eingesetzt wird der Differenzverstärker in Operationsverstärkern. In diesem Artikel soll sich detailliert mit dem Differenzverstärker beschäftigt.
⇨ Verstärker allgemein erklärt
Ziel
Namensgebend besteht die Aufgabe des Differenzverstärkers darin eine Potentialdifferenz zu verstärken.
Schaltung
Formelsammlung
Aufbau
Der Differenzverstärker besteht aus zwei identisch aufgebauten Emitterschaltungen, welche aus jeweils 2 Transistoren bestehen sowie aus einem gemeinsamen Emitterwiderstand (R5). Hinzu kommen 2 Widerstände welche jeweils an den Kollektor-Anschluss geschlossen werden.
![Differenzschaltung / Differenzverstärker Aufbau Das Bild zeigt den Aufbau der Differenzschaltung / Differenzverstärker.](/wp-content/uploads/2021/11/Differenzverstärker-Differenzverstärker-Aufbau-1.jpg)
Die Schaltung besitzt 2 Eingänge welche jeweils an der Basis der Transistoren liegen. 2 Ausgänge sind jeweils an den Kollektor-Anschlüssen zu finden.
![Differenzschaltung Differenzverstärker Eingangs- und Ausgangsspannungen Das Bild zeigt den Aufbau der Differenzschaltung / Differenzverstärker. Mit der Eingangs- und Ausgangsspannungen](/wp-content/uploads/2021/11/Differenzverstärker-Differenzverstärker-Aufbau-2.jpg)
Spannungsdifferenz
Wie bereits zu Anfang erklärt verstärkt der Differenzverstärker eine Potentialdifferenz. Es handelt sich dabei um die Differenz der Potentiale 1 und 2, sprich um die Spannung UX.
![Eingangs-Spannungsdifferenz des Differenzverstärkers Eingangs-Spannungsdifferenz des Differenzverstärkers](/wp-content/uploads/2021/11/Differenzverstärker-Differenzverstärker-Spannungsdifferenz.jpg)
Beträgt die Spannung UX = 0V müssen die Potentiale der beiden Basis-Anschlüsse der Transistoren gleich sein. Beispielsweise U1=0,7V und U2=0,7V. Es besteht eine Potentialdifferenz von 0.
Erklärung
Differenz = 0
Bei der Potentialdifferenz von 0 (UX=0V) (z.B. U1=0,7V und U2=0,7V) muss durch beide Transistoren der gleiche Strom fließen. (IE1 = IE2).
Differenz erhöht
Nun soll die Potentialdifferenz erhöht werden. Hierzu wird das Potential der Basis1 erhöht (U1 erhöhen), während das Potential der Basis2 gleichbleibt (U2 bleibt gleich).
![Erklärung Differenzverstärker Das Bild zeigt die Erklärung des Differenzverstärker](/wp-content/uploads/2021/11/Differenzverstärker-Differenzverstärker-Erklärung-1.jpg)
![Erklärung zwei des Differenzverstärker Das Bild zeigt den dritten Schritt der Erklärung des Differenzverstärker](/wp-content/uploads/2021/11/Differenzverstärker-Differenzverstärker-Erklärung-2.jpg)
Es erhöht sich zunächst der Emitterstrom 1 (IE1).
Dies hat zur Folge das sich die Spannung über den Widerständen (UR3 und UR5) erhöht.
Grund: Widerstände bleiben gleich, Strom erhöht sich -> U = R * I -> Spannung erhöht sich.
![Erklärung Schritt 3 des Differenzverstärker Das Bild zeigt den dritten Schritt der Erklärung des Differenzverstärker](/wp-content/uploads/2021/11/Differenzverstärker-Differenzverstärker-Erklärung-3.jpg)
Die Erhöhung der Spannung UR5 führt zu einer Verminderung von UBE2.
Grund: Da U2 eine konstant angelegte Spannung ist, wird UBE2 kleiner, wenn sich UR5 erhöht.
Die Verringerung des UBE2 führt zu einer Verminderung von IB2. Hierdurch schließt sich der Transistor wieder etwas.
Dies führt zu einer Verminderung von IC2. Hierdurch sinkt auch die Spannung UR4 ab.
Betrachtet man die Ausgangsspannungen fällt folgendes auf:
![Erklärung Schritt 4 des Differenzverstärker Das Bild zeigt den vierten Schritt der Erklärung des Differenzverstärker](/wp-content/uploads/2021/11/Differenzverstärker-Differenzverstärker-Erklärung-4.jpg)
Die Ausgangsspannungen berechnen sich durch die Formel:
UA1=Uges-UR3
UA2=Uges-UR4
Da durch die Differenz UR3 steigt und UR4 sinkt, ergibt sich für die Ausgangsspannungen: UA1 sinkt und UA2 steigt. Hierdurch steigt die Spannung UX.