مدار های تقویت کننده ی تفاضلی و پل وتستون

در بخش قبل مشاهده کردیم که برای تقویت خروجی پل وتستون مدار تقویت کننده تفاضلی معمولی مفید نیست ویا باید توپولوژی مدار را تغییر داد ویا نوع تقویت کننده تفاضلی را تغییر دهیم.در این قسمت به مورد دوم می پردازیم.خروجی پل وتستون معمولا سیگنالی با دامنه ی 10 تا 100 میلی ولت است و برای استفاده با ید این اختلاف ولتاژتقویت شده.توجه کنید مدار تقویت کننده تفاضلی باید این اختلاف را تقویت کرده و آن را نسبت به مرجع زمین بسنجد.به بیانی این تقویت کننده باید 2 ورودی را بگیرد و یک خروجی را به عنوان تفاضل تقویت شده به ما بدهد.3 نوع تقویت کننده عملیاتی را بررسی می کنیم .

قبل از این که به بررسی این سه نوع مدار بپردازیم،  مدار معادل تونن پل وتستون را بررسی می کنیم.

در شکل فوق یک پل وتستون معمولی و مدار معدل تونن آن اورده شد.بررسی می کنیم که این مدار با هر کدام از 3 حالت تقویت کننده ی تفاضلی چه اندازه مناسب عمل می کنند:

1:  تقویت کننده تفاضلی با یک OP-AMP :

در زیر شکل شماتیک تقویت کننده عملیاتی ساده ای که تنها از یک OP-Amp تشکیل شده را مشاهده می کنیم:

با بررسی شکل فوق میبینیم که مقاومت R2 در این مدار با مقاومت R/2 در مدار پل سری شده و گینی که این تقویت کننده به ما میدهد به خصوصیات مداری پل وتستون وابسته است و این اصلا نطلوب نیست.زیرا میدانیم که در مدارهای بهساز وتستونی حداقل یکی از مقاومت ها در اصل همان سنسور است که مقدار آن با توجه به کمیت مورد مظر تغییر می کند.حا این تغییر خود باعث تغییر گین میشود.و این در اصل همان اتفاق بار گذاری دو طبقه بر همدیگر است.پس اگر مدار تقویت کننده تفاضلی به گونه ای باشد که امپدانس ورودی آن بسیار بالا باشد،این مشکل حل می شود.البته لازم به ذکر است که در دقت های معمولی و پایین تر با در نظر گرفتن فرض های ساده کننده ای می توان تا حدی از این مدار استفاده کرد و دلیل اصلی استفاده از این مدار، سادگی و ارزانی آن است.

2: تقویت کننده تفاضلی با 2 OP-AMP :

در شکل زیر نوع دیگری از تقویت کننده های تفاضلی را می بینیم:

در شکل فوق یک تقویت کننده تفاضلی با دو OP-AMP را می بینیم.همان طور که از رابطه آن مشاهده می شود،گین تقویت ننده هیچ ارتباطی با خصوصیات مداری پل ندارد.مقاومت ورودی این پل ،همان مقاومت ورودی OP-AMP است که در تئوری بی نهایت فرض می شود.در این مدار ساختار تقویت کننده عملیاتی یک حالت isolation جریانی را بین دو طبقه ایجاد کرده و چون جریان ارتباطی بین دو طبقه تقریبا صفر است هیچ گونه اثر بار گذاری روی هم ندارند.

3: تقویت کننده تفاضلی با 3 OP-AMP :

در این تقویت کننده نیز مانند مورد قبلی، ورودی های تقویت کننده تنها از پایه های OP-AMP ها هستند پس هیچ جریانی(به صورت تئوری) بین دو طبقه رد و بدل نمی شود و اثر بارگذاری تقریبا صفر است و گین این تقویت کننده به این که خصوصیات پل چگونه است و چه تغییری میکند ندارد.