Дифференциальный усилитель

ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

• Две 6-вольтовые батареи.
• Два транзистора NPN - рекомендуются модели 2N2222 или 2N3403 (каталог Radio Shack № 276-1617 представляет собой пакет из пятнадцати транзисторов NPN, идеально подходящих для этого и других экспериментов).
• Два однооборотных потенциометра 10 кОм с линейным конусом (каталог Radio Shack № 271-1715)
• Два резистора 22 кОм.
• Два резистора 10 кОм.
• Один резистор 100 кОм.
• Один резистор 1,5 кОм.

Номиналы резисторов не особенно важны в этом эксперименте, но они были выбраны для обеспечения высокого коэффициента усиления по напряжению для «компараторного» поведения дифференциального усилителя.

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 4:«Биполярные переходные транзисторы» Уроки электрических цепей , Том 3, глава 8:«Операционные усилители»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

• Базовая конструкция схемы дифференциального усилителя.
• Рабочие определения дифференциала и общий режим напряжения

СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Эта схема составляет основу большинства схем операционных усилителей: дифференциальную пару . В показанном здесь виде это довольно грубый дифференциальный усилитель, весьма нелинейный и несимметричный в отношении выходного напряжения по отношению к входному напряжению (ям).

Однако с высоким коэффициентом усиления по напряжению, создаваемым большим соотношением резисторов коллектор / эмиттер (100 кОм / 1,5 кОм), он действует в основном как компаратор:выходное напряжение быстро меняет значение, когда два сигнала входного напряжения приближаются к равенству. Измерьте выходное напряжение (напряжение на коллекторе Q ₂ относительно земли) при изменении входного напряжения.

Обратите внимание, как два потенциометра по-разному влияют на выходное напряжение:один вход имеет тенденцию управлять выходным напряжением в одном и том же направлении (неинвертирующий), а другой стремится управлять выходным напряжением в противоположном направлении (инвертирующий). В этом суть дифференциального усилителя . :два дополнительных входа с противоположными эффектами на выходной сигнал.

В идеале выходное напряжение такого усилителя строго зависит от разницы между двумя входными сигналами. Эта схема значительно отстает от идеала, что покажет даже беглый тест.

Идеальный дифференциальный усилитель игнорирует все синфазное напряжение . , который является любым уровнем напряжения, общим для обоих входов. Например, если на инвертирующем входе 3 В, а на неинвертирующем входе 2,5 В, дифференциальное напряжение будет 0,5 В (3 - 2,5), но синфазное напряжение будет 2,5 В, поскольку это самый низкий уровень входного сигнала.

В идеале это условие должно обеспечивать такое же напряжение выходного сигнала, как если бы входы были установлены на 3,5 и 3 вольта соответственно (дифференциал 0,5 вольт при синфазном напряжении 3 вольта). Однако эта схема не дают одинаковый результат для двух разных сценариев входного сигнала. Другими словами, его выходное напряжение зависит как от дифференциального напряжения , так и . синфазное напряжение.

Каким бы несовершенным ни был этот дифференциальный усилитель, его поведение могло быть хуже. Обратите внимание на то, что потенциометры входного сигнала ограничены резисторами 22 кОм до регулируемого диапазона приблизительно от 0 до 4 вольт при напряжении источника питания 12 вольт.

Если вы хотите увидеть, как эта схема ведет себя без ограничения входного сигнала, просто обойдите резисторы 22 кОм с помощью перемычек, что обеспечит полный диапазон регулировки от 0 до 12 В для каждого потенциометра. Не беспокойтесь о перегреве при настройке потенциометров в этой цепи!

В отличие от схемы токового зеркала, эта схема защищена от теплового разгона эмиттерным резистором (1,5 кОм), который не пропускает ток транзистора, достаточный для возникновения каких-либо проблем.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

• Таблица дифференциальных транзисторных усилителей