Проектирование высоковольтного дифференциального усилителя на NPN транзисторах

Детали и материалы

• Два 6-вольтовых аккумулятора
• Два NPN транзистора (2N2222 или 2N3403 рекомендуются – см. Radio Shack #276-1617 для удобной упаковки пятнадцати)
• Два однооборотных линейных потенциометра 10 кОм (Radio Shack #271-1715)
• Два резистора 22 кОм
• Два резистора 10 кОм
• Один резистор 100 кОм
• Один резистор 1,5 кОм

Хотя точные значения резисторов не критичны, они выбраны для максимизации напряженного усиления и придания схеме «компаратор-подобного» отклика.

Перекрестные ссылки

См. Lessons In Electric Circuits, Vol. 3, ch. 4 «Bipolar Junction Transistors» и ch. 8 «Operational Amplifiers» для базовой теории.

Цели обучения

• Спроектировать базовую схему дифференциального усилителя
• Определить дифференциальные и общемодовые напряжения и понять их роли в работе усилителя

Схема

Иллюстрация

Инструкции

Эта конфигурация — ядро большинства схем операционных усилителей: дифференциальная пара. Она намеренно проста, обеспечивая высокое, нелинейное усиление, функционирующее преимущественно как компаратор.

Большое отношение коллекторно-эмиттерных резисторов (100 кОм / 1,5 кОм) дает крутую передаточную характеристику. По мере сближения двух входных напряжений выход на коллекторе Q₂ быстро переключается между рельсами питания.

Обратите внимание, как два потенциометра влияют на выход по-разному: один действует как неинвертирующий вход, другой как инвертирующий. Эта взаимодополняющая поведение — признак дифференциального усилителя.

В идеальном приборе выход зависит только от разности напряжений на входах и иммунен к любому общемодовому напряжению. На практике, однако, выход схемы также варьируется с общемодовым напряжением, особенно когда входной диапазон ограничен резисторами 22 кОм.

Для изучения полного динамического диапазона можно замкнуть резисторы 22 кОм перемычками, позволяя каждому потенциометру прогонять от 0 до 12 В. Эмиттерный резистор (1,5 кОм) защищает транзисторы от термического бега, ограничивая коллекторный ток.

Связанный рабочий лист

• Differential Transistor Amplifiers Worksheet