Электроника:Эксперименты/Дискретные полупроводниковые схемы/Дифференциальный усилитель: различия между версиями
Valemak (обсуждение | вклад) (Новая страница: «{{Панель управления/Электроника}} {{Перевод от valemak}} {{Myagkij-редактор}} =Дифференциальный усилитель<ref>[https://www.allaboutcircuits.com/textbook/experiments/chpt-5/differential-amplifier/ - Differential Amplifier]</ref>= == Оборудование и материалы == *Две 6-вольтовые батареи *Два NPN-транзистора – рекомендуемы...») |
Нет описания правки |
||
| (не показано 5 промежуточных версий 2 участников) | |||
| Строка 3: | Строка 3: | ||
{{Myagkij-редактор}} | {{Myagkij-редактор}} | ||
=Дифференциальный усилитель<ref>[https://www.allaboutcircuits.com/textbook/experiments/chpt-5/differential-amplifier/ - Differential Amplifier]</ref>= | =Дифференциальный усилитель<ref>[https://www.allaboutcircuits.com/textbook/experiments/chpt-5/differential-amplifier/ www.allaboutcircuits.com - Differential Amplifier]</ref>= | ||
== Оборудование и материалы == | == Оборудование и материалы == | ||
*Две 6-вольтовые батареи | *Две 6-вольтовые батареи | ||
*Два NPN- | *Два [[NPN-транзистор]]а – рекомендуемые модели [[2N2222]] или [[2N3403]] (каталог Radio Shack №276-1617 – это набор из пятнадцати [[NPN-транзистор]]ов, идеально подходящий для этого и других экспериментов) | ||
*Два | *Два [[потенциометр]]а [[10 кОм]], однооборотные, с линейным конусом (каталог Radio Shack №271-1715) | ||
*Два | *Два [[резистор]]а по [[22 кОм]] | ||
*Два | *Два [[резистор]]а по [[10 кОм]] | ||
*Один резистор 100 кОм | *Один [[резистор]] [[100 кОм]] | ||
*Один резистор 1,5 кОм | *Один [[резистор]] [[1,5 кОм]] | ||
Конкретные значения | Конкретные значения [[резистор]]ов не критичны в этом эксперименте, но были выбраны для обеспечения высокого коэффициента усиления по напряжению для [[дифференциального усилителя]], подобного [[компаратор]]у. | ||
== Ссылки по теме == | == Ссылки по теме == | ||
| Строка 24: | Строка 24: | ||
== Цели эксперимента == | == Цели эксперимента == | ||
*Принципиальная схема дифференциального усилителя. | *Принципиальная схема [[дифференциального усилителя]]. | ||
*Рабочие определения дифференциальных и синфазных напряжений | *Рабочие определения дифференциальных и [[синфазных напряжений]] | ||
== Принципиальная схема == | == Принципиальная схема == | ||
| Строка 37: | Строка 37: | ||
== Ход эксперимента == | == Ход эксперимента == | ||
Эта схема составляет основу большинства схем операционных усилителей: это так называемая ''дифференциальная пара''. В показанной здесь форме это довольно грубый дифференциальный усилитель, весьма нелинейный и несимметричный в отношении выходного напряжения по отношению к входному напряжению (или напряжениям). | Эта схема составляет основу большинства схем [[операционных усилителей]]: это так называемая ''[[дифференциальная пара]]''. В показанной здесь форме это довольно грубый [[дифференциальный усилитель]], весьма нелинейный и несимметричный в отношении выходного напряжения по отношению к входному напряжению (или напряжениям). | ||
Однако с высоким коэффициентом усиления по напряжению, создаваемым большим отношением | Однако с высоким коэффициентом усиления по напряжению, создаваемым большим отношением [[резистор]]ов [[коллектор]]/[[эмиттер]] (100 кОм/1,5 кОм), он действует в первую очередь как [[компаратор]]: выходное напряжение быстро меняется, когда два сигнала входного напряжения приближаются к равенству. Измерьте выходное напряжение (напряжение на [[коллектор]]е [[транзистор]]а Q<sub>2</sub> относительно «земли») при изменении входного напряжения. | ||
Обратите внимание, как два | Обратите внимание, как два [[потенциометр]]а по-разному влияют на выходное напряжение: один вход управляет выходным напряжением в одном направлении (неинвертирующий), а другой – выходным напряжением в противоположном направлении (инвертирующий). Это важный аспект [[дифференциального усилителя]]: два взаимодополняющих входа с противоположным влиянием на выходной сигнал. | ||
В идеале выходное напряжение такого усилителя строго зависит от разницы между двумя входными сигналами. Эта схема значительно отстаёт от идеала, как покажет даже беглый тест. | В идеале выходное напряжение такого усилителя строго зависит от разницы между двумя входными сигналами. Эта схема значительно отстаёт от идеала, как покажет даже беглый тест. | ||
Идеальный дифференциальный усилитель игнорирует все синфазные напряжения, то есть любой уровень напряжения, общий для обоих входов. Например, если на инвертирующем входе 3 вольта, а на неинвертирующем входе 2,5 вольта, дифференциальное напряжение будет 0,5 вольта (3 - 2,5), но синфазное напряжение будет 2,5 вольта, так как это самый низкий уровень входного сигнала. | Идеальный [[дифференциальный усилитель]] игнорирует все синфазные напряжения, то есть любой уровень напряжения, общий для обоих входов. Например, если на инвертирующем входе 3 вольта, а на неинвертирующем входе 2,5 вольта, [[дифференциальное напряжение]] будет 0,5 вольта (3 - 2,5), но синфазное напряжение будет 2,5 вольта, так как это самый низкий уровень входного сигнала. | ||
В идеале, это условие должно производить такое же напряжение выходного сигнала, как если бы входы были установлены на 3,5 и 3 вольта соответственно (дифференциал 0,5 вольт, с синфазным напряжением 3 вольта). Однако эта схема не даёт одинаковых результатов для двух разных сценариев входного сигнала. Другими словами, его выходное напряжение зависит как от дифференциального, так и от синфазного напряжения. | В идеале, это условие должно производить такое же напряжение выходного сигнала, как если бы входы были установлены на 3,5 и 3 вольта соответственно (дифференциал 0,5 вольт, с синфазным напряжением 3 вольта). Однако эта схема не даёт одинаковых результатов для двух разных сценариев входного сигнала. Другими словами, его выходное напряжение зависит как от [[дифференциального]], так и от [[синфазного напряжения]]. | ||
Каким бы несовершенным ни был этот дифференциальный усилитель, его поведение могло бы быть и хуже. Обратите внимание, что | Каким бы несовершенным ни был этот [[дифференциальный усилитель]], его поведение могло бы быть и хуже. Обратите внимание, что [[потенциометр]]ы входного сигнала ограничены [[резистор]]ами [[22 кОм]] до регулируемого диапазона примерно от 0 до 4 вольт при напряжении питания 12 вольт. | ||
Если вы хотите увидеть, как эта схема ведёт себя без какого-либо ограничения входного сигнала, просто обойдите | Если вы хотите увидеть, как эта схема ведёт себя без какого-либо ограничения входного сигнала, просто обойдите [[резистор]]ы [[22 кОм]] с помощью перемычек, что позволит получить полный диапазон регулировки от 0 до 12 вольт для каждого [[потенциометр]]а. Не беспокойтесь о чрезмерном нагреве при регулировке [[потенциометр]]ов в этой схеме! | ||
В отличие от [[Электроника:Эксперименты/Дискретные полупроводниковые схемы/Как построить схему токового зеркала|схемы токового зеркала]], эта схема защищена от теплового разгона | В отличие от [[Электроника:Эксперименты/Дискретные полупроводниковые схемы/Как построить схему токового зеркала|схемы токового зеркала]], эта схема защищена от теплового разгона [[эмиттер]]ным [[резистор]]ом (1,5 кОм), который не позволяет току [[транзистор]]а увеличиться настолько, чтобы возникли какие-либо проблемы. | ||
=См.также= | =См.также= | ||
=Внешние ссылки= | =Внешние ссылки= | ||
| Строка 63: | Строка 63: | ||
<references /> | <references /> | ||
{{Навигационная таблица/Электроника}} | {{Навигационная таблица/Портал/Электроника}} | ||
[[Категория: | [[Категория:Дифференциальный усилитель]] | ||
[[Категория:Дискретные полупроводниковые схемы]] | |||
[[Категория:Эксперименты]] | |||
Текущая версия от 21:54, 22 мая 2023
Дифференциальный усилитель[1]
Оборудование и материалы
- Две 6-вольтовые батареи
- Два NPN-транзистора – рекомендуемые модели 2N2222 или 2N3403 (каталог Radio Shack №276-1617 – это набор из пятнадцати NPN-транзисторов, идеально подходящий для этого и других экспериментов)
- Два потенциометра 10 кОм, однооборотные, с линейным конусом (каталог Radio Shack №271-1715)
- Два резистора по 22 кОм
- Два резистора по 10 кОм
- Один резистор 100 кОм
- Один резистор 1,5 кОм
Конкретные значения резисторов не критичны в этом эксперименте, но были выбраны для обеспечения высокого коэффициента усиления по напряжению для дифференциального усилителя, подобного компаратору.
Ссылки по теме
- «Уроки по электрическим цепям», том 3 «Полупроводники», глава 4: «Биполярные транзисторы»
- «Уроки по электрическим цепям», том 3 «Полупроводники», глава 8: «Операционные усилители»
Цели эксперимента
- Принципиальная схема дифференциального усилителя.
- Рабочие определения дифференциальных и синфазных напряжений
Принципиальная схема
Иллюстрации
Ход эксперимента
Эта схема составляет основу большинства схем операционных усилителей: это так называемая дифференциальная пара. В показанной здесь форме это довольно грубый дифференциальный усилитель, весьма нелинейный и несимметричный в отношении выходного напряжения по отношению к входному напряжению (или напряжениям).
Однако с высоким коэффициентом усиления по напряжению, создаваемым большим отношением резисторов коллектор/эмиттер (100 кОм/1,5 кОм), он действует в первую очередь как компаратор: выходное напряжение быстро меняется, когда два сигнала входного напряжения приближаются к равенству. Измерьте выходное напряжение (напряжение на коллекторе транзистора Q2 относительно «земли») при изменении входного напряжения.
Обратите внимание, как два потенциометра по-разному влияют на выходное напряжение: один вход управляет выходным напряжением в одном направлении (неинвертирующий), а другой – выходным напряжением в противоположном направлении (инвертирующий). Это важный аспект дифференциального усилителя: два взаимодополняющих входа с противоположным влиянием на выходной сигнал.
В идеале выходное напряжение такого усилителя строго зависит от разницы между двумя входными сигналами. Эта схема значительно отстаёт от идеала, как покажет даже беглый тест.
Идеальный дифференциальный усилитель игнорирует все синфазные напряжения, то есть любой уровень напряжения, общий для обоих входов. Например, если на инвертирующем входе 3 вольта, а на неинвертирующем входе 2,5 вольта, дифференциальное напряжение будет 0,5 вольта (3 - 2,5), но синфазное напряжение будет 2,5 вольта, так как это самый низкий уровень входного сигнала.
В идеале, это условие должно производить такое же напряжение выходного сигнала, как если бы входы были установлены на 3,5 и 3 вольта соответственно (дифференциал 0,5 вольт, с синфазным напряжением 3 вольта). Однако эта схема не даёт одинаковых результатов для двух разных сценариев входного сигнала. Другими словами, его выходное напряжение зависит как от дифференциального, так и от синфазного напряжения.
Каким бы несовершенным ни был этот дифференциальный усилитель, его поведение могло бы быть и хуже. Обратите внимание, что потенциометры входного сигнала ограничены резисторами 22 кОм до регулируемого диапазона примерно от 0 до 4 вольт при напряжении питания 12 вольт.
Если вы хотите увидеть, как эта схема ведёт себя без какого-либо ограничения входного сигнала, просто обойдите резисторы 22 кОм с помощью перемычек, что позволит получить полный диапазон регулировки от 0 до 12 вольт для каждого потенциометра. Не беспокойтесь о чрезмерном нагреве при регулировке потенциометров в этой схеме!
В отличие от схемы токового зеркала, эта схема защищена от теплового разгона эмиттерным резистором (1,5 кОм), который не позволяет току транзистора увеличиться настолько, чтобы возникли какие-либо проблемы.
См.также
Внешние ссылки
