Электроника:Эксперименты/Дискретные полупроводниковые схемы/Дифференциальный усилитель

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 648.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Дифференциальный усилитель[1]

Оборудование и материалы

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

Цели эксперимента

Принципиальная схема

Рис. 1. Схематическая диаграмма: дифференциальный усилитель.
Рис. 1. Схематическая диаграмма: дифференциальный усилитель.

Иллюстрации

Рис. 2. Иллюстрация: дифференциальный усилитель.
Рис. 2. Иллюстрация: дифференциальный усилитель.

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