差動アンプ

部品と材料

• 2つの6ボルトバッテリー
• 2つのNPNトランジスタ-モデル2N2222または2N3403を推奨（Radio Shackカタログ番号276-1617は、この実験や他の実験に最適な15個のNPNトランジスタのパッケージです）
• 2つの10kΩポテンショメータ、シングルターン、リニアテーパー（Radio Shackカタログ番号271-1715）
• 2つの22kΩ抵抗器
• 2つの10kΩ抵抗器
• 1つの100kΩ抵抗
• 1.5kΩ抵抗1つ

この実験では抵抗値は特に重要ではありませんが、「コンパレータのような」差動アンプの動作に高電圧ゲインを提供するように選択されています。

相互参照

電気回路の教訓 、第3巻、第4章：「バイポーラ接合トランジスタ」電気回路の教訓 、第3巻、第8章：「オペアンプ」

学習目標

• 差動増幅器回路の基本設計。
• 差分の実用的な定義 および common-mode 電圧

回路図

イラスト

手順

この回路は、ほとんどのオペアンプ回路の心臓部を形成します。差動ペア 。ここに示されている形式では、これはかなり粗い差動増幅器であり、出力電圧と入力電圧に関して非常に非線形で非対称です。

ただし、大きなコレクタ/エミッタ抵抗比（100kΩ/1.5kΩ）によって生成される高電圧ゲインでは、主にコンパレータとして機能します。2つの入力電圧信号が等しくなると、出力電圧の値が急速に変化します。出力電圧（Q ₂ のコレクターの電圧）を測定します 接地に対して）入力電圧が変化するため。

2つのポテンショメータが出力電圧に与える影響が異なることに注意してください。一方の入力は出力電圧を同じ方向に駆動する傾向があり（非反転）、もう一方の入力は出力電圧を反対方向に駆動する傾向があります（反転）。これが差動アンプの本質です。 ：出力信号に逆の影響を与える2つの相補的な入力。

理想的には、このようなアンプの出力電圧は厳密に差の関数です。 2つの入力信号の間。大まかなテストでも明らかになるように、この回路は理想をかなり下回っています。

理想的な差動アンプは、すべてのコモンモード電圧を無視します。 、これは両方の入力に共通の電圧レベルです。たとえば、反転入力が3ボルトで、非反転入力が2.5ボルトの場合、差動電圧は0.5ボルト（3〜2.5）になりますが、コモンモード電圧は最低の入力信号レベルであるため2.5ボルトになります。

理想的には、この条件は、入力がそれぞれ3.5ボルトと3ボルトに設定されている場合と同じ出力信号電圧を生成する必要があります（0.5ボルトの差動、3ボルトのコモンモード電圧）。ただし、この回路は しません 2つの異なる入力信号シナリオで同じ結果が得られます。つまり、その出力電圧は、差動電圧との両方に依存します。 コモンモード電圧。

この差動アンプは不完全ですが、動作が悪化する可能性があります。電源電圧が12ボルトの場合、入力信号ポテンショメータが22kΩの抵抗によって約0〜4ボルトの調整可能な範囲に制限されていることに注意してください。

入力信号を制限せずにこの回路がどのように動作するかを確認したい場合は、ジャンパー線で22kΩの抵抗をバイパスして、各ポテンショメータから0〜12ボルトの調整範囲をすべて確保してください。この回路のポテンショメータを調整している間、過度の熱が蓄積することを心配しないでください！

カレントミラー回路とは異なり、この回路はエミッタ抵抗（1.5kΩ）によって熱暴走から保護されているため、問題を引き起こすのに十分なトランジスタ電流が流れません。

関連ワークシート：

• 差動トランジスタアンプワークシート