NPNトランジスタによる高利得差動増幅器の設計

部品と材料

正確な抵抗値はクリティカルではありませんが、電圧利得を最大化し、「コンパレータ的」応答を与えるよう選ばれています。

『Lessons In Electric Circuits』第3巻第4章「Bipolar Junction Transistors」および第8章「Operational Amplifiers」で基礎理論を参照。

NPNトランジスタによる高利得差動増幅器の設計

この構成は、ほとんどのオペアンプ回路の核心である差動ペアです。意図的にシンプルにし、主にコンパレータとして機能する高利得・非線形応答を提供します。

大きなコレクタ-エミッタ抵抗比（100kΩ/1.5kΩ）が急峻な伝達特性を与えます。2つの入力電圧が近づくと、Q₂コレクタの出力は電源レール間で急速にスイングします。

2つのポテンショメータが出力に異なる影響を与えることに注目：一方は非反転入力、他方は反転入力として働きます。この相補的振る舞いが差動増幅器の特徴です。

理想デバイスでは、出力は入力間の電圧差のみに依存し、共通モード電圧に対して免疫です。しかし実際には、22kΩ直列抵抗による入力範囲制限の影響で、出力も共通モード電圧に応じて変化します。

完全なダイナミックレンジを探るには、22kΩ直列抵抗をジャンパーワイヤーでバイパスし、各ポテンショメータが0〜12Vをスイープできるようにします。エミッタ抵抗（1.5kΩ）はコレクタ電流を制限し、トランジスタをサーマルランナウェイから保護します。