Amplificador diferencial

PIEZAS Y MATERIALES

• Dos baterías de 6 voltios
• Dos transistores NPN:se recomiendan los modelos 2N2222 o 2N3403 (el catálogo de Radio Shack n. ° 276-1617 es un paquete de quince transistores NPN ideal para este y otros experimentos)
• Dos potenciómetros de 10 kΩ, una vuelta, cono lineal (catálogo de Radio Shack # 271-1715)
• Dos resistencias de 22 kΩ
• Dos resistencias de 10 kΩ
• Una resistencia de 100 kΩ
• Una resistencia de 1,5 kΩ

Los valores de la resistencia no son especialmente críticos en este experimento, pero se han elegido para proporcionar una ganancia de alto voltaje para un comportamiento de amplificador diferencial "similar al de un comparador".

REFERENCIAS CRUZADAS

Lecciones de circuitos eléctricos , Volumen 3, capítulo 4:“Transistores de unión bipolar” Lecciones de circuitos eléctricos , Volumen 3, capítulo 8:"Amplificadores operacionales"

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

• Diseño básico de un circuito amplificador diferencial.
• Definiciones de trabajo de diferencial y modo común voltajes

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

ILUSTRACIÓN

INSTRUCCIONES

Este circuito forma el corazón de la mayoría de los circuitos amplificadores operacionales:el par diferencial . En la forma que se muestra aquí, es un amplificador diferencial bastante tosco, bastante no lineal y asimétrico con respecto a la tensión de salida frente a la (s) tensión (es) de entrada.

Sin embargo, con una ganancia de alto voltaje creada por una gran relación de resistencia de colector / emisor (100 kΩ / 1,5 kΩ), actúa principalmente como un comparador:el valor de voltaje de salida cambia rápidamente a medida que las dos señales de voltaje de entrada se acercan a la igualdad. Mida el voltaje de salida (voltaje en el colector de Q ₂ con respecto a tierra) ya que los voltajes de entrada varían.

Observe cómo los dos potenciómetros tienen diferentes efectos sobre el voltaje de salida:una entrada tiende a conducir el voltaje de salida en la misma dirección (no inversora), mientras que la otra tiende a conducir el voltaje de salida en la dirección opuesta (inverso). Esta es la naturaleza esencial de un amplificador diferencial :dos entradas complementarias, con efectos contrarios a la señal de salida.

Idealmente, el voltaje de salida de dicho amplificador es estrictamente una función de la diferencia entre las dos señales de entrada. Este circuito está considerablemente por debajo del ideal, como revelará incluso una prueba superficial.

Un amplificador diferencial ideal ignora todo el voltaje de modo común , que es cualquier nivel de voltaje común a ambas entradas. Por ejemplo, si la entrada inversora está a 3 voltios y la entrada no inversora a 2,5 voltios, el voltaje diferencial será de 0,5 voltios (3 - 2,5) pero el voltaje de modo común será de 2,5 voltios ya que ese es el nivel de señal de entrada más bajo.

Idealmente, esta condición debería producir el mismo voltaje de señal de salida que si las entradas estuvieran configuradas en 3,5 y 3 voltios, respectivamente (diferencial de 0,5 voltios, con un voltaje de modo común de 3 voltios). Sin embargo, este circuito no dar el mismo resultado para los dos escenarios de señal de entrada diferentes. En otras palabras, su voltaje de salida depende tanto del voltaje diferencial como el voltaje de modo común.

Por imperfecto que sea este amplificador diferencial, su comportamiento podría ser peor. Observe cómo los potenciómetros de señal de entrada han sido limitados por resistencias de 22 kΩ a un rango ajustable de aproximadamente 0 a 4 voltios, dado un voltaje de suministro de energía de 12 voltios.

Si desea ver cómo se comporta este circuito sin ninguna limitación de señal de entrada, simplemente omita las resistencias de 22 kΩ con cables de puente, lo que permite un rango de ajuste completo de 0 a 12 voltios desde cada potenciómetro. ¡No se preocupe por la acumulación de calor excesivo mientras ajusta los potenciómetros en este circuito!

A diferencia del circuito de espejo actual, este circuito está protegido de la fuga térmica por la resistencia del emisor (1,5 kΩ), que no permite que la corriente del transistor sea suficiente para causar ningún problema.

HOJA DE TRABAJO RELACIONADA:

• Hoja de trabajo de amplificadores de transistores diferenciales