6. Construirea unui amplificator diferenţial

Acasă » Aplicaţii practice » 05 - Circuite cu dispozitive semiconductoare discrete (2)

Scopul experimentului

Structura de bază a unui amplificator diferenţial; înţelegerea termenilor de tensiune diferenţială şi de mod comun.

Materiale necesare

Două baterii de 6 V; doi tranzistori NPN, model 2N2222 sau 2N3403; două potenţiometre liniare de 10 kΩ, cu o singură înfăşurare; doi rezistori de 22 kΩ; doi rezistori de 10 kΩ; un rezistor de 100 kΩ; un rezistor de 1,5 kΩ.

Valorile rezistorilor nu sunt critice pentru acest experiment, ci au fost alese pentru a oferi o amplificare mare în tensiune pentru amplificatorul diferenţial funcţionând pe post de comparator. Circuitul final arată astfel:

Explicarea amplificatorului diferenţial

Acest circuit reprezintă baza majorităţii amplificatoarelor operaţionale, şi anume, perechea diferenţială. Sub forma prezentată mai sus, acest amplificator diferenţial este unul primitiv, neliniar şi nesimetric din punct de vedere al tensiunii de ieşire faţă de tensiunea(le) de intrare. Cu ajutorul amplificării în tensiune mari, creată datorită raportului mare al rezistenţei colector/emitor (100 kΩ/1,5 kΩ), acest circuit poate fi folosit în principal pe post de comparator: valoarea tensiunii de ieşire variază rapid pe măsură ce semnalele de tensiune de la intrare se apropie de o valoare egală.

Măsuraţi tensiunea de ieşire (tensiunea colectorului tranzistorului Q₂ faţă de masă) pe măsură ce variaţi tensiunile de intrare. Observaţi că cele două potenţiometre au efecte diferite asupra tensiunii de ieşire: una dintre intrări tinde să ducă tensiunea de ieşire în aceiaşi direcţie (neinversoare), pe când cealaltă duce tensiunea de ieşire în direcţie opusă (inversoare).

Aceasta este caracteristica esenţială a unui amplificator diferenţial: două intrări complementare cu două efecte opuse asupra semnalului de ieşire. Ideal, tensiunea de ieşire a unui astfel de amplificator depinde strict de diferenţa dintre cele două semnale de intrare. Acest circuit, desigur, este departe de acest ideal, după cum se şi poate verifica.

Tensiunea de mod comun

Un amplificator diferenţial ignoră toate tensiunile de mod comun, adică nivelul tensiunii comun ambelor intrării. De exemplu, dacă intrarea inversoare se află la 3 V şi intrarea neinversoare la 2,5 V, tensiunea diferenţială va fi de 0,5 V (3 V - 2,5 V). Tensiunea de mod comun va fi însă 2,5 V, din moment ce această valoare reprezintă semnalul de intrare cu cel mai mic nivel. Ideal, această condiţie ar trebui să ofere acelaşi semnal de tensiune la ieşire, pe care l-ar oferi o intrare de 3,5 V respectiv 3 V (0,5 V tensiune diferenţială şi 3 V tensiunea de mod comun). Totuşi, acest circuit nu oferă aceleaşi rezultate pentru cele două scenarii de mai sus. Cu alte cuvinte, tensiunea de ieşire depinde atât de valoarea tensiunii diferenţiale cât şi de valoarea tensiunii de mod comun.

Chiar dacă acest amplificator diferenţial nu se perfect, comportamentul lui ar putea fi şi mai rău. Observaţi faptul că potenţiometrele sunt limitate de rezistorii de 22 kΩ, astfel că domeniul ajustabil al tensiunii se află între 0 şi 4 V, pentru o tensiune de alimentare de 12 V. Dacă doriţi să observaţi comportamentul acestui circuit fără rezistorii de limitare de la intrare, scurt-circuitaţii prin intermediul unor conductori adiţionali pentru a permite o plajă de tensiune de 0 - 12 V, ajustabilă prin intermediul fiecărui potenţiometru.