Een Hoog‑Versterking Differentiele Versterker Ontwerpen met NPN Transistoren

Onderdelen en Materialen

• Twee 6‑V batterijen
• Twee NPN transistoren (2N2222 of 2N3403 aanbevolen – zie Radio Shack catalogus #276‑1617 voor een handig pakket van vijftien)
• Twee 10 kΩ enkelvoudige lineaire potentiometers (Radio Shack catalogus #271‑1715)
• Twee 22 kΩ weerstanden
• Twee 10 kΩ weerstanden
• Eén 100 kΩ weerstand
• Eén 1,5 kΩ weerstand

Hoewel de exacte weerstandswaarden niet kritiek zijn, zijn ze gekozen om de spanningsversterking te maximaliseren en de schakeling een "comparator‑achtige" respons te geven.

Naslagwerken

Zie Lessons In Electric Circuits, Vol. 3, hoofdstuk 4 "Bipolar Junction Transistors" en hoofdstuk 8 "Operational Amplifiers" voor fundamentele theorie.

Leerdoelen

• Een basale differentiele versterkerschakeling ontwerpen
• Differentiele en common‑mode spanningen definiëren en hun rollen in versterkerwerking begrijpen

Schema

Illustratie

Instructies

Deze configuratie is de kern van de meeste op‑amp circuits: het differentiele paar. Het is opzettelijk eenvoudig, biedt een hoge‑versterking, niet‑lineaire respons die primair functioneert als een comparator.

De grote collector‑naar‑emitter weerstandsverhouding (100 kΩ / 1,5 kΩ) geeft een steile overdrachtskennlijn. Naarmate de twee invoerspanningen convergeren, zwingt de uitgang bij Q₂'s collector snel tussen de voedingsrails.

Let op hoe de twee potentiometers de uitgang anders beïnvloeden: de ene fungeert als een niet‑inverterende invoer, de andere als een inverterende invoer. Dit complementaire gedrag is het kenmerk van een differentiele versterker.

In een ideaal apparaat hangt de uitgang afluitend van het spanningverschil tussen de invoeren en is het immuun voor elke common‑mode spanning. In de praktijk varieert de uitgang van de schakeling echter ook met common‑mode spanning, vooral wanneer het invoerbereik beperkt is door de 22 kΩ weerstanden.

Om het volledige dynamische bereik te verkennen, kunt u de 22 kΩ serieweerstanden overbruggen met draadbruggen, zodat elke potentiometer kan zwiepen van 0 tot 12 V. De emitterweerstand (1,5 kΩ) beschermt de transistoren tegen thermisch weglopen door de collectorstroom te beperken.

Gerelateerd Werkblad

• Differentiele Transistor Versterkers Werkblad