Amplificador diferencial

PEÇAS E MATERIAIS

• Duas baterias de 6 volts
• Dois transistores NPN — modelos 2N2222 ou 2N3403 recomendados (o catálogo Radio Shack # 276-1617 é um pacote de quinze transistores NPN ideais para este e outros experimentos)
• Dois potenciômetros de 10 kΩ, de volta única, afunilamento linear (catálogo Radio Shack # 271-1715)
• Dois resistores de 22 kΩ
• Dois resistores de 10 kΩ
• Um resistor de 100 kΩ
• Um resistor de 1,5 kΩ

Os valores do resistor não são especialmente críticos neste experimento, mas foram escolhidos para fornecer ganho de alta tensão para um comportamento de amplificador diferencial "semelhante a um comparador".

REFERÊNCIAS CRUZADAS

Aulas de circuitos elétricos , Volume 3, capítulo 4:“Transistores de junção bipolar” Lições em circuitos elétricos , Volume 3, capítulo 8:"Amplificadores operacionais"

OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

• Projeto básico de um circuito amplificador diferencial.
• Definições de trabalho de diferencial e modo comum tensões

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO







ILUSTRAÇÃO







INSTRUÇÕES

Este circuito forma o coração da maioria dos circuitos amplificadores operacionais:o par diferencial . Na forma mostrada aqui, é um amplificador diferencial bastante rudimentar, bastante não linear e assimétrico em relação à tensão de saída versus tensão (ões) de entrada.

Com um ganho de alta tensão criado por uma grande relação coletor / resistor emissor (100 kΩ / 1,5 kΩ), entretanto, ele atua principalmente como um comparador:a tensão de saída muda rapidamente de valor conforme os dois sinais de tensão de entrada se aproximam da igualdade. Meça a tensão de saída (tensão no coletor de Q ₂ com relação ao aterramento), pois as tensões de entrada são variadas.

Observe como os dois potenciômetros têm efeitos diferentes na tensão de saída:uma entrada tende a conduzir a tensão de saída na mesma direção (não inversão), enquanto a outra tende a conduzir a tensão de saída na direção oposta (inversão). Esta é a natureza essencial de um amplificador diferencial :duas entradas complementares, com efeitos contrários no sinal de saída.

Idealmente, a tensão de saída de tal amplificador é estritamente uma função da diferença entre os dois sinais de entrada. Este circuito fica consideravelmente aquém do ideal, como até mesmo um teste superficial revelará.

Um amplificador diferencial ideal ignora toda a tensão de modo comum , que é qualquer nível de tensão comum a ambas as entradas. Por exemplo, se a entrada inversora for de 3 volts e a entrada não inversora de 2,5 volts, a tensão diferencial será de 0,5 volts (3 - 2,5), mas a tensão de modo comum será de 2,5 volts, pois esse é o nível de sinal de entrada mais baixo.

Idealmente, esta condição deve produzir a mesma tensão de sinal de saída como se as entradas fossem definidas em 3,5 e 3 volts, respectivamente (0,5 volts diferencial, com uma tensão de modo comum de 3 volts). No entanto, este circuito não fornece o mesmo resultado para os dois cenários de sinal de entrada diferentes. Em outras palavras, sua tensão de saída depende da tensão diferencial e a tensão de modo comum.

Por mais imperfeito que seja esse amplificador diferencial, seu comportamento poderia ser pior. Observe como os potenciômetros do sinal de entrada foram limitados por resistores de 22 kΩ a uma faixa ajustável de aproximadamente 0 a 4 volts, dada uma tensão de alimentação de 12 volts.

Se você gostaria de ver como este circuito se comporta sem qualquer limitação de sinal de entrada, basta ignorar os resistores de 22 kΩ com fios de jumper, permitindo a faixa de ajuste total de 0 a 12 volts de cada potenciômetro. Não se preocupe em acumular calor excessivo ao ajustar os potenciômetros neste circuito!

Ao contrário do circuito de espelho de corrente, este circuito é protegido de fuga térmica pelo resistor do emissor (1,5 kΩ), que não permite corrente de transistor suficiente para causar qualquer problema.



PLANILHA RELACIONADA:

• 
  Planilha de Amplificadores de Transistor Diferencial