Penguat Diferensial

BAGIAN DAN BAHAN

• Dua baterai 6 volt
• Dua transistor NPN—disarankan model 2N2222 atau 2N3403 (Katalog Radio Shack # 276-1617 adalah paket lima belas transistor NPN yang ideal untuk eksperimen ini dan eksperimen lainnya)
• Dua potensiometer 10 kΩ, putaran tunggal, lancip linier (Katalog Radio Shack # 271-1715)
• Dua resistor 22 kΩ
• Dua resistor 10 kΩ
• Satu resistor 100 kΩ
• Satu resistor 1,5 kΩ

Nilai resistor tidak terlalu penting dalam percobaan ini, tetapi telah dipilih untuk memberikan penguatan tegangan tinggi untuk perilaku penguat diferensial "seperti komparator".

REFERENSI SILANG

Pelajaran Dalam Rangkaian Listrik , Volume 3, bab 4:“Transistor Sambungan Bipolar” Pelajaran Dalam Rangkaian Listrik , Volume 3, bab 8:“Penguat Operasional”

TUJUAN PEMBELAJARAN

• Desain dasar rangkaian penguat diferensial.
• Definisi kerja diferensial dan mode umum tegangan

DIAGRAM SKEMATIK

ILUSTRASI

INSTRUKSI

Sirkuit ini membentuk inti dari sebagian besar rangkaian penguat operasional:pasangan diferensial . Dalam bentuk yang ditunjukkan di sini, ini adalah penguat diferensial yang agak kasar, cukup nonlinier dan tidak simetris sehubungan dengan tegangan keluaran versus tegangan masukan.

Namun, dengan penguatan tegangan tinggi yang diciptakan oleh rasio resistor kolektor/emitor yang besar (100 kΩ/1.5 kΩ), ia bertindak terutama sebagai pembanding:nilai tegangan output berubah dengan cepat saat dua sinyal tegangan input mendekati kesetaraan. Ukur tegangan keluaran (tegangan pada kolektor Q₂ sehubungan dengan ground) karena tegangan input bervariasi.

Perhatikan bagaimana kedua potensiometer memiliki efek yang berbeda pada tegangan output:satu input cenderung mengarahkan tegangan output ke arah yang sama (non-pembalik), sedangkan yang lain cenderung mendorong tegangan output ke arah yang berlawanan (pembalik). Ini adalah sifat esensial dari penguat diferensial :dua input komplementer, dengan efek berlawanan pada sinyal output.

Idealnya, tegangan keluaran penguat semacam itu benar-benar merupakan fungsi dari perbedaan antara dua sinyal masukan. Sirkuit ini jauh dari ideal, bahkan tes sepintas akan mengungkapkannya.

Penguat diferensial yang ideal mengabaikan semua tegangan mode umum , yang merupakan tingkat tegangan apa pun yang umum untuk kedua input. Misalnya, jika input pembalik berada pada 3 volt dan input non-pembalik pada 2,5 volt, tegangan diferensial akan menjadi 0,5 volt (3 - 2,5) tetapi tegangan mode umum akan menjadi 2,5 volt karena itu adalah level sinyal input terendah.

Idealnya, kondisi ini harus menghasilkan tegangan sinyal output yang sama seolah-olah input diatur masing-masing pada 3,5 dan 3 volt (diferensial 0,5 volt, dengan tegangan mode umum 3 volt). Namun, sirkuit ini tidak memberikan hasil yang sama untuk dua skenario sinyal input yang berbeda. Dengan kata lain, tegangan keluarannya bergantung pada tegangan diferensial dan tegangan mode umum.

Tidak sempurna seperti penguat diferensial ini, perilakunya bisa lebih buruk. Perhatikan bagaimana potensiometer sinyal input telah dibatasi oleh resistor 22 kΩ ke kisaran yang dapat disesuaikan sekitar 0 hingga 4 volt, dengan tegangan catu daya 12 volt.

Jika Anda ingin melihat bagaimana rangkaian ini berperilaku tanpa batasan sinyal input, cukup lewati resistor 22 kΩ dengan kabel jumper, yang memungkinkan rentang penyesuaian penuh 0 hingga 12 volt dari setiap potensiometer. Jangan khawatir tentang membangun panas yang berlebihan saat menyesuaikan potensiometer di sirkuit ini!

Tidak seperti sirkuit cermin saat ini, sirkuit ini dilindungi dari pelarian termal oleh resistor emitor (1,5 kΩ), yang tidak memungkinkan arus transistor yang cukup untuk menyebabkan masalah.

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Penguat Transistor Diferensial