Bangun Penguat Diferensial Gain Tinggi yang Bekerja sebagai Op-Amp
Bagian dan Bahan
- Dua baterai 6 volt
- Empat transistor NPN—model 2N2222 atau 2N3403 (katalog Radio Shack # 276-1617 menyediakan paket nyapan belas perangkat NPN)
- Dua transistor PNP—model 2N2907 atau 2N3906 (katalog Radio Shack # 276-1604 menawarkan paket lima belas PNP)
- Dua potensiometer 10 kΩ, satu putar, linear taper (katalog Radio Shack # 271-1715)
- Satu resistor 270 kΩ
- Tiga resistor 100 kΩ
- Satu resistor 10 kΩ
Referensi Silang
Lessons In Electric Circuits, Volume 3, bab 4 “Transistor Bipolar Junction” dan bab 8 “Operational Amplifiers.”
Tujuan Pembelajaran
- Mendesain penguat diferensial yang menggunakan jaringan current mirror.
- Menjelajahi bagaimana negative feedback membentuk perilaku penguat diferensial gain tinggi.
Diagram Skematik
Ilustrasi
Instruksi
Desain ini menyempurnakan penguat diferensial sebelumnya dengan mengganti resistor penurunan tegangan dengan jaringan current mirror, menghasilkan voltage gain yang lebih tinggi dan performa yang lebih dapat diprediksi.
Dengan gain yang meningkat, rangkaian dapat beroperasi sebagai operational amplifier (op-amp) fungsional. Op-amp adalah tulang punggung elektronik analog modern, jadi memahami struktur internalnya sangat berharga.
Pasangan PNP Q1 dan Q2 membentuk current mirror yang menjaga arus melalui pasangan diferensial Q3 dan Q4 seimbang. Pasangan NPN Q5 dan Q6 menyediakan current mirror kedua yang menetapkan total arus pasangan diferensial melalui resistor terprogram R_prg.
Ukur output voltage (kolektor Q4 relatif terhadap ground) sambil mengubah kedua tegangan input. Perhatikan bahwa satu potensiometer bertindak sebagai input non-inverting, sementara yang lain berfungsi sebagai input inverting.
Output merespons paling kuat ketika kedua input hampir sama—ini adalah mode diferensial. Setelah perilaku ini dikonfirmasi, rangkaian dapat digunakan sebagai op-amp sejati. Eksperimen pertama yang umum adalah konfigurasi voltage follower (buffer).
Untuk voltage follower, hubungkan output penguat langsung ke input inverting-nya—yaitu, ikatkan kolektor dan basis Q4 bersama-saba dan abaikan potensiometer inverting.
Simbol op-amp menunjukkan input non-inverting (+) dan inverting (−) serta apex output. Garis merah mewakili loop feedback. Dalam voltage follower, output harus melacak input dalam beberapa pertiga volt.
Pengaturan yang lebih canggih adalah non-inverting amplifier, di mana dua resistor sama dalam loop feedback menetapkan gain tepat dua.
Selama pengujian Anda mungkin melihat ketidakcocokan kecil antara output yang diukur dan yang diharapkan—biasanya beberapa pertiga volt. Ini timbul dari ketidaksempurnaan pasangan diferensial dan dapat dikurangi dengan menambahkan tahap amplifikasi tambahan atau dengan menyesuaikan R_prg secara halus.
Coba berbagai nilai R_prg mulai dari 10 kΩ hingga 1 MΩ. Hindari resistansi di bawah 10 kΩ untuk mencegah thermal runaway pada transistor current mirror.
Beberapa op-amp komersial mengekspos titik current mirror terprogram, yang memungkinkan pengguna menyesuaikan bias internal seperti R_prg. Sebagian besar op-amp buatan pabrik, namun, memiliki bias ini yang ditetapkan oleh resistor yang dipotong secara presisi.
