Amplificateur différentiel

PIÈCES ET MATÉRIAUX

• Deux piles 6 volts
• Deux transistors NPN - modèles 2N2222 ou 2N3403 recommandés (le catalogue Radio Shack n° 276-1617 est un ensemble de quinze transistors NPN idéaux pour cette expérience et d'autres)
• Deux potentiomètres 10 kΩ, monotour, coniques linéaires (catalogue Radio Shack n° 271-1715)
• Deux résistances de 22 kΩ
• Deux résistances de 10 kΩ
• Une résistance de 100 kΩ
• Une résistance de 1,5 kΩ

Les valeurs de résistance ne sont pas particulièrement critiques dans cette expérience, mais ont été choisies pour fournir un gain de tension élevé pour un comportement d'amplificateur différentiel « de type comparateur ».

REFERENCES CROISEES

Leçons En Circuits Électriques , Volume 3, chapitre 4 :« Transistors à jonction bipolaire » Leçons sur les circuits électriques , Volume 3, chapitre 8 :« Amplificateurs opérationnels »

OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE

• Conception de base d'un circuit amplificateur différentiel.
• Définitions fonctionnelles du différentiel et mode commun tensions

SCHÉMA SCHÉMA

ILLUSTRATION

INSTRUCTIONS

Ce circuit forme le cœur de la plupart des circuits amplificateurs opérationnels :la paire différentielle . Sous la forme montrée ici, il s'agit d'un amplificateur différentiel plutôt grossier, assez non linéaire et asymétrique en ce qui concerne la tension de sortie par rapport à la ou aux tensions d'entrée.

Avec un gain de tension élevé créé par un grand rapport de résistance collecteur/émetteur (100 kΩ/1,5 kΩ), il agit principalement comme un comparateur :la tension de sortie change rapidement de valeur lorsque les deux signaux de tension d'entrée se rapprochent de l'égalité. Mesurer la tension de sortie (tension au collecteur de Q₂ par rapport à la terre) car les tensions d'entrée varient.

Notez comment les deux potentiomètres ont des effets différents sur la tension de sortie :une entrée a tendance à piloter la tension de sortie dans le même sens (non inverseur), tandis que l'autre a tendance à piloter la tension de sortie dans le sens opposé (inversant). C'est la nature essentielle d'un amplificateur différentiel :deux entrées complémentaires, avec des effets contraires sur le signal de sortie.

Idéalement, la tension de sortie d'un tel amplificateur est strictement fonction de la différence entre les deux signaux d'entrée. Ce circuit est considérablement en deçà de l'idéal, comme même un test superficiel le révélera.

Un amplificateur différentiel idéal ignore toutes les tensions de mode commun , quel que soit le niveau de tension commun aux deux entrées. Par exemple, si l'entrée inverseuse est à 3 volts et l'entrée non inverseuse à 2,5 volts, la tension différentielle sera de 0,5 volts (3 - 2,5) mais la tension de mode commun sera de 2,5 volts puisque c'est le niveau de signal d'entrée le plus bas.

Idéalement, cette condition devrait produire la même tension de signal de sortie que si les entrées étaient respectivement réglées à 3,5 et 3 volts (différence de 0,5 volt, avec une tension de mode commun de 3 volts). Cependant, ce circuit ne pas donner le même résultat pour les deux scénarios de signal d'entrée différents. En d'autres termes, sa tension de sortie dépend à la fois de la tension différentielle et la tension de mode commun.

Aussi imparfait que soit cet amplificateur différentiel, son comportement pourrait être pire. Notez comment les potentiomètres de signal d'entrée ont été limités par des résistances de 22 kΩ à une plage réglable d'environ 0 à 4 volts, étant donné une tension d'alimentation de 12 volts.

Si vous souhaitez voir comment ce circuit se comporte sans aucune limitation de signal d'entrée, contournez simplement les résistances de 22 kΩ avec des cavaliers, permettant une plage de réglage complète de 0 à 12 volts à partir de chaque potentiomètre. Ne vous inquiétez pas de l'accumulation de chaleur excessive lors du réglage des potentiomètres de ce circuit !

Contrairement au circuit miroir de courant, ce circuit est protégé de l'emballement thermique par la résistance de l'émetteur (1,5 kΩ), qui ne permet pas à un courant de transistor suffisant de poser problème.

FEUILLE DE TRAVAIL CONNEXE :

• Fiche de travail sur les amplificateurs à transistors différentiels