Conception d'un amplificateur différentiel à gain élevé avec transistors NPN

Pièces et Matériaux

• Deux piles 6 V
• Deux transistors NPN (2N2222 ou 2N3403 recommandés – voir Radio Shack #276-1617 pour un pack pratique de quinze)
• Deux potentiomètres linéaires 10 kΩ, un tour (Radio Shack #271-1715)
• Deux résistances 22 kΩ
• Deux résistances 10 kΩ
• Une résistance 100 kΩ
• Une résistance 1,5 kΩ

Bien que les valeurs exactes des résistances ne soient pas critiques, elles ont été choisies pour maximiser le gain en tension et donner au circuit une réponse « type comparateur ».

Références Croisées

Voir Lessons In Electric Circuits, Vol. 3, ch. 4 « Transistors à jonction bipolaire » et ch. 8 « Amplificateurs opérationnels » pour la théorie fondamentale.

Objectifs d'Apprentissage

• Concevoir un circuit amplificateur différentiel de base
• Définir les tensions différentielle et de mode commun et comprendre leurs rôles dans le fonctionnement de l'amplificateur

Schéma Électrique

Illustration

Instructions

Cette configuration est le cœur de la plupart des circuits amplificateurs opérationnels : le paire différentielle. Elle est intentionnellement simple, fournissant une réponse non-linéaire à gain élevé qui fonctionne principalement comme un comparateur.

Le grand rapport de résistance collecteur-émetteur (100 kΩ / 1,5 kΩ) donne une caractéristique de transfert abrupte. À mesure que les deux tensions d'entrée convergent, la sortie au collecteur de Q₂ bascule rapidement entre les rails d'alimentation.

Notez comment les deux potentiomètres influencent la sortie différemment : l'un agit comme une entrée non-inverseuse, l'autre comme une entrée inverseuse. Ce comportement complémentaire est la marque d'un amplificateur différentiel.

Dans un dispositif idéal, la sortie dépend uniquement de la différence de tension entre les entrées et est immune à toute tension de mode commun. En pratique, cependant, la sortie du circuit varie aussi avec la tension de mode commun, surtout lorsque la plage d'entrée est limitée par les résistances 22 kΩ.

Pour explorer la plage dynamique complète, vous pouvez court-circuiter les résistances série 22 kΩ avec des fils cavaliers, permettant à chaque potentiomètre de balayer de 0 à 12 V. La résistance d'émetteur (1,5 kΩ) protège les transistors de l'emballement thermique en limitant le courant de collecteur.

Fiche Connexe

• Fiche de travail : Amplificateurs à transistors différentiels