Hochverstärkender Differenzverstärker mit NPN-Transistoren designen

Bauteile & Materialien

• Zwei 6-V-Batterien
• Zwei NPN-Transistoren (2N2222 oder 2N3403 empfohlen – siehe Radio Shack #276-1617 für praktisches 15er-Pack)
• Zwei 10-kΩ-Eingangs-Potentiometer, eingängig, linear (Radio Shack #271-1715)
• Zwei 22-kΩ-Widerstände
• Zwei 10-kΩ-Widerstände
• Ein 100-kΩ-Widerstand
• Ein 1,5-kΩ-Widerstand

Obwohl die exakten Widerstandswerte nicht kritisch sind, wurden sie gewählt, um die Spannungsverstärkung zu maximieren und dem Kreis eine „Komparator-ähnliche“ Reaktion zu geben.

Querverweise

Siehe Lessons In Electric Circuits, Bd. 3, Kap. 4 „Bipolar Junction Transistors“ und Kap. 8 „Operational Amplifiers“ für grundlegende Theorie.

Lernziele

• Einen grundlegenden Differenzverstärker entwerfen
• Differenz- und Gleichtaktspannung definieren und ihre Rolle im Verstärkerbetrieb verstehen

Schaltplan

Aufbauillustration

Anleitung

Diese Konfiguration ist der Kern der meisten Op-Amp-Schaltungen: das Differentialpaar. Sie ist bewusst einfach gehalten und liefert eine hochverstärkende, nichtlineare Reaktion, die primär als Komparator fungiert.

Das große Kollektor-Emitter-Widerstandsverhältnis (100 kΩ / 1,5 kΩ) ergibt eine steile Übertragungskennlinie. Wenn sich die beiden Eingangsspannungen annähern, schwingt der Ausgang am Kollektor von Q₂ schnell zwischen den Versorgungsschienen.

Beachten Sie, wie die beiden Potentiometer den Ausgang unterschiedlich beeinflussen: Eines wirkt als nicht-invertierender Eingang, das andere als invertierender Eingang. Dieses komplementäre Verhalten ist das Markenzeichen eines Differenzverstärkers.

In einem idealen Bauelement hängt der Ausgang ausschließlich von der Spannungsdifferenz der Eingänge ab und ist immun gegen jegliche Gleichtaktspannung. In der Praxis variiert der Ausgang jedoch auch mit der Gleichtaktspannung, besonders wenn der Eingangsbereich durch die 22-kΩ-Reihenwiderstände begrenzt ist.

Um den vollen Dynamikbereich zu erkunden, können Sie die 22-kΩ-Reihenwiderstände mit Brückenleitern überbrücken, sodass jedes Potentiometer von 0 bis 12 V streichen kann. Der Emitterwiderstand (1,5 kΩ) schützt die Transistoren vor Thermal Runaway, indem er den Kollektorstrom begrenzt.

Zugehöriges Arbeitsblatt

• Differential Transistor Amplifiers Worksheet