간단한 연산 증폭기

부품 및 재료

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6볼트 배터리 2개

4개의 NPN 트랜지스터 - 모델 2N2222 또는 2N3403 권장(Radio Shack 카탈로그 번호 276-1617은 이 실험과 다른 실험에 이상적인 15개의 NPN 트랜지스터 패키지)

2개의 PNP 트랜지스터 - 모델 2N2907 또는 2N3906 권장(Radio Shack 카탈로그 번호 276-1604는 이 실험 및 기타 실험에 이상적인 15개의 PNP 트랜지스터 패키지)

10kΩ 전위차계 2개, 단일 회전, 선형 테이퍼(Radio Shack 카탈로그 번호 271-1715)

270kΩ 저항 1개

100kΩ 저항 3개

10kΩ 저항 1개

상호 참조

전기 회로의 교훈 , 3권, 4장:"바이폴라 접합 트랜지스터" 전기 회로의 교훈 , 3권, 8장:"연산 증폭기"

학습 목표

<울>

전류 미러를 사용한 차동 증폭기 회로 설계.

고이득 차동 증폭기에 대한 네거티브 피드백의 영향

개략도

그림

지침

이 회로 설계는 이전에 표시된 차동 증폭기를 개선합니다. 저항을 사용하여 차동 쌍 회로에서 전압을 강하하는 대신 전류 미러 세트를 대신 사용하여 전압 이득을 높이고 성능을 예측할 수 있습니다.

더 높은 전압 이득으로 이 회로는 작동하는 연산 증폭기 또는 연산 증폭기로 기능할 수 있습니다. . 연산 증폭기는 수많은 최신 아날로그 반도체 회로의 기초를 형성하므로 연산 증폭기의 내부 작동을 이해하는 것이 중요합니다.

PNP 트랜지스터 Q₁ 및 Q₂ 두 개의 차동 쌍 트랜지스터 Q₃를 통해 전류 분할을 동일하게 유지하려고 하는 전류 미러를 형성합니다. 및 Q₄ . NPN 트랜지스터 Q₅ 및 Q₆ 다른 현재 미러를 형성하여 총계 설정 저항 R_prg에 의해 미리 결정된 레벨의 차동 쌍 전류 .

출력 전압을 측정합니다(Q₄ 컬렉터의 전압 접지와 관련하여) 입력 전압이 다양합니다. 두 전위차계가 출력 전압에 어떻게 다른 영향을 미치는지 확인하십시오. 하나의 입력은 출력 전압을 동일한 방향(비반전)으로 구동하는 경향이 있고 다른 하나는 출력 전압을 반대 방향(반전)으로 구동하는 경향이 있습니다.

두 입력 신호가 거의 같을 때 출력 전압이 입력 변화에 가장 잘 반응함을 알 수 있습니다.

회로의 차동 응답이 입증되면(한 입력이 다른 입력의 전압 레벨 위아래로 조정될 때 출력 전압이 극한 레벨에서 다른 레벨로 급격히 전환됨) 이 회로를 실제 연산 증폭기로 사용할 준비가 된 것입니다. 전압 팔로워라고 하는 간단한 연산 증폭기 회로 먼저 시도해 볼 수 있는 좋은 구성입니다.

전압 팔로워 회로를 만들려면 증폭기의 출력을 반전 입력에 직접 연결하십시오. 이것은 Q₄의 컬렉터와 베이스 단자를 연결하는 것을 의미합니다. 함께 "반전" 전위차계 폐기:

하단 회로도에 표시된 연산 증폭기의 삼각형 기호에 유의하십시오. 반전 및 비반전 입력은 각각 (-) 및 (+) 기호로 지정되며 출력 단자가 오른쪽 정점에 있습니다.

출력을 반전 입력에 연결하는 피드백 와이어는 위의 다이어그램에서 빨간색으로 표시됩니다. 전압 추종자로서 출력 전압은 입력 전압을 매우 밀접하게 "따라야" 하며, 편차는 1/100볼트 이하이어야 합니다.

이것은 이전 실험에서 설명한 단일 공통 컬렉터 트랜지스터보다 훨씬 더 정확한 팔로워 회로입니다! 보다 복잡한 연산 증폭기 회로를 비반전 증폭기라고 합니다. , 그리고 피드백 루프에서 한 쌍의 저항기를 사용하여 출력 전압의 일부를 반전 입력으로 "피드백"하여 증폭기가 비반전 입력에서 전압의 배수와 동일한 전압을 출력하게 합니다.

두 개의 등가 저항을 사용하는 경우 피드백 전압은 출력 전압의 1/2이 되어 출력 전압이 비반전 입력에 가해진 전압의 두 배가 됩니다. 따라서 정확한 이득이 2인 전압 증폭기가 있습니다.

이 비반전 증폭기 회로를 테스트할 때 출력 전압과 입력 전압 사이에 약간의 차이가 있음을 알 수 있습니다. 피드백 저항 값에 따르면 전압 이득은 정확히 2이어야 합니다.

그러나 출력 전압과 출력 전압 사이에 수백 볼트 정도의 편차가 있음을 알 수 있습니다. 이러한 편차는 차동 증폭기 회로의 불완전성으로 인한 것이며 차동 전압 이득을 증가시키기 위해 더 많은 증폭 단계를 추가하면 크게 줄어들 수 있습니다.

그러나 기존 회로의 정밀도를 최대화할 수 있는 한 가지 방법은 R_prg의 저항을 변경하는 것입니다. . 이 저항은 더 낮은 전류 미러의 제어점을 설정하고 그렇게 함으로써 연산 증폭기의 많은 성능 매개변수에 영향을 줍니다.

10kΩ에서 1MΩ 범위의 차이 저항 값을 대체해 보십시오. 10kΩ 미만의 저항을 사용하지 마십시오. 그렇지 않으면 전류 미러 트랜지스터가 과열되기 시작하여 열적으로 "폭주"할 수 있습니다.

사전 패키징된 장치로 제공되는 일부 연산 증폭기는 사용자가 차동 쌍의 전류 미러를 유사하게 "프로그래밍"할 수 있는 방법을 제공하며 이를 프로그래밍 가능이라고 합니다. 연산 증폭기. 대부분의 연산 증폭기는 프로그래밍할 수 없으며 공장에서 정확한 값으로 트리밍된 내부 저항으로 내부 전류 미러 제어 지점이 고정되어 있습니다.