第16节 差分放大器 (修订中)
[TOC]
零件和材料
- 两节 6 伏电池
- 两个 NPN 晶体管——推荐型号为 2N2222 或 2N3403（Radio Shack 目录 # 276-1617 是一个包含 15 个 NPN 晶体管的封装，非常适合本实验和其他实验）
- 两个 10 kΩ 电位器，单圈，线性锥形（Radio Shack 目录 # 271-1715）
- 两个 22 kΩ 电阻器
- 两个 10 kΩ 电阻器
- 一个 100 kΩ 电阻器
- 一个 1.5 kΩ 电阻器
在本实验中，电阻值并不是特别重要，但已选择为“类似比较器”的差分放大器行为提供高电压增益。
交叉引用
电路课程，第 3 卷，第 4 章：“[双极结型晶体管](https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semiconductors/chpt- 运算放大器 (opens new window)”
学习目标
- 差分放大器电路的基本设计。
- (opens new window)
原理图，示意图
插图
指示
该电路构成了大多数运算放大器电路的核心：差分对。在此处显示的形式中，它是一个相当粗糙的差分放大器，在输出电压与输入电压方面非常非线性和不对称。
但是，由于集电极/发射极电阻比 (100 kΩ/1.5 kΩ) 所产生的高电压增益，它主要用作比较器 (opens new window)：当两个输入电压信号接近相等时，输出电压值迅速变化。随着输入电压的变化，测量输出电压（Q 2的集电极相对于地的电压）。
注意两个电位器对输出电压的不同影响：一个输入倾向于以相同方向驱动输出电压（同相），而另一个倾向于以相反方向驱动输出电压（反相）。_这是差分放大器 (opens new window)_的本质：两个互补输入，对输出信号有相反的影响。
理想情况下，这种放大器的输出电压严格地取决于两个输入信号之间的_差异。_该电路与理想情况相去甚远，即使是粗略的测试也会发现。
理想的差分放大器会忽略所有_共模电压_，即两个输入共有的电压电平。例如，如果反相输入为 3 伏，同相输入为 2.5 伏，则差分电压将为 0.5 伏 (3 - 2.5)，但共模电压将为 2.5 伏，因为这是最低输入信号电平。
理想情况下，该条件应产生与输入分别设置为 3.5 和 3 伏（0.5 伏差分，3 伏共模电压）相同的输出信号电压。然而，对于两种不同的输入信号场景，该电路并_没有给出相同的结果。_换句话说，它的输出电压取决于差分电压_和_共模电压。
尽管这种差分放大器不完善，但它的行为可能会更糟。请注意输入信号电位器如何被 22 kΩ 电阻器限制在大约 0 到 4 伏的可调范围内，给定 12 伏的电源电压。
如果您想了解该电路在没有任何输入信号限制的情况下如何工作，只需使用跨接导线绕过 22 kΩ 电阻，即可从每个电位器实现 0 至 12 伏的完整调节范围。在此电路中调整电位器时不要担心会产生过多的热量！
与电流镜电路不同，该电路通过发射极电阻 (1.5 kΩ) 防止热失控，这不允许足够的晶体管电流引起任何问题。
相关练习：
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