Усилитель с общим эмиттером

ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

• Один транзистор NPN - рекомендуется модель 2N2222 или 2N3403 (каталог Radio Shack № 276-1617 представляет собой пакет из пятнадцати транзисторов NPN, идеально подходящих для этого и других экспериментов).
• Две 6-вольтовые батареи.
• Один однооборотный потенциометр 10 кОм с линейным конусом (каталог Radio Shack № 271-1715).
• Один резистор 1 МОм.
• Один резистор 100 кОм.
• Один резистор 10 кОм.
• Один резистор 1,5 кОм.

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ Уроки электрических цепей , Том 3, глава 4:«Биполярные переходные транзисторы» ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

• Разработка простой схемы усилителя с общим эмиттером.
• Как измерить коэффициент усиления усилителя по напряжению.
• Разница между инвертирующим и неинвертирующим усилителями.
• Способы введения отрицательной обратной связи в схему усилителя

СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Создайте эту схему и измерьте выходное напряжение (напряжение, измеренное между выводом коллектора транзистора и землей) и входное напряжение (напряжение, измеренное между выводом стеклоочистителя потенциометра и землей) для нескольких настроек положения потенциометра. Я рекомендую определить диапазон выходного напряжения, поскольку потенциометр регулируется во всем диапазоне его движения, а затем выбрать несколько напряжений, охватывающих этот выходной диапазон, для проведения измерений.

Например, если полное вращение потенциометра приводит к увеличению выходного напряжения схемы усилителя от 0,1 В (низкое) до 11,7 В (высокое), выберите несколько уровней напряжения между этими пределами (1 В, 3 В, 5 В, 7 В, 9 В). , и 11 вольт). Измеряя выходное напряжение с помощью измерителя, отрегулируйте потенциометр, чтобы получить каждое из этих заранее определенных напряжений на выходе, отмечая точное значение для дальнейшего использования.

Затем измерьте точное входное напряжение, создающее это выходное напряжение, и запишите это значение напряжения. В конце концов, у вас должна быть таблица чисел, представляющих несколько различных выходных напряжений вместе с соответствующими им входными напряжениями.

Возьмите любые две пары значений напряжения и вычислите коэффициент усиления напряжения, разделив разницу выходных напряжений на разницу входных напряжений. Например, если входное напряжение 1,5 В дает выходное напряжение 7,0 В, а входное напряжение 1,66 В дает выходное напряжение 1,0 В, коэффициент усиления по напряжению усилителя составляет (7,0 - 1,0) / (1,66 - 1,5) , или 6, деленное на 0,16:коэффициент усиления 37,50.

При проведении этих измерений напряжения вы должны сразу заметить две характеристики:во-первых, эффект «вход-выход» является «обратным»; то есть возрастание входное напряжение приводит к уменьшению выходное напряжение. Этот эффект известен как инверсия сигнала, а такой усилитель как инвертирующий усилитель.

Во-вторых, этот усилитель демонстрирует очень сильный выигрыш по напряжению:небольшое изменение входного напряжения приводит к большому изменению выходного напряжения. Это должно резко контрастировать со схемой усилителя «повторитель напряжения», обсуждавшейся ранее, у которой коэффициент усиления по напряжению составлял около 1.

Усилители с общим эмиттером широко используются из-за их высокого коэффициента усиления по напряжению, но они редко используются в такой грубой форме, как эта. Хотя эта схема усилителя демонстрирует основную концепцию, она очень чувствительна к изменениям температуры.

Попробуйте оставить потенциометр в одном положении и нагреть транзистор, крепко взяв его рукой или нагревая каким-либо другим источником тепла, например электрическим феном ( ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ . :будьте осторожны, чтобы он не стал настолько горячим, что пластиковый макет не расплавится!)

Вы также можете исследовать температурные эффекты, охлаждая транзистор:прикоснитесь кубиком льда к его поверхности и обратите внимание на изменение выходного напряжения. Когда температура транзистора изменяется, характеристики его диода база-эмиттер изменяются, что приводит к разным величинам тока базы для одного и того же входного напряжения.

Это, в свою очередь, изменяет регулируемый ток через клемму коллектора, тем самым влияя на выходное напряжение. Такие изменения можно свести к минимуму с помощью сигнала обратной связи . , посредством чего часть выходного напряжения «возвращается» на вход усилителя, чтобы иметь отрицательное или компенсирующее влияние на усиление напряжения.

Стабильность улучшена за счет увеличения напряжения, компромиссное решение, но, тем не менее, практичное. Возможно, самый простой способ добавить отрицательную обратную связь к усилителю с общим эмиттером - это добавить некоторое сопротивление между выводом эмиттера и землей, чтобы входное напряжение делилось между PN переходом база-эмиттер и падением напряжения на новом сопротивлении:

Повторите то же упражнение по измерению и записи напряжения с установленным резистором 1,5 кОм, вычисляя новое (уменьшенное) усиление напряжения. Попробуйте еще раз изменить температуру транзистора и зафиксировать выходное напряжение для стабильного входного напряжения.

Меняется ли больше или меньше, чем без резистора 1,5 кОм? Другой метод введения отрицательной обратной связи в эту схему усилителя - «соединить» выход со входом через резистор большого номинала. Подключение резистора 1 МОм между выводами коллектора и базы транзистора работает нормально:

Хотя этот другой метод обратной связи достигает той же цели повышения стабильности за счет уменьшения усиления, две схемы обратной связи не будут вести себя одинаково. Обратите внимание на диапазон возможных выходных напряжений для каждой схемы обратной связи (значения низкого и высокого напряжения, полученные при полной развертке потенциометра входного напряжения) и то, как это различается между двумя схемами.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Схема с номерами узлов SPICE:

Список соединений (создайте текстовый файл, содержащий следующий текст, дословно):

 Усилитель с общим эмиттером vsupply 1 0 dc 12 vin 3 0 rc 1 2 10k rb 3 4 100k q1 2 4 0 mod1 .model mod1 npn bf =200 .dc vin 0 2 0,05 .plot dc v (2,0) v (3,0). конец 

Это моделирование SPICE устанавливает схему с источником переменного напряжения постоянного тока ( vin ) в качестве входного сигнала и измеряет соответствующее выходное напряжение между узлами 2 и 0. Входное напряжение изменяется, или «качается», от 0 до 2 В с шагом 0,05 В.

Результаты показаны на графике, где входное напряжение отображается в виде прямой линии, а выходное напряжение - в виде «ступенчатого» рисунка, где напряжение начинается и заканчивается на уровне, с резким изменением в середине, когда транзистор находится в активном режиме. операция.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

• Рабочий лист усилителей BJT класса A