Многокаскадный усилитель

ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

• Три транзистора 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.
• Три резистора по 100 кОм.
• Три резистора 10 кОм.

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 4:«Биполярные переходные транзисторы»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

• Разработка многокаскадной схемы усилителя с прямым эмиттером с общим эмиттером.
• Эффект отрицательной обратной связи в цепи усилителя

СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Соединяя три схемы усилителя с общим эмиттером вместе - вывод коллектора предыдущего транзистора с базой (резистором) следующего транзистора - коэффициенты усиления напряжения каждого каскада складываются, чтобы дать очень высокий общий коэффициент усиления по напряжению. Я рекомендую собрать эту схему без резистор обратной связи 1 МОм, чтобы убедиться, насколько велик неограниченный коэффициент усиления по напряжению.

Возможно, вам не удастся настроить потенциометр на стабильное выходное напряжение (которое не насыщается при полном напряжении питания или нуле), коэффициент усиления настолько велик. Даже если вы не можете отрегулировать входное напряжение достаточно точно, чтобы стабилизировать выходное напряжение в активном диапазоне последнего транзистора, вы должны быть в состоянии сказать, что отношение выход-вход инвертируется; то есть выход стремится к высокому напряжению, когда входной сигнал становится низким, и наоборот.

Поскольку любой из «каскадов» с общим эмиттером инвертирует сам по себе, четное количество каскадных усилителей с общим эмиттером дает неинвертирующий отклик, в то время как нечетное количество каскадов дает инвертирование. Вы можете проверить эти отношения, измерив напряжение коллектор-земля на каждом транзисторе . при регулировке потенциометра входного напряжения, отмечая, увеличивается или уменьшается выходное напряжение с увеличением входного напряжения.

Подключите резистор обратной связи 1 МОм в схему, соединив коллектор последнего транзистора с базой первого. Поскольку общий отклик этого трехкаскадного усилителя является инвертирующим, сигнал обратной связи, подаваемый через резистор 1 МОм с выхода последнего транзистора на вход первого, должен быть отрицательным . в природе.

Таким образом, он будет действовать для стабилизации отклика усилителя и минимизации усиления по напряжению. Вы должны сразу заметить уменьшение усиления из-за уменьшения чувствительности выходного сигнала к изменениям входного сигнала (изменениям положения потенциометра).

Проще говоря, усилитель уже не так «раздражителен», как был без установленного резистора обратной связи. Как и в случае с простым усилителем с общим эмиттером, описанным в предыдущем эксперименте, здесь неплохо составить таблицу значений входного и выходного напряжения, с помощью которой вы можете рассчитать коэффициент усиления по напряжению.

Поэкспериментируйте с разными значениями сопротивления обратной связи. Как вы думаете, как влияет уменьшение в обратной связи сопротивление имеет коэффициент усиления по напряжению? А как насчет увеличения в сопротивлении обратной связи? Попробуйте и узнайте!

Преимущество использования отрицательной обратной связи для «приручения» схемы усилителя с высоким коэффициентом усиления заключается в том, что результирующее усиление напряжения становится более зависимым от номиналов резистора и менее зависимым от характеристик составляющих транзисторов. Это хорошо, потому что гораздо проще изготовить последовательные резисторы, чем последовательные транзисторы.

Таким образом, проще спроектировать усилитель с предсказуемым усилением, построив каскадную сеть транзисторов с произвольно высоким коэффициентом усиления по напряжению, а затем уменьшить это усиление именно с помощью отрицательной обратной связи. По такому же принципу создается операционный усилитель . схемы ведут себя так предсказуемо.

Эта схема усилителя немного упрощена по сравнению с тем, что вы обычно встретите в практических многокаскадных схемах. Редко используется чистая конфигурация с общим эмиттером (то есть без резистора эмиттер-земля), и если усилитель обслуживает сигналы переменного тока, межкаскадная связь часто является емкостной с цепями делителей напряжения, подключенными к каждой базе транзистора для надлежащего смещение каждого этапа.

Цепи радиочастотных усилителей часто имеют трансформаторную связь с конденсаторами, подключенными параллельно обмоткам трансформатора для резонансной настройки.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Схема с номерами узлов SPICE:

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

 Многокаскадный усилитель vsupply 1 0 dc 12 vin 2 0 r1 2 3 100k r2 1 4 10k q1 4 3 0 mod1 r3 4 7 100k r4 1 5 10k q2 5 7 0 mod1 r5 5 8 100k r6 1 6 10k q3 6 8 0 mod1 rf 3 6 1meg .model mod1 npn bf =200 .dc vin 0 2.5 0.1 .plot dc v (6,0) v (2,0) .end 

Это моделирование отображает выходное напряжение в зависимости от входного напряжения и позволяет сравнивать эти переменные в числовой форме:список значений напряжения, напечатанных слева от графика. Вы можете рассчитать прирост напряжения, взяв любые две точки анализа и разделив разницу выходных напряжений на разницу входных напряжений, как вы это делаете для реальной схемы.

Поэкспериментируйте с разными значениями сопротивления обратной связи ( rf ) и посмотрите, как это влияет на общий прирост напряжения. Вы замечаете закономерность? Подсказка:общий коэффициент усиления по напряжению можно точно приблизительно определить, используя значения сопротивления r1 . и rf , без ссылки на какой-либо другой компонент схемы!

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

• Таблица многокаскадных транзисторных усилителей