Common-Emitter-versterker

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• Eén NPN-transistor - model 2N2222 of 2N3403 aanbevolen (Radio Shack-catalogus # 276-1617 is een pakket van vijftien NPN-transistoren, ideaal voor deze en andere experimenten)
• Twee 6-volt batterijen
• Eén 10 kΩ potentiometer, single-turn, lineaire taper (Radio Shack-catalogus # 271-1715)
• Eén weerstand van 1 MΩ
• Eén weerstand van 100 kΩ
• Eén weerstand van 10 kΩ
• Eén weerstand van 1,5 kΩ

KRUISVERWIJZINGEN Lessen in elektrische circuits , Volume 3, hoofdstuk 4:"Bipolaire junctietransistoren" LEERDOELSTELLINGEN

• Ontwerp van een eenvoudig common-emitter versterkercircuit
• Hoe de spanningsversterking van de versterker te meten
• Het verschil tussen een inverterende en een niet-inverterende versterker
• Manieren om negatieve feedback in een versterkercircuit te introduceren

SCHEMATISCH DIAGRAM

ILLUSTRATIE

INSTRUCTIES

Bouw dit circuit en meet de uitgangsspanning (spanning gemeten tussen de collectoraansluiting van de transistor en aarde) en ingangsspanning (spanning gemeten tussen de wisseraansluiting van de potentiometer en aarde) voor verschillende positie-instellingen van de potentiometer. Ik raad aan om het uitgangsspanningsbereik te bepalen, aangezien de potentiometer door zijn gehele bewegingsbereik wordt afgesteld, en vervolgens verschillende spanningen te kiezen die dat uitgangsbereik overspannen om metingen te verrichten.

Als bijvoorbeeld volledige rotatie op de potentiometer de uitgangsspanning van het versterkercircuit van 0,1 volt (laag) naar 11,7 volt (hoog) stuurt, kies dan verschillende spanningsniveaus tussen die limieten (1 volt, 3 volt, 5 volt, 7 volt, 9 volt en 11 volt). Meet de uitgangsspanning met een meter, pas de potentiometer aan om elk van deze vooraf bepaalde spanningen aan de uitgang te verkrijgen, waarbij u het exacte cijfer noteert voor latere referentie.

Meet vervolgens de exacte ingangsspanning die die uitgangsspanning produceert en noteer ook dat spanningscijfer. Uiteindelijk zou u een tabel moeten hebben met getallen die verschillende uitgangsspanningen vertegenwoordigen, samen met de bijbehorende ingangsspanningen.

Neem twee willekeurige spanningsparen en bereken de spanningsversterking door het verschil in uitgangsspanningen te delen door het verschil in ingangsspanningen. Als een ingangsspanning van 1,5 volt me ​​bijvoorbeeld een uitgangsspanning van 7,0 volt geeft en een ingangsspanning van 1,66 volt een uitgangsspanning van 1,0 volt, is de spanningsversterking van de versterker (7,0 - 1,0)/(1,66 - 1,5) , of 6 gedeeld door 0,16:een versterkingsratio van 37,50.

U moet onmiddellijk twee kenmerken opmerken tijdens het uitvoeren van deze spanningsmetingen:ten eerste dat het input-to-output-effect "omgekeerd" is; dat wil zeggen, een toenemende ingangsspanning resulteert in een afname uitgangsspanning. Dit effect staat bekend als signaalinversie, en dit soort versterker als een inverterende versterker.

Ten tweede vertoont deze versterker een zeer sterke spanningsversterking:een kleine verandering in ingangsspanning resulteert in een grote verandering in uitgangsspanning. Dit zou in schril contrast moeten staan ​​met het eerder besproken "spanningsvolger" -versterkercircuit, dat een spanningsversterking van ongeveer 1 had.

Common-emitter-versterkers worden veel gebruikt vanwege hun hoge spanningsversterking, maar ze worden zelden gebruikt in zo'n ruwe vorm als deze. Hoewel dit versterkercircuit werkt om het basisconcept te demonstreren, is het erg gevoelig voor temperatuurveranderingen.

Probeer de potentiometer in één positie te laten en de transistor te verwarmen door hem stevig met uw hand vast te pakken of hem te verwarmen met een andere warmtebron zoals een elektrische föhn (WAARSCHUWING :pas op dat u het niet zo heet krijgt dat uw plastic breadboard smelt!).

Je kunt ook temperatuureffecten onderzoeken door de transistor af te koelen:raak een ijsblokje aan op het oppervlak en noteer de verandering in uitgangsspanning. Wanneer de temperatuur van de transistor verandert, veranderen de kenmerken van de basis-emitterdiode, wat resulteert in verschillende hoeveelheden basisstroom voor dezelfde ingangsspanning.

Dit verandert op zijn beurt de gecontroleerde stroom door de collectorterminal, waardoor de uitgangsspanning wordt beïnvloed. Dergelijke veranderingen kunnen worden geminimaliseerd door het gebruik van signaal feedback , waarbij een deel van de uitgangsspanning wordt "teruggekoppeld" naar de ingang van de versterker om een ​​negatief of opheffend effect op de spanningsversterking te hebben.

De stabiliteit wordt verbeterd ten koste van de spanningsversterking, een compromisoplossing, maar toch praktisch. Misschien is de eenvoudigste manier om negatieve feedback toe te voegen aan een common-emitter-versterker door wat weerstand toe te voegen tussen de emitterterminal en aarde, zodat de ingangsspanning wordt verdeeld tussen de basis-emitter PN-overgang en de spanningsval over de nieuwe weerstand:P>

Herhaal dezelfde spanningsmeting en registratie-oefening met de weerstand van 1,5 kΩ geïnstalleerd en bereken de nieuwe (verminderde) spanningsversterking. Probeer de temperatuur van de transistor opnieuw te wijzigen en noteer de uitgangsspanning voor een constante ingangsspanning.

Verandert het meer of minder dan zonder de weerstand van 1,5 kΩ? Een andere methode om negatieve feedback in dit versterkercircuit te introduceren, is door de uitgang te "koppelen" aan de ingang via een hoogwaardige weerstand. Het aansluiten van een weerstand van 1 MΩ tussen de collector- en basisterminals van de transistor werkt goed:

Hoewel deze verschillende feedbackmethode hetzelfde doel van verhoogde stabiliteit bereikt door de versterking te verminderen, zullen de twee feedbackcircuits zich niet identiek gedragen. Let op het bereik van mogelijke uitgangsspanningen bij elk feedbackschema (de lage en hoge spanningswaarden die worden verkregen met een volledige zwaai van de ingangsspanningspotentiometer), en hoe dit verschilt tussen de twee circuits.

COMPUTERSIMULATIE

Schema met SPICE-knooppuntnummers:

Netlijst (maak een tekstbestand met de volgende tekst, letterlijk):

Common-emitter versterker 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) .end 

Deze SPICE-simulatie zet een circuit op met een variabele gelijkspanningsbron (vin ) als het ingangssignaal en meet de corresponderende uitgangsspanning tussen knooppunten 2 en 0. De ingangsspanning wordt gevarieerd, of "geveegd", van 0 tot 2 volt in stappen van 0,05 volt.

De resultaten worden weergegeven op een grafiek, waarbij de ingangsspanning wordt weergegeven als een rechte lijn en de uitgangsspanning als een "stap" -cijfer waarbij de spanning begint en eindigt, met een steile verandering in het midden waar de transistor zich in zijn actieve modus bevindt van bediening.

GERELATEERD WERKBLAD:

• Werkblad Klasse A BJT-versterkers