Meertraps versterker

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• Drie NPN-transistoren - 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
• Drie weerstanden van 100 kΩ
• Drie weerstanden van 10 kΩ

KRUISVERWIJZINGEN

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

LEERDOELSTELLINGEN

• Ontwerp van een meertraps, direct gekoppelde common-emitter versterkerschakeling
• Effect van negatieve feedback in een versterkerschakeling

SCHEMATISCH DIAGRAM

ILLUSTRATIE

INSTRUCTIES

Door drie common-emitter-versterkerschakelingen met elkaar te verbinden - de collectoraansluiting van de vorige transistor met de basis (weerstand) van de volgende transistor - de spanningsversterkingen van elke trapverbinding om een ​​zeer hoge algehele spanningsversterking te geven. Ik raad aan om dit circuit zonder . te bouwen om te beginnen de 1 MΩ feedbackweerstand om zelf te zien hoe hoog de onbeperkte spanningsversterking is.

Misschien vindt u het onmogelijk om de potentiometer in te stellen voor een stabiele uitgangsspanning (die niet verzadigd is bij volledige voedingsspanning of nul), de versterking is zo hoog. Zelfs als je de ingangsspanning niet fijn genoeg kunt aanpassen om de uitgangsspanning in het actieve bereik van de laatste transistor te stabiliseren, zou je moeten kunnen zien dat de output-naar-ingangsrelatie omkeert; dat wil zeggen, de uitgang heeft de neiging om naar een hoge spanning te rijden wanneer de ingang laag wordt, en vice versa.

Aangezien elk van de "trappen" van de common-emitter op zichzelf inverteert, geeft een even aantal getrapte common-emitter-versterkers een niet-inverterende respons, terwijl een oneven aantal trappen inverteren geeft. U kunt deze relaties ervaren door de collector-naar-aarde spanning te meten bij elke transistor terwijl u de potentiometer van de ingangsspanning afstelt, waarbij u opmerkt of de uitgangsspanning al dan niet toeneemt of afneemt met een toename van de ingangsspanning.

Sluit de 1 MΩ feedbackweerstand aan op het circuit en koppel de collector van de laatste transistor aan de basis van de eerste. Aangezien de algehele respons van deze drietraps versterker inverterend is, moet het feedbacksignaal dat wordt geleverd via de weerstand van 1 MΩ van de uitgang van de laatste transistor naar de ingang van de eerste negatief zijn in de natuur.

Als zodanig zal het de respons van de versterker stabiliseren en de spanningsversterking minimaliseren. U zou de vermindering van de versterking onmiddellijk moeten opmerken door de verminderde gevoeligheid van het uitgangssignaal bij wijzigingen in het ingangssignaal (veranderingen in de positie van de potentiometer).

Simpel gezegd, de versterker is lang niet zo "gevoelig" als het was zonder de feedbackweerstand op zijn plaats. Net als bij de eenvoudige common-emitter-versterker die in een eerder experiment is besproken, is het een goed idee om hier een tabel te maken met waarden voor ingangs- versus uitgangsspanning waarmee u de spanningsversterking kunt berekenen.

Experimenteer met verschillende waarden van feedbackweerstand. Welk effect denk je dat een afname in feedback weerstand heeft op spanningsversterking? Hoe zit het met een verhoging in feedbackweerstand? Probeer het en ontdek het!

Een voordeel van het gebruik van negatieve feedback om een ​​high-gain versterkercircuit te "temmen" is dat de resulterende spanningsversterking meer afhankelijk wordt van de weerstandswaarden en minder afhankelijk van de kenmerken van de samenstellende transistors. Dit is goed omdat het veel gemakkelijker is om consistente weerstanden te maken dan consistente transistors.

Het is dus gemakkelijker om een ​​versterker met voorspelbare versterking te ontwerpen door een getrapt netwerk van transistors met een willekeurig hoge spanningsversterking te bouwen en die versterking vervolgens precies te verminderen door negatieve feedback. Het is hetzelfde principe dat wordt gebruikt om een ​​operationele versterker . te maken circuits gedragen zich zo voorspelbaar.

Dit versterkercircuit is een beetje vereenvoudigd van wat je normaal tegenkomt in praktische meertrapscircuits. Zelden wordt een pure common-emitter-configuratie (dwz zonder emitter-naar-aarde-weerstand) gebruikt, en als de versterker dienst doet voor AC-signalen, is de tussentrapkoppeling vaak capacitief met spanningsdelernetwerken die op elke transistorbasis zijn aangesloten voor een goede vooringenomenheid van elke fase.

Radiofrequentieversterkercircuits zijn vaak transformatorgekoppeld, met condensatoren die parallel zijn geschakeld met de transformatorwikkelingen voor resonante afstemming.

COMPUTERSIMULATIE

Schema met SPICE-knooppuntnummers:

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

Meertraps versterker 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 

Deze simulatie zet de uitgangsspanning uit tegen de ingangsspanning en maakt vergelijking tussen die variabelen in numerieke vorm mogelijk:een lijst met spanningscijfers die links van de plot is afgedrukt. U kunt de spanningsversterking berekenen door twee willekeurige analysepunten te nemen en het verschil in uitgangsspanningen te delen door het verschil in ingangsspanningen, net zoals u doet voor het echte circuit.

Experimenteer met verschillende feedbackweerstandswaarden (rf ) en bekijk de impact op de algehele spanningsversterking. Merk je een patroon op? Hier is een hint:de algehele spanningsversterking kan dicht worden benaderd door de weerstandscijfers van r1 te gebruiken en rf , zonder verwijzing naar een ander circuitonderdeel!

GERELATEERD WERKBLAD:

• Meertraps transistorversterkers werkblad