Common‑Emitter Versterker: Ontwerp, Meting, en TerugkoppelingsTechnieken

Onderdelen en Materialen

• Eén NPN transistor (model 2N2222 of 2N3403 aanbevolen; een 15‑eenheid pakket is vermeld in Radio Shack catalogus #276‑1617)
• Twee 6‑V batterijen
• Eén 10 kΩ potentiometer, enkelvoudig, lineaire taper (Radio Shack catalogus #271‑1715)
• Eén 1 MΩ weerstand
• Eén 100 kΩ weerstand
• Eén 10 kΩ weerstand
• Eén 1,5 kΩ weerstand

Naslagwerken

Lessons In Electric Circuits, Volume 3, Hoofdstuk 4: Bipolar Junction Transistors

Leerdoelen

• Een eenvoudige common‑emitter versterkerschakeling ontwerpen
• Versterker spanningsversterking meten
• Tussen inverterende en niet‑inverterende versterkers onderscheiden
• Negatieve terugkoppeling toepassen voor verbeterde stabiliteit

Schema

Illustratie

Instructies

Bouw de schakeling en meet de uitgangsspanning (collector‑naar‑grond) en invoerspanning (potentiometer wiper‑naar‑grond) over een bereik van potentiometerinstellingen. Sweep de potentiometer eerst van laagste naar hoogste positie om de volledige uitgangsspanningsbereik te identificeren. Kies dan verschillende intermediaire doelspanningen (bijv. 1 V, 3 V, 5 V, 7 V, 9 V, 11 V) en noteer de corresponderende invoerspanningen.

Met ten minste twee dataparen, bereken de spanningsversterking als de verhouding van uitgangsverandering tot invoerverandering. Bijvoorbeeld, als 1,5 V invoer 7,0 V uitgang oplevert en 1,66 V invoer 1,0 V uitgang, is de versterking (7,0–1,0)/(1,66–1,5) = 6/0,16 ≈ 37,5.

Twee cruciale waarnemingen komen naar voren: inversie – toenemende invoerspanning produceert afnemende uitgangsspanning, wat bevestigt dat de versterker inverterend is; en een grote spanningsversterking, ver over de eenheidsversterking van een voltage follower heen.

Common‑emitter versterkers zijn gewaardeerd om hun hoge versterking, maar zijn ook gevoelig voor temperatuur. Test dit door de transistor te verwarmen (hand of haar droger) en eventuele verschuiving in uitgangsspanning bij vaste invoer te noteren. Koel de transistor daarentegen met een ijsblok en observeer de verandering. Temperatuurschwankingen wijzigen de basis‑emitter overgang, wat de basisstroom voor een gegeven invoer wijzigt en daarmee de collectorstroom en uitgangsspanning beïnvloedt.

Negatieve terugkoppeling kan temperatuurdrifting mitigeren. De eenvoudigste methode voegt een weerstand tussen emitter en grond toe, wat een spanningsdeler creëert die de invoergevoeligheid verlaagt. Zie het onderstaande diagram voor referentie.

Herhaal de spanningmetingen met een 1,5 kΩ emitterweerstand geïnstalleerd. Bereken de verlaagde versterking en test temperatuurstabiliteit opnieuw. Vergelijk de omvang van de uitgangsvariatie met en zonder de weerstand.

Een alternatieve terugkoppeltechniek koppelt de uitgang terug naar de invoer via een hoge‑waarde weerstand (bijv. 1 MΩ tussen collector en basis). Dit verlaagt ook de versterking tijdens het verbeteren van stabiliteit, hoewel de twee schema's verschillende uitgangsbereiken opleveren. Observeer hoe de volledige‑sweep spanninglimieten verschillen tussen de twee circuits.

Computersimulatie

Schema met SPICE knoopnummers:

Netlist (maak een tekstbestand met de volgende inhoud precies):

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 past een DC sweep van 0 tot 2 V toe op vin en registreert de collector‑naar‑grond spanning. De uitgangsplot toont een trap‑achtige overgang wanneer de transistor zijn actieve regio binnenkomt.

Gerelateerd Werkblad

• Klasse A BJT Versterkers Werkblad