Common-Emitter-Verstärker

TEILE UND MATERIALIEN

• Ein NPN-Transistor – Modell 2N2222 oder 2N3403 empfohlen (Radio Shack Katalog Nr. 276-1617 ist ein Paket von fünfzehn NPN-Transistoren, ideal für dieses und andere Experimente)
• Zwei 6-Volt-Batterien
• Ein 10 kΩ Potentiometer, Singleturn, Linearkegel (Radio Shack Katalog # 271-1715)
• Ein 1 MΩ Widerstand
• Ein 100-kΩ-Widerstand
• Ein 10 kΩ Widerstand
• Ein 1,5 kΩ Widerstand

QUERVERWEISE Lektionen in Stromkreisen , Band 3, Kapitel 4:„Bipolar-Junction-Transistoren“ LERNZIELE

• Entwurf einer einfachen Emitter-Verstärkerschaltung
• So messen Sie die Spannungsverstärkung des Verstärkers
• Der Unterschied zwischen einem invertierenden und einem nichtinvertierenden Verstärker
• Möglichkeiten zur Einführung einer negativen Rückkopplung in eine Verstärkerschaltung

SCHEMATISCHES DIAGRAMM

ILLUSTRATION

ANLEITUNG

Bauen Sie diese Schaltung auf und messen Sie die Ausgangsspannung (die zwischen dem Kollektoranschluss des Transistors und Masse gemessene Spannung) und die Eingangsspannung (die zwischen dem Schleiferanschluss des Potentiometers und Masse gemessene Spannung) für verschiedene Positionseinstellungen des Potentiometers. Ich empfehle, den Ausgangsspannungsbereich zu bestimmen, da das Potentiometer über seinen gesamten Bewegungsbereich eingestellt wird, und dann mehrere Spannungen auszuwählen, die diesen Ausgangsbereich abdecken, um Messungen durchzuführen.

Wenn beispielsweise die volle Drehung des Potentiometers die Ausgangsspannung der Verstärkerschaltung von 0,1 Volt (niedrig) auf 11,7 Volt (hoch) treibt, wählen Sie mehrere Spannungspegel zwischen diesen Grenzen (1 Volt, 3 Volt, 5 Volt, 7 Volt, 9 Volt). , und 11 Volt). Messen Sie die Ausgangsspannung mit einem Messgerät, stellen Sie das Potentiometer ein, um jede dieser vorbestimmten Spannungen am Ausgang zu erhalten, und notieren Sie die genaue Zahl zum späteren Nachschlagen.

Messen Sie dann die genaue Eingangsspannung, die diese Ausgangsspannung erzeugt, und notieren Sie auch diese Spannungszahl. Am Ende sollten Sie eine Zahlentabelle haben, die mehrere verschiedene Ausgangsspannungen zusammen mit den entsprechenden Eingangsspannungen darstellt.

Nehmen Sie zwei beliebige Paare von Spannungsfiguren und berechnen Sie die Spannungsverstärkung, indem Sie die Differenz der Ausgangsspannungen durch die Differenz der Eingangsspannungen dividieren. Wenn mir beispielsweise eine Eingangsspannung von 1,5 Volt eine Ausgangsspannung von 7,0 Volt und eine Eingangsspannung von 1,66 Volt eine Ausgangsspannung von 1,0 Volt ergibt, beträgt die Spannungsverstärkung des Verstärkers (7,0 - 1,0)/(1,66 - 1,5) , oder 6 geteilt durch 0,16:ein Verstärkungsverhältnis von 37,50.

Bei diesen Spannungsmessungen sollten Sie sofort zwei Eigenschaften bemerken:erstens, dass der Input-to-Output-Effekt „umgekehrt“ ist; das heißt, eine zunehmende Eingangsspannung führt zu einem Abnehmen Ausgangsspannung. Dieser Effekt wird als Signalinversion bezeichnet und diese Art von Verstärker als invertieren Verstärker.

Zweitens weist dieser Verstärker eine sehr starke Spannungsverstärkung auf:Eine kleine Änderung der Eingangsspannung führt zu einer großen Änderung der Ausgangsspannung. Dies sollte in starkem Kontrast zu der zuvor diskutierten Verstärkerschaltung mit „Spannungsfolger“ stehen, die eine Spannungsverstärkung von etwa 1 aufwies.

Common-Emitter-Verstärker sind aufgrund ihrer hohen Spannungsverstärkung weit verbreitet, aber sie werden selten in einer so groben Form wie dieser verwendet. Obwohl diese Verstärkerschaltung das Grundkonzept demonstriert, ist sie sehr anfällig für Temperaturänderungen.

Versuchen Sie, das Potentiometer in einer Position zu belassen und den Transistor zu erhitzen, indem Sie ihn fest mit der Hand greifen oder mit einer anderen Wärmequelle wie einem elektrischen Haartrockner erhitzen (WARNUNG :Pass auf, dass es nicht so heiß wird, dass dein Plastik-Steckbrett schmilzt!).

Sie können auch Temperatureffekte untersuchen, indem Sie den Transistor kühlen:Berühren Sie seine Oberfläche mit einem Eiswürfel und beobachten Sie die Änderung der Ausgangsspannung. Wenn sich die Temperatur des Transistors ändert, ändern sich seine Basis-Emitter-Diodeneigenschaften, was zu unterschiedlichen Basisströmen für dieselbe Eingangsspannung führt.

Dies ändert wiederum den gesteuerten Strom durch den Kollektoranschluss und beeinflusst somit die Ausgangsspannung. Solche Änderungen können durch die Verwendung von Signal Feedback . minimiert werden , wobei ein Teil der Ausgangsspannung an den Eingang des Verstärkers „rückgeführt“ wird, um einen negativen oder aufhebenden Effekt auf die Spannungsverstärkung zu haben.

Die Stabilität wird auf Kosten der Spannungsverstärkung verbessert, eine Kompromisslösung, aber dennoch praktisch. Der vielleicht einfachste Weg, einem Verstärker mit gemeinsamem Emitter eine negative Rückkopplung hinzuzufügen, besteht darin, einen gewissen Widerstand zwischen dem Emitteranschluss und Masse hinzuzufügen, so dass die Eingangsspannung zwischen dem Basis-Emitter-PN-Übergang und dem Spannungsabfall über dem neuen Widerstand aufgeteilt wird:

Wiederholen Sie die gleiche Spannungsmessung und Aufzeichnung mit dem installierten 1,5 kΩ-Widerstand und berechnen Sie die neue (reduzierte) Spannungsverstärkung. Versuchen Sie erneut, die Temperatur des Transistors zu ändern und die Ausgangsspannung für eine konstante Eingangsspannung zu notieren.

Ändert er sich mehr oder weniger als ohne den 1,5 kΩ Widerstand? Eine andere Methode zum Einführen einer negativen Rückkopplung in diese Verstärkerschaltung besteht darin, den Ausgang über einen hochohmigen Widerstand mit dem Eingang zu „koppeln“. Das Anschließen eines 1-MΩ-Widerstands zwischen den Kollektor- und Basisanschlüssen des Transistors funktioniert gut:

Obwohl dieses unterschiedliche Rückkopplungsverfahren das gleiche Ziel einer erhöhten Stabilität durch Verringern der Verstärkung erreicht, verhalten sich die beiden Rückkopplungsschaltungen nicht identisch. Beachten Sie den Bereich der möglichen Ausgangsspannungen bei jedem Rückkopplungsschema (die niedrigen und hohen Spannungswerte, die mit einem vollständigen Durchlauf des Eingangsspannungspotentiometers erhalten werden) und wie sich diese zwischen den beiden Schaltungen unterscheiden.

COMPUTER-SIMULATION

Schema mit SPICE-Knotennummern:

Netzliste (erstellen Sie eine Textdatei mit dem folgenden Text, wörtlich):

Common-Emitter-Verstärker 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 

Diese SPICE-Simulation baut eine Schaltung mit einer variablen Gleichspannungsquelle (vin ) als Eingangssignal und misst die entsprechende Ausgangsspannung zwischen den Knoten 2 und 0. Die Eingangsspannung wird von 0 bis 2 Volt in 0,05-Volt-Schritten variiert oder „gewobbelt“.

Die Ergebnisse werden in einem Diagramm dargestellt, wobei die Eingangsspannung als gerade Linie und die Ausgangsspannung als „Stufen“-Figur angezeigt wird, bei der die Spannung beginnt und endet, mit einer steilen Änderung in der Mitte, wo sich der Transistor im aktiven Modus befindet Betrieb.

VERWANDTES ARBEITSBLATT:

• Arbeitsblatt für Klasse-A-BJT-Verstärker