Lehrbuch

Common-Emitter-Verstärker

Circuit simulation in LTSpice part 3/3 (Januar 2019).

Anonim

Common-Emitter-Verstärker

Kapitel 5 - Diskrete Halbleiterschaltungen


TEILE UND MATERIALIEN

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

QUERVERWEISE

Lehren in elektrischen Schaltungen, Band 3, Kapitel 4: "Bipolar Junction Transistoren"

LERNZIELE

  • Entwurf einer einfachen Emitterschaltung
  • Wie man Verstärkerverstärkung misst
  • Der Unterschied zwischen einem invertierenden und einem nichtinvertierenden Verstärker
  • Möglichkeiten, eine negative Rückkopplung in eine Verstärkerschaltung einzuführen

SCHEMATISCHE DARSTELLUNG

ILLUSTRATION

ANLEITUNG

Bauen Sie diese Schaltung auf und messen Sie die Ausgangsspannung (Spannung, die zwischen dem Kollektoranschluss des Transistors und Masse gemessen wird) und die Eingangsspannung (Spannung, die zwischen der Wischerklemme des Potentiometers und Masse gemessen wird) für verschiedene Positionseinstellungen des Potentiometers. Ich empfehle, den Ausgangsspannungsbereich zu bestimmen, während das Potentiometer über seinen gesamten Bewegungsbereich eingestellt wird, und dann mehrere Spannungen zu wählen, die diesen Ausgangsbereich umfassen, um Messungen an zu machen. Wenn zum Beispiel die volle Drehung am Potentiometer die Ausgangsspannung der Verstärkerschaltung von 0, 1 Volt (niedrig) bis 11, 7 Volt (hoch) antreibt, wählen Sie mehrere Spannungsstufen zwischen diesen Grenzwerten (1 Volt, 3 Volt, 5 Volt, 7 Volt, 9 Volt) und 11 Volt). Messen Sie die Ausgangsspannung mit einem Meter, justieren Sie das Potentiometer, um jede dieser vorgegebenen Spannungen am Ausgang zu erhalten, und notieren Sie die genaue Zahl für späteres Nachschlagen. Messen Sie dann die genaue Eingangsspannung, die diese Ausgangsspannung erzeugt, und zeichnen Sie diese Spannungszahl ebenfalls auf.

Am Ende sollten Sie eine Tabelle mit Zahlen haben, die mehrere verschiedene Ausgangsspannungen zusammen mit ihren entsprechenden Eingangsspannungen darstellen. Nehmen Sie zwei beliebige Spannungswerte und berechnen Sie die Spannungsverstärkung, indem Sie die Differenz der Ausgangsspannungen durch die Differenz der Eingangsspannungen dividieren. Wenn beispielsweise eine Eingangsspannung von 1, 5 Volt eine Ausgangsspannung von 7, 0 Volt ergibt 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 Gewinnverhältnis von 37, 50.

Bei diesen Spannungsmessungen sollten Sie sofort zwei Merkmale bemerken: erstens, dass der Eingang-Ausgang-Effekt "umgekehrt" ist, dh eine zunehmende Eingangsspannung führt zu einer abnehmenden Ausgangsspannung. Dieser Effekt ist als Signalinversion bekannt, und diese Art von Verstärker ist ein invertierender Verstärker. Zweitens zeigt dieser Verstärker eine sehr starke Spannungsverstärkung: eine kleine Änderung der Eingangsspannung führt zu einer großen Änderung der Ausgangsspannung. Dies sollte in krassem Gegensatz zu der zuvor erörterten "Spannungsfolger" - Verstärkerschaltung stehen, die eine Spannungsverstärkung von etwa 1 aufwies.

Emitter mit gemeinsamem Emitter werden wegen ihrer hohen Spannungsverstärkung häufig verwendet, aber sie werden nur selten in solch einer Form verwendet. Obwohl diese Verstärkerschaltung das grundlegende Konzept demonstriert, ist sie sehr anfällig für Temperaturänderungen. Versuchen Sie, das Potentiometer in einer Position zu belassen und den Transistor mit der Hand fest zu halten oder mit einer anderen Wärmequelle wie einem elektrischen Haartrockner zu erwärmen ( ACHTUNG : Achten Sie darauf, dass es nicht so heiß wird, dass Ihr Kunststoffsteckbrett schmilzt! ). Sie können auch Temperatureffekte untersuchen, indem Sie den Transistor abkühlen: Berühren Sie einen Eiswürfel an seiner Oberfläche und notieren Sie die Änderung der Ausgangsspannung.

Wenn sich die Temperatur des Transistors ändert, ändert sich seine Basis-Emitter-Diodencharakteristik, was zu unterschiedlichen Basisstromwerten für die gleiche Eingangsspannung führt. Dies wiederum ändert den gesteuerten Strom durch den Kollektoranschluss und beeinflusst somit die Ausgangsspannung. Solche Änderungen können durch die Verwendung einer Signalrückkopplung minimiert werden, wodurch ein Teil der Ausgangsspannung zu dem Eingang des Verstärkers "zurückgeführt" wird, um so einen negativen oder aufhebenden Effekt auf die Spannungsverstärkung zu haben. Die Stabilität wird auf Kosten der Spannungsverstärkung verbessert, eine Kompromisslösung, aber dennoch praktisch.

Der einfachste Weg, einem Verstärker mit gemeinsamem Emitter eine negative Rückkopplung hinzuzufügen, besteht vielleicht darin, einen gewissen Widerstand zwischen dem Emitteranschluss und Masse hinzuzufügen, so dass die Eingangsspannung zwischen dem Basis-Emitter-PN-Übergang und dem Spannungsabfall über den neuen Widerstand geteilt wird:

Wiederholen Sie das gleiche Spannungsmess- und Aufzeichnungsverfahren mit dem installierten 1, 5 kΩ-Widerstand und berechnen Sie die neue (reduzierte) Spannungsverstärkung. Versuchen Sie, die Temperatur des Transistors erneut zu ändern und notieren Sie die Ausgangsspannung für eine stetige Eingangsspannung. Ändert es sich mehr oder weniger als ohne den 1, 5 kΩ Widerstand "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/05243.png">

Obwohl diese andere Rückkopplungsmethode dasselbe Ziel einer erhöhten Stabilität durch Verringerung der Verstärkung erreicht, verhalten sich die beiden Rückkopplungsschaltungen nicht identisch. Man beachte den Bereich der möglichen Ausgangsspannungen mit jedem Rückkopplungsschema (die niedrigen und hohen Spannungswerte, die man mit einem vollen Durchlauf des Eingangsspannungspotentiometers erhält) und wie sich dies zwischen den beiden Schaltungen unterscheidet.

COMPUTERSIMULATION

 Gemeinsamer Emitter-Verstärker vsupply 1 0 dc 12 vin 3 0 rc 1 2 10 k rb 3 4 100 k 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 auf und misst die entsprechende Ausgangsspannung zwischen den Knoten 2 und 0. Die Eingangsspannung wird von 0 bis 2 Volt in 0, 05 variiert oder "gewobbelt" -Volt-Inkremente. Die Ergebnisse werden in einer Auftragung gezeigt, wobei die Eingangsspannung als eine gerade Linie und die Ausgangsspannung als eine "Stufen" -Figur erscheint, wo die Spannung beginnt und endet, mit einer steilen Änderung in der Mitte, wo sich der Transistor in seinem aktiven Modus befindet Betrieb.