Amplificador de emisor común

PIEZAS Y MATERIALES

• Un transistor NPN:se recomienda el modelo 2N2222 o 2N3403 (el catálogo de Radio Shack n. ° 276-1617 es un paquete de quince transistores NPN ideal para este y otros experimentos)
• Dos baterías de 6 voltios
• Un potenciómetro de 10 kΩ, una vuelta, cono lineal (catálogo de Radio Shack # 271-1715)
• Una resistencia de 1 MΩ
• Una resistencia de 100 kΩ
• Una resistencia de 10 kΩ
• Una resistencia de 1,5 kΩ

REFERENCIAS CRUZADAS Lecciones de circuitos eléctricos , Volumen 3, capítulo 4:“Transistores de unión bipolar” OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

• Diseño de un circuito amplificador de emisor común simple
• Cómo medir la ganancia de voltaje del amplificador
• La diferencia entre un amplificador inversor y no inversor
• Formas de introducir retroalimentación negativa en un circuito amplificador

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

ILUSTRACIÓN

INSTRUCCIONES

Construya este circuito y mida el voltaje de salida (voltaje medido entre el terminal del colector del transistor y tierra) y el voltaje de entrada (voltaje medido entre el terminal del limpiador del potenciómetro y tierra) para varios ajustes de posición del potenciómetro. Recomiendo determinar el rango de voltaje de salida a medida que el potenciómetro se ajusta en todo su rango de movimiento, luego elegir varios voltajes que abarquen ese rango de salida para tomar medidas.

Por ejemplo, si la rotación completa del potenciómetro impulsa el voltaje de salida del circuito del amplificador de 0.1 voltios (bajo) a 11.7 voltios (alto), elija varios niveles de voltaje entre esos límites (1 voltio, 3 voltios, 5 voltios, 7 voltios, 9 voltios). y 11 voltios). Midiendo el voltaje de salida con un medidor, ajuste el potenciómetro para obtener cada uno de estos voltajes predeterminados en la salida, anotando la cifra exacta para referencia posterior.

Luego, mida el voltaje de entrada exacto que produce ese voltaje de salida y registre también esa cifra de voltaje. Al final, debería tener una tabla de números que representen varios voltajes de salida diferentes junto con sus correspondientes voltajes de entrada.

Tome dos pares de cifras de voltaje y calcule la ganancia de voltaje dividiendo la diferencia en los voltajes de salida por la diferencia en los voltajes de entrada. Por ejemplo, si un voltaje de entrada de 1.5 voltios me da un voltaje de salida de 7.0 voltios y un voltaje de entrada de 1.66 voltios me da un voltaje de salida de 1.0 voltios, la ganancia de voltaje del amplificador es (7.0 - 1.0) / (1.66 - 1.5) , o 6 dividido por 0,16:una relación de ganancia de 37,50.

Debería notar inmediatamente dos características al tomar estas medidas de voltaje:primero, que el efecto de entrada a salida se "invierte"; es decir, un creciente el voltaje de entrada da como resultado una disminución tensión de salida. Este efecto se conoce como inversión de señal y este tipo de amplificador como inversión amplificador.

En segundo lugar, este amplificador exhibe una ganancia de voltaje muy fuerte:un pequeño cambio en el voltaje de entrada da como resultado un gran cambio en el voltaje de salida. Esto debería estar en marcado contraste con el circuito amplificador "seguidor de voltaje" discutido anteriormente, que tenía una ganancia de voltaje de aproximadamente 1.

Los amplificadores de emisor común se usan ampliamente debido a su alta ganancia de voltaje, pero rara vez se usan en una forma tan cruda como esta. Aunque este circuito amplificador funciona para demostrar el concepto básico, es muy susceptible a los cambios de temperatura.

Intente dejar el potenciómetro en una posición y calentar el transistor sujetándolo firmemente con la mano o calentándolo con alguna otra fuente de calor, como un secador de pelo eléctrico ( ADVERTENCIA :¡tenga cuidado de que no se caliente tanto que su placa de plástico se derrita!).

También puede explorar los efectos de la temperatura enfriando el transistor:toque un cubo de hielo en su superficie y observe el cambio en el voltaje de salida. Cuando la temperatura del transistor cambia, las características del diodo emisor de la base cambian, lo que da como resultado diferentes cantidades de corriente base para el mismo voltaje de entrada.

Esto, a su vez, altera la corriente controlada a través del terminal del colector, afectando así el voltaje de salida. Dichos cambios pueden minimizarse mediante el uso de comentarios de señales. , mediante el cual una parte del voltaje de salida se "retroalimenta" a la entrada del amplificador para tener un efecto negativo o cancelador en la ganancia de voltaje.

La estabilidad se mejora a expensas de la ganancia de voltaje, una solución de compromiso, pero práctica de todos modos. Quizás la forma más sencilla de agregar retroalimentación negativa a un amplificador de emisor común es agregar algo de resistencia entre el terminal del emisor y la tierra para que el voltaje de entrada se divida entre la unión PN base-emisor y la caída de voltaje a través de la nueva resistencia:

Repita el mismo ejercicio de medición y registro de voltaje con la resistencia de 1.5 kΩ instalada, calculando la nueva ganancia de voltaje (reducida). Intente alterar la temperatura del transistor nuevamente y observe el voltaje de salida para un voltaje de entrada estable.

¿Cambia más o menos que sin la resistencia de 1,5 kΩ? Otro método para introducir retroalimentación negativa a este circuito amplificador es "acoplar" la salida a la entrada a través de una resistencia de alto valor. La conexión de una resistencia de 1 MΩ entre el colector del transistor y los terminales de la base funciona bien:

Aunque este método diferente de retroalimentación logra el mismo objetivo de aumentar la estabilidad al disminuir la ganancia, los dos circuitos de retroalimentación no se comportarán de manera idéntica. Tenga en cuenta el rango de posibles voltajes de salida con cada esquema de retroalimentación (los valores de voltaje bajo y alto obtenidos con un barrido completo del potenciómetro de voltaje de entrada) y cómo esto difiere entre los dos circuitos.

SIMULACIÓN DE COMPUTADORA

Esquema con números de nodo SPICE:

Netlist (haga un archivo de texto que contenga el siguiente texto, literalmente):

 Amplificador de emisor común 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 

Esta simulación SPICE configura un circuito con una fuente de voltaje de CC variable ( vin ) como señal de entrada y mide el voltaje de salida correspondiente entre los nodos 2 y 0. El voltaje de entrada se varía, o "barre", de 0 a 2 voltios en incrementos de 0.05 voltios.

Los resultados se muestran en un gráfico, con el voltaje de entrada que aparece como una línea recta y el voltaje de salida como una figura de "paso" donde el voltaje comienza y termina el nivel, con un cambio abrupto en el medio donde el transistor está en su modo activo de operación.

HOJA DE TRABAJO RELACIONADA:

• Hoja de trabajo de amplificadores BJT de clase A