Amplificador multietapa

PIEZAS Y MATERIALES

• Tres transistores 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
• Tres resistencias de 100 kΩ
• Tres resistencias de 10 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 de acoplamiento directo de múltiples etapas
• Efecto de la retroalimentación negativa en un circuito amplificador

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

ILUSTRACIÓN

INSTRUCCIONES

Al conectar tres circuitos amplificadores de emisor común juntos, el terminal colector del transistor anterior a la base (resistencia) del siguiente transistor, las ganancias de voltaje de cada compuesto de etapa dan una ganancia de voltaje general muy alta. Recomiendo construir este circuito sin la resistencia de retroalimentación de 1 MΩ, para empezar, para ver por sí mismo qué tan alta es la ganancia de voltaje sin restricciones.

Puede que le resulte imposible ajustar el potenciómetro para obtener un voltaje de salida estable (que no esté saturado al voltaje de suministro completo o cero), la ganancia es muy alta. Incluso si no puede ajustar el voltaje de entrada lo suficientemente fino como para estabilizar el voltaje de salida en el rango activo del último transistor, debería poder decir que la relación salida-entrada se está invirtiendo; es decir, la salida tiende a conducir a un voltaje alto cuando la entrada es baja y viceversa.

Dado que cualquiera de las “etapas” de emisor común se invierte en sí misma, un número par de amplificadores de emisor común en etapas da una respuesta no inversora, mientras que un número impar de etapas produce inversión. Puede experimentar estas relaciones midiendo el voltaje del colector a tierra en cada transistor mientras ajusta el potenciómetro de voltaje de entrada, observando si el voltaje de salida aumenta o disminuye con un aumento en el voltaje de entrada.

Conecte la resistencia de retroalimentación de 1 MΩ en el circuito, acoplando el colector del último transistor a la base del primero. Dado que la respuesta general de este amplificador de tres etapas se invierte, la señal de retroalimentación proporcionada a través de la resistencia de 1 MΩ desde la salida del último transistor a la entrada del primero debe ser negativa en la naturaleza.

Como tal, actuará para estabilizar la respuesta del amplificador y minimizar la ganancia de voltaje. Debería notar la reducción en la ganancia inmediatamente por la disminución de la sensibilidad de la señal de salida en los cambios de la señal de entrada (cambios en la posición del potenciómetro).

En pocas palabras, el amplificador no es tan "delicado" como lo era sin la resistencia de retroalimentación en su lugar. Al igual que con el amplificador de emisor común simple discutido en un experimento anterior, es una buena idea hacer aquí una tabla de valores de voltaje de entrada versus salida con la que puede calcular la ganancia de voltaje.

Experimente con diferentes valores de resistencia a la retroalimentación. ¿Qué efecto crees que es una disminución ¿En la retroalimentación la resistencia tiene sobre la ganancia de voltaje? ¿Qué tal un aumento en la resistencia a la retroalimentación? ¡Pruébelo y descúbralo!

Una ventaja de usar retroalimentación negativa para "domesticar" un circuito amplificador de alta ganancia es que la ganancia de voltaje resultante se vuelve más dependiente de los valores de la resistencia y menos dependiente de las características de los transistores constituyentes. Esto es bueno porque es mucho más fácil fabricar resistencias consistentes que transistores consistentes.

Por lo tanto, es más fácil diseñar un amplificador con una ganancia predecible construyendo una red por etapas de transistores con una ganancia de voltaje arbitrariamente alta y luego mitigar esa ganancia precisamente a través de la retroalimentación negativa. Es este mismo principio que se utiliza para hacer amplificador operacional los circuitos se comportan de manera predecible.

Este circuito amplificador está un poco simplificado de lo que normalmente encontrará en los circuitos prácticos de varias etapas. Rara vez se utiliza una configuración de emisor común puro (es decir, sin resistencia de emisor a tierra), y si el servicio del amplificador es para señales de CA, el acoplamiento entre etapas suele ser capacitivo con redes de divisor de voltaje conectadas a cada base de transistor para una adecuada sesgo de cada etapa.

Los circuitos amplificadores de radiofrecuencia suelen estar acoplados por transformador, con condensadores conectados en paralelo con los devanados del transformador para una sintonización resonante.

SIMULACIÓN DE COMPUTADORA

Esquema con números de nodo SPICE:

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

 Amplificador multietapa 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 

Esta simulación traza el voltaje de salida contra el voltaje de entrada y permite la comparación entre esas variables en forma numérica:una lista de cifras de voltaje impresas a la izquierda del gráfico. Puede calcular la ganancia de voltaje tomando dos puntos de análisis y dividiendo la diferencia en los voltajes de salida por la diferencia en los voltajes de entrada, tal como lo hace para el circuito real.

Experimente con diferentes valores de resistencia a la retroalimentación ( rf ) y observe el impacto en la ganancia de voltaje general. ¿Notas un patrón? Aquí hay una pista:la ganancia de voltaje total puede aproximarse mucho usando las cifras de resistencia de r1 y rf , sin referencia a ningún otro componente del circuito.

HOJA DE TRABAJO RELACIONADA:

• Hoja de trabajo de amplificadores de transistores multietapa