Amplificador emissor comum

PEÇAS E MATERIAIS

• Um transistor NPN — modelo 2N2222 ou 2N3403 recomendado (catálogo Radio Shack # 276-1617 é um pacote de quinze transistores NPN ideais para este e outros experimentos)
• Duas baterias de 6 volts
• Um potenciômetro de 10 kΩ, de volta única, cone linear (catálogo Radio Shack # 271-1715)
• Um resistor de 1 MΩ
• Um resistor de 100 kΩ
• Um resistor de 10 kΩ
• Um resistor de 1,5 kΩ

REFERÊNCIAS CRUZADAS Aulas de circuitos elétricos , Volume 3, capítulo 4:“Transistores de junção bipolar” OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

• Projeto de um circuito amplificador de emissor comum simples
• Como medir o ganho de tensão do amplificador
• A diferença entre um amplificador inversor e um não inversor
• Maneiras de introduzir feedback negativo em um circuito amplificador

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO







ILUSTRAÇÃO







INSTRUÇÕES

Construir este circuito e medir a tensão de saída (tensão medida entre o terminal coletor do transistor e o terra) e a tensão de entrada (tensão medida entre o terminal do limpador do potenciômetro e o terra) para várias configurações de posição do potenciômetro. Recomendo determinar a faixa de tensão de saída à medida que o potenciômetro é ajustado em toda a sua amplitude de movimento e, em seguida, escolher várias tensões abrangendo essa faixa de saída para fazer as medições.

Por exemplo, se a rotação completa do potenciômetro conduzir a tensão de saída do circuito do amplificador de 0,1 volts (baixo) a 11,7 volts (alto), escolha vários níveis de tensão entre esses limites (1 volt, 3 volts, 5 volts, 7 volts, 9 volts e 11 volts). Medindo a tensão de saída com um medidor, ajuste o potenciômetro para obter cada uma dessas tensões predeterminadas na saída, anotando o valor exato para referência posterior.

Em seguida, meça a tensão de entrada exata que produz essa tensão de saída e registre esse valor de tensão também. No final, você deve ter uma tabela de números representando várias tensões de saída diferentes, juntamente com suas tensões de entrada correspondentes.

Pegue quaisquer dois pares de valores de tensão e calcule o ganho de tensão dividindo a diferença nas tensões de saída pela diferença nas tensões de entrada. Por exemplo, se uma tensão de entrada de 1,5 volts me dá uma tensão de saída de 7,0 volts e uma tensão de entrada de 1,66 volts me dá uma tensão de saída de 1,0 volt, o ganho de tensão do amplificador é (7,0 - 1,0) / (1,66 - 1,5) , ou 6 dividido por 0,16:uma relação de ganho de 37,50.

Você deve notar imediatamente duas características ao fazer essas medições de tensão:primeiro, que o efeito de entrada para saída é "revertido"; isto é, um crescente a tensão de entrada resulta em uma diminuição voltagem de saída. Este efeito é conhecido como inversão de sinal e este tipo de amplificador como um inversor amplificador.

Em segundo lugar, este amplificador exibe um ganho de tensão muito forte:uma pequena mudança na tensão de entrada resulta em uma grande mudança na tensão de saída. Isso deve estar em forte contraste com o circuito amplificador “seguidor de voltagem” discutido anteriormente, que tinha um ganho de voltagem de cerca de 1.

Os amplificadores de emissor comum são amplamente usados ​​devido ao seu ganho de alta voltagem, mas raramente são usados ​​de uma forma tão rudimentar como esta. Embora este circuito amplificador funcione para demonstrar o conceito básico, é muito suscetível a mudanças de temperatura.

Experimente deixar o potenciômetro em uma posição e aquecer o transistor segurando-o firmemente com a mão ou aquecendo-o com alguma outra fonte de calor, como um secador de cabelo elétrico ( AVISO :tenha cuidado para não esquentá-lo tanto a ponto de derreter a placa de ensaio de plástico!).

Você também pode explorar os efeitos da temperatura resfriando o transistor:toque um cubo de gelo em sua superfície e observe a mudança na tensão de saída. Quando a temperatura do transistor muda, as características de seu diodo emissor de base mudam, resultando em diferentes quantidades de corrente de base para a mesma tensão de entrada.

Isso, por sua vez, altera a corrente controlada através do terminal coletor, afetando assim a tensão de saída. Essas mudanças podem ser minimizadas com o uso de feedback de sinal , em que uma parte da tensão de saída é "realimentada" para a entrada do amplificador de modo a ter um efeito negativo ou de cancelamento no ganho de tensão.

A estabilidade é melhorada às custas do ganho de tensão, uma solução de compromisso, mas ainda assim prática. Talvez a maneira mais simples de adicionar feedback negativo a um amplificador de emissor comum seja adicionar alguma resistência entre o terminal emissor e o terra para que a tensão de entrada seja dividida entre a junção PN do emissor de base e a queda de tensão através da nova resistência:









Repita o mesmo exercício de medição e registro de tensão com o resistor de 1,5 kΩ instalado, calculando o novo ganho de tensão (reduzido). Tente alterar a temperatura do transistor novamente e observe a tensão de saída para uma tensão de entrada constante.

Ele muda mais ou menos do que sem o resistor de 1,5 kΩ? Outro método de introdução de feedback negativo a este circuito do amplificador é “acoplar” a saída à entrada por meio de um resistor de alto valor. Conectar um resistor de 1 MΩ entre o coletor do transistor e os terminais de base funciona bem:











Embora esse método diferente de feedback atinja o mesmo objetivo de maior estabilidade, diminuindo o ganho, os dois circuitos de feedback não se comportarão de maneira idêntica. Observe a faixa de tensões de saída possíveis com cada esquema de feedback (os valores de tensão baixa e alta obtidos com uma varredura completa do potenciômetro de tensão de entrada) e como isso difere entre os dois circuitos.

SIMULAÇÃO DE COMPUTADOR

Esquema com números de nó SPICE:

Netlist (faça um arquivo de texto contendo o seguinte texto, literalmente):

 Amplificador emissor comum vsuply 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 simulação SPICE configura um circuito com uma fonte de tensão DC variável ( vin ) como o sinal de entrada e mede a tensão de saída correspondente entre os nós 2 e 0. A tensão de entrada é variada, ou “varrida”, de 0 a 2 volts em incrementos de 0,05 volts.

Os resultados são mostrados em um gráfico, com a tensão de entrada aparecendo como uma linha reta e a tensão de saída como uma figura de "degrau" onde a tensão começa e termina no nível, com uma mudança acentuada no meio onde o transistor está em seu modo ativo de Operação.



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