Amplificador Multi-Stage

PEÇAS E MATERIAIS

• Três transistores 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
• Três resistores de 100 kΩ
• Três resistores de 10 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 de acoplamento direto e multiestágios
• Efeito de feedback negativo em um circuito amplificador

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO







ILUSTRAÇÃO







INSTRUÇÕES

Ao conectar três circuitos amplificadores de emissor comum juntos - o terminal coletor do transistor anterior à base (resistor) do próximo transistor - os ganhos de tensão de cada estágio são compostos para dar um ganho de tensão geral muito alto. Eu recomendo construir este circuito sem o resistor de feedback de 1 MΩ, para começar, para ver por si mesmo quão alto é o ganho de tensão irrestrito.

Você pode achar que é impossível ajustar o potenciômetro para uma tensão de saída estável (que não está saturada com a tensão de alimentação total ou zero), o ganho é muito alto. Mesmo se você não puder ajustar a tensão de entrada fina o suficiente para estabilizar a tensão de saída na faixa ativa do último transistor, você deve ser capaz de dizer que a relação de saída para entrada está invertendo; ou seja, a saída tende a atingir uma tensão alta quando a entrada fica baixa e vice-versa.

Uma vez que qualquer um dos “estágios” de emissor comum está invertendo em si mesmo, um número par de amplificadores de emissor comum em estágio fornece uma resposta de não inversão, enquanto um número ímpar de estágios fornece inversão. Você pode experimentar essas relações medindo a tensão coletor-terra em cada transistor enquanto ajusta o potenciômetro de tensão de entrada, observando se a tensão de saída aumenta ou diminui com um aumento na tensão de entrada.

Conecte o resistor de feedback de 1 MΩ no circuito, acoplando o coletor do último transistor à base do primeiro. Uma vez que a resposta geral deste amplificador de três estágios é invertida, o sinal de feedback fornecido através do resistor de 1 MΩ da saída do último transistor para a entrada do primeiro deve ser negativo na natureza.

Como tal, ele atuará para estabilizar a resposta do amplificador e minimizar o ganho de voltagem. Você deve notar a redução no ganho imediatamente pela diminuição da sensibilidade do sinal de saída nas mudanças do sinal de entrada (mudanças na posição do potenciômetro).

Simplificando, o amplificador não é tão "sensível" como era sem o resistor de feedback no lugar. Tal como acontece com o amplificador emissor comum simples discutido em um experimento anterior, é uma boa idéia aqui fazer uma tabela de valores de tensão de entrada versus saída com a qual você pode calcular o ganho de tensão.

Experimente diferentes valores de resistência de feedback. Que efeito você acha de uma diminuição na resistência de feedback tem ganho de tensão? Que tal um aumento na resistência de feedback? Experimente e descubra!

Uma vantagem de usar feedback negativo para “domar” um circuito amplificador de alto ganho é que o ganho de tensão resultante se torna mais dependente dos valores do resistor e menos dependente das características dos transistores constituintes. Isso é bom porque é muito mais fácil fabricar resistores consistentes do que transistores consistentes.

Assim, é mais fácil projetar um amplificador com ganho previsível construindo uma rede escalonada de transistores com um ganho de tensão arbitrariamente alto, e então mitigar esse ganho precisamente por meio de feedback negativo. É este mesmo princípio que é usado para fazer o amplificador operacional os circuitos se comportam de maneira previsível.

Este circuito amplificador é um pouco simplificado do que você normalmente encontrará em circuitos de vários estágios práticos. Raramente é usada uma configuração de emissor comum puro (ou seja, sem resistor de emissor para terra), e se o serviço do amplificador for para sinais CA, o acoplamento entre estágios é frequentemente capacitivo com redes divisoras de tensão conectadas a cada base do transistor para enviesamento de cada estágio.

Os circuitos amplificadores de radiofrequência costumam ser acoplados a um transformador, com capacitores conectados em paralelo com os enrolamentos do transformador para sintonia ressonante.

SIMULAÇÃO DE COMPUTADOR

Esquema com números de nó SPICE:

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

 Amplificador multiestágio vsuply 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 simulação plota a tensão de saída em relação à tensão de entrada e permite a comparação entre essas variáveis ​​na forma numérica:uma lista de valores de tensão impressa à esquerda do gráfico. Você pode calcular o ganho de tensão tomando quaisquer dois pontos de análise e dividindo a diferença nas tensões de saída pela diferença nas tensões de entrada, assim como você faz para o circuito real.

Experimente diferentes valores de resistência de feedback ( rf ) e veja o impacto no ganho de tensão geral. Você percebe um padrão? Aqui está uma dica:o ganho de tensão geral pode ser aproximado usando os valores de resistência de r1 e rf , sem referência a qualquer outro componente do circuito!



PLANILHA RELACIONADA:

• 
  Planilha de amplificadores de transistor de múltiplos estágios