2. Amplificator emitor-comun

Acasă » Aplicaţii practice » 05 - Circuite cu dispozitive semiconductoare discrete (2)

Scopul experimentului

Realizarea unui amplificator emitor-comun; măsurarea amplificării în tensiune a amplificatorului; diferenţa dintre un amplificator inversor şi unul ne-inversor; modalităţi de introducere a reacţiei negative într-un circuit amplificator.

Materiale necesare

Un tranzistor NPN, model 2N2222 sau 2N3403; două baterii de 6 V, sau surse de tensiune de c.c. echivalente; un potenţiometru liniar de 10 kΩ, cu o singură înfăşurare; patru rezistori cu următoarele valori ale rezistenţelor: 1 MΩ, 100 kΩ, 10 kΩ şi 1,5 kΩ.

Circuitul final arată astfel:

Calcularea amplificării în tensiune a amplificatorului emitor-comun

Realizaţi circuitul de mai sus. Măsuraţi tensiunea de ieşire (tensiunea dintre colectorul tranzistorului şi masă) şi tensiunea de intrare (tensiunea măsurată între peria potenţiometrului şi masă) pentru câteva poziţii ale potenţiometrului. Este recomandat să faceţi mai multe măsurători, pe măsură ce treceţi prin toate poziţiile potenţiometrului, şi să alegeţi apoi câteva dintre aceste tensiuni pentru măsurătorile ulterioare.

De exemplu, dacă prin învârtirea potenţiometrului tensiunea de ieşire a amplificatorului variază între limitele 0,1 - 11,7 V, alegeţi câteva valori aflate între aceste limite (1 V, 3 V, 5 V, 7 V, 9 V şi 11 V). Ajustaţi potenţiometrul pentru a obţine aceste tensiuni predeterminate la ieşire. Notaţi-vă valoarea exactă pentru utilizarea ei ulterioară. Măsuraţi şi notaţi-vă apoi tensiunea exactă de intrare pentru fiecare din aceste cazuri.

La final, ar trebui să aveţi un tabel reprezentând valorile de intrare ale tensiunilor şi valoarea tensiunii de ieşire pentru fiecare caz în parte. Luaţi oricare două perechi de valori şi calculaţi amplificarea în tensiune, astfel: împărţiţi diferenţa tensiunilor de ieşire la diferenţa tensiunilor de intrare. De exemplu, dacă pentru o tensiune de intrare de 1,5 V, avem la ieşire o tensiune de 7 V, iar pentru o tensiune de intrare de 1,66 V, avem o tensiune de ieşire de 1 V, atunci amplificarea în tensiune este 37,5:

Veţi observa cu siguranţa două caracteristici foarte importante, pe măsură ce efectuaţi măsurătorile de tensiune de mai sus. Efectul intrare-ieşire este „inversat”. Cu alte cuvinte, o creştere a tensiunii de intrare duce la o descreştere a tensiunii de ieşire şi invers. Acest efect este cunoscut sub numele de inversarea semnalului, de aici şi denumirea de amplificator inversor pentru circuitul de mai sus.

Un alt lucru ce-l putem observa este amplificarea mare în tensiune: o variaţie mică a tensiunii de intrare duce la o variaţie mare a tensiunii de ieşire. Acest comportament este foarte diferit faţă de cel al amplificatorului repetor de tensiune din secţiunea precedentă, a cărui amplificare în tensiune era 1.

Variaţia tensiunii de ieşire cu temperatura - utilizarea reacţiei negative

Amplificatoarele emitor-comun sunt folosite adesea datorită amplificării foarte bune în tensiune, dar ele nu sunt folosite prea des în această formă „primitivă”. Cu toate că circuitul de mai sus demonstrează foarte bine conceptul de bază, el este foarte susceptibil variaţiilor de temperatură. De exemplu, lăsaţi potenţiometrul într-o anumită poziţie şi încălziţi tranzistorul, fie luând-ul între degete sau cu o altă sursă externă de căldură, precum un aparat de uscat părul. Fiţi atenţi însă să nu topiţi placa de test! Puteţi explora de asemenea efectele temperaturii prin răcirea tranzistorului. Atingeţi suprafaţa tranzistorului cu o bucată de gheaţă şi observaţi efectele asupra tensiunii de ieşire.

Odată cu modificarea temperaturii tranzistorului, joncţiunea bază-emitor îşi modifică caracteristicile de funcţionare. Rezultatul constă în valori diferite ale curentului de bază pentru aceiaşi valoare a tensiunii de intrare. Acest lucru afectează la rândul lui valoarea curentului controlat prin colector, afectând tensiunea de ieşire. Asemenea variaţii pot fi minimizate prin utilizarea reacţiei negative, caz în care o parte a tensiunii de ieşire este re-introdusă la intrarea amplificatorului. Efectul este unul negativ, de atenuare sau anulare a efectului amplificării în tensiune. În acest mod, se îmbunătăţeşte stabilitatea amplificatorului în dauna amplificării în tensiune. O soluţie de compromis, desigur, dar practică.

Reacţia negativă între emitor şi masă

Cea mai simplă metodă de introducere a reacţiei negative în circuitul de amplificare emitor-comun, constă în adăugarea unei anumite rezistenţe între emitor şi masă. Tensiunea de intrare va fi astfel împărţită între joncţiunea PN bază-emitor şi căderea de tensiune pe noua rezistenţă:

Repetaţi măsurătorile de tensiune realizate mai sus, cu rezistorul de 1,5 kΩ instalat în circuit. Calculaţi noua amplificare în tensiune (mai mică). Modificaţi din nou temperatura tranzistorului şi observaţi tensiunea de ieşire menţinând tensiunea de intrare constantă. Cum se modifică aceasta faţă de cazul precedent?

Reacţia negativă între colector şi bază

O altă metodă de introducere a reacţiei negative constă în cuplarea ieşirii la intrare printr-un rezistor de valoare mare. Conectaţi un rezistor de 1 MΩ între colectorul şi baza tranzistorului, astfel:

Cu toate că şi această metodă diferită de adăugare a reacţiei negativă duce la acelaşi rezultat, şi anume, creşterea stabilităţii prin reducerea amplificării în tensiune, cele două circuite cu reacţie nu au un comportament identic. Observaţi valorile tensiunilor de ieşire permise pentru fiecare din cele două variante (valorile minime şi maxime). Care este diferenţa dintre aceste tensiuni, în cazul celor două circuite?