مكبّر الباعث المشترك

المناهج: Sek II, A-level (Electronics), electronics courses

فتح المختبر الكامل ↗

الهدف

بناء مرحلة تكبير بالترانزستور، وإيجاد نقطة تشغيلها وكسب الجهد فيها.

التجهيز

مصدر 9 V يغذي ترانزستور NPN (\(\beta\) = 100): المجمِّع عبر مقاومة 2.2 kΩ، والقاعدة عبر مقاومة انحياز 470 kΩ، والباعث عبر مقاومة 470 Ω إلى السلك المشترك. ويوصل مصدر جهد متردد (موجة جيبية، سعة 0.2 V، 1 kHz) الإشارة إلى القاعدة عبر مكثف 10 µF. راسم الإشارة: CH1 — خرج المصدر المتردد (100 mV/قسم)، CH2 — المجمِّع (500 mV/قسم، اقتران AC)، 0.5 ms/قسم.

خطوات العمل

1. بعد فتح المنضدة انتظر ثانيتين تقريبًا: يُشحن المكثف وتستقر نقطة التشغيل. قارن بين المنحنيين: القيمة من القمة إلى القمة وطور الإشارة عند الدخل وعند المجمِّع.
2. أوجد كسب الجهد: نسبة القيمة من القمة إلى القمة عند المجمِّع إلى القيمة من القمة إلى القمة عند الدخل.
3. اختر على CH2 اقتران DC ومقياس 2 V/قسم، وقدّر الجهد المستمر عند المجمِّع.
4. زِد سعة المصدر المتردد إلى 1 V، وحوّل CH1 إلى 0.5 V/قسم.
5. غيّر في بطاقة معاملات مقاومة الباعث 470 Ω إلى 220 Ω، وأعد سعة المصدر المتردد إلى 0.2 V.

النتيجة المتوقعة

الإشارة عند المجمِّع أكبر من إشارة الدخل وفي طور معاكس لها: نحو 1.8 V من القمة إلى القمة مقابل 0.4 V، أي كسب نحو 4.5 — قريب من نسبة مقاومتي المجمِّع والباعث، 2.2 kΩ / 470 Ω. الجهد المستمر عند المجمِّع نحو 5.4 V. وبالحساب يبلغ تيار المجمِّع نحو 1.6 mA وجهد الباعث نحو 0.77 V — ولا تعرض المنضدة هاتين القيمتين. عند سعة 1 V تُقَصّ الموجة الجيبية عند الخرج: في الأعلى يدخل الترانزستور في القطع، وفي الأسفل، قرب جهد الباعث، يدخل الترانزستور في التشبع. ومع مقاومة باعث 220 Ω يتضاعف الكسب تقريبًا، وتنزاح نقطة التشغيل. مقاومة انحياز واحدة تحدد تيار القاعدة، وتيار المجمِّع أكبر منه \(\beta\) مرة، لذا تتوقف نقطة التشغيل على \(\beta\). وللترانزستورات الحقيقية من النوع نفسه قيم \(\beta\) مختلفة، من 100 إلى 300. اضبط معامل تكبير التيار β = 300 في بطاقة معاملات الترانزستور: يطلب الانحياز الآن تيار مجمِّع نحو 4 mA، وهو أكثر مما تسمح المقاومتان 2.2 kΩ و470 Ω بمروره، فيتشبع الترانزستور عند نحو 3.3 mA. وبلا إشارة يستقر المجمِّع عند نحو 1.7 V، أعلى من الباعث بـ 0.2 V فقط؛ ومع إشارة 0.2 V تُقَصّ أنصاف الموجات السفلى بالفعل، ويبلغ متوسط جهد المجمِّع نحو 2.7 V. لهذا تأخذ القاعدة انحيازها في المكبرات الحقيقية من مقسّم مكوّن من مقاومتين.

الأسئلة

1. لماذا تكون إشارة الخرج في طور معاكس لإشارة الدخل؟
2. لماذا يلزم مكثف بين المصدر المتردد والقاعدة؟
3. لماذا لا يمكن مضاعفة الكسب ببساطة باستخدام مقاومة مجمِّع بضعف القيمة، 4.4 kΩ؟ أين ستستقر نقطة التشغيل؟

الإجابات

1. عندما يرتفع جهد الدخل يزداد تيار القاعدة وتيار المجمِّع، ويزداد معهما هبوط الجهد على مقاومة المجمِّع 2.2 kΩ. جهد المجمِّع يساوي 9 V ناقص هذا الهبوط، فينخفض عندما يرتفع الدخل.
2. يمرر المكثف إشارة 1 kHz (مفاعلته نحو 16 Ω فقط) ويحجب التيار المستمر. الطرف الآخر للمصدر المتردد موصول بالسلك المشترك، فلولا المكثف لأبقى المصدر القاعدة قرب 0 V عبر مقاومته الصغيرة: يضيع الانحياز الذي تعطيه المقاومة 470 kΩ، ويبقى الترانزستور مغلقًا، لأن إشارة 0.2 V أصغر من أن تفتحه.
3. تيار المجمِّع يحدده تيار القاعدة ويبقى نحو 1.6 mA، فيهبط على مقاومة 4.4 kΩ نحو 1.6 mA · 4.4 kΩ ≈ 7.0 V، ويستقر المجمِّع عند نحو 2 V، أعلى من الباعث بنحو 1.2 V فقط. ستقترب نقطة التشغيل من التشبع. والخرج، وقد صار نحو 3.6 V من القمة إلى القمة، لن يتسع في الهامش المتبقي تحته، وستُقَصّ أنصاف موجاته السفلى بالفعل عند دخل 0.2 V.