Amplificatore a emettitore comune

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

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Obiettivo

Montare uno stadio amplificatore a transistor, trovarne il punto di lavoro e il guadagno di tensione.

Il montaggio

Un generatore da 9 V alimenta un transistor NPN (\(\beta\) = 100): il collettore attraverso un resistore da 2,2 kΩ, la base attraverso un resistore di polarizzazione da 470 kΩ, l'emettitore attraverso un resistore da 470 Ω verso il filo comune. Un generatore di tensione alternata (onda sinusoidale, ampiezza 0,2 V, 1 kHz) applica il segnale alla base attraverso un condensatore da 10 µF. Oscilloscopio: CH1 — l'uscita del generatore di tensione alternata (100 mV/div), CH2 — il collettore (500 mV/div, accoppiamento AC), 0,5 ms/div.

Procedimento

1. Dopo l'apertura dell'esperimento attendere un paio di secondi: il condensatore si carica e il punto di lavoro si stabilizza. Confrontare le due tracce: il valore picco-picco e la fase del segnale all'ingresso e sul collettore.
2. Trovare il guadagno di tensione: il rapporto tra il valore picco-picco sul collettore e il valore picco-picco all'ingresso.
3. Su CH2 selezionare l'accoppiamento DC e 2 V/div, e stimare la tensione continua sul collettore.
4. Aumentare l'ampiezza del generatore di tensione alternata a 1 V e passare CH1 a 0,5 V/div.
5. Nel pannello dei parametri del resistore di emettitore cambiare 470 Ω in 220 Ω, e riportare l'ampiezza del generatore di tensione alternata a 0,2 V.

Risultato atteso

Il segnale sul collettore è più grande di quello d'ingresso e in opposizione di fase con esso: circa 1,8 V picco-picco contro 0,4 V, un guadagno di circa 4,5 — vicino al rapporto tra le resistenze di collettore e di emettitore, 2,2 kΩ / 470 Ω. La tensione continua sul collettore è di circa 5,4 V. Secondo il calcolo la corrente di collettore è di circa 1,6 mA e l'emettitore è a circa 0,77 V — il banco non mostra questi valori. Con un'ampiezza di 1 V la sinusoide d'uscita viene tosata: in alto il transistor va in interdizione, in basso, vicino alla tensione dell'emettitore, il transistor va in saturazione. Con un resistore di emettitore da 220 Ω il guadagno circa raddoppia, e il punto di lavoro si sposta. Un solo resistore di polarizzazione fissa la corrente di base, e la corrente di collettore è \(\beta\) volte più grande, quindi il punto di lavoro dipende da \(\beta\). I transistor reali dello stesso tipo hanno \(\beta\) diversi, da 100 a 300. Impostare Guadagno di corrente β = 300 nel pannello dei parametri del transistor: ora la polarizzazione richiede una corrente di collettore di circa 4 mA, più di quanta ne possano lasciar passare i resistori da 2,2 kΩ e 470 Ω, e il transistor va in saturazione a circa 3,3 mA. Senza segnale il collettore si trova a circa 1,7 V, solo 0,2 V sopra l'emettitore; con il segnale di 0,2 V le semionde inferiori sono già tosate, e la tensione del collettore ha un valore medio di circa 2,7 V. Per questo gli amplificatori reali polarizzano la base con un partitore di due resistori.

Domande

1. Perché il segnale d'uscita è in opposizione di fase con quello d'ingresso?
2. Perché serve un condensatore tra il generatore di tensione alternata e la base?
3. Perché non si può raddoppiare il guadagno semplicemente usando un resistore di collettore due volte più grande, da 4,4 kΩ? Dove finirebbe il punto di lavoro?

Risposte

1. Quando la tensione d'ingresso sale, la corrente di base e la corrente di collettore crescono, e con esse la caduta di tensione sul resistore di collettore da 2,2 kΩ. La tensione del collettore è 9 V meno questa caduta, quindi scende quando l'ingresso sale.
2. Il condensatore lascia passare il segnale a 1 kHz (la sua reattanza è di soli 16 Ω circa) e blocca la corrente continua. L'altro morsetto del generatore di tensione alternata è sul filo comune, quindi senza il condensatore il generatore manterrebbe la base vicino a 0 V attraverso la sua bassa resistenza: la polarizzazione data dal resistore da 470 kΩ andrebbe persa, e il transistor resterebbe interdetto, perché un segnale di 0,2 V è troppo piccolo per mandarlo in conduzione.
3. La corrente di collettore è fissata dalla corrente di base e resta di circa 1,6 mA, quindi su un resistore da 4,4 kΩ cadrebbero circa 1,6 mA · 4,4 kΩ ≈ 7,0 V, e il collettore si troverebbe a circa 2 V, solo circa 1,2 V sopra l'emettitore. Il punto di lavoro si sposterebbe vicino alla saturazione. L'uscita, ora di circa 3,6 V picco-picco, non starebbe nel margine rimasto al di sotto, e le sue semionde inferiori sarebbero tosate già con 0,2 V all'ingresso.