Підсилювач зі спільним емітером

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

Відкрити повну версію ↗

Мета

Зібрати транзисторний підсилювальний каскад, визначити його робочу точку і коефіцієнт підсилення за напругою.

Установка

Джерело 9 В живить транзистор n-p-n (\(\beta\) = 100): колектор — через резистор 2,2 кОм, базу — через резистор зміщення 470 кОм; емітер через резистор 470 Ом з’єднано зі спільним проводом. Джерело змінної напруги (синусоїда, амплітуда 0,2 В, 1 кГц) подає сигнал на базу через конденсатор 10 мкФ. Осцилограф: КАН 1 — вихід джерела змінної напруги (100 мВ/под), КАН 2 — колектор (500 мВ/под, вхід AC), 0,5 мс/под.

Хід роботи

1. Після відкриття досліду зачекайте кілька секунд: конденсатор зарядиться, і робоча точка встановиться. Порівняйте дві осцилограми: розмах і фазу сигналу на вході й на колекторі.
2. Знайдіть коефіцієнт підсилення за напругою: відношення розмаху на колекторі до розмаху на вході.
3. На КАН 2 виберіть вхід DC і 2 В/под та оцініть постійну напругу на колекторі.
4. Збільште амплітуду джерела змінної напруги до 1 В і перемкніть КАН 1 на 0,5 В/под.
5. У картці параметрів резистора емітера замініть 470 Ом на 220 Ом і поверніть амплітуду джерела змінної напруги до 0,2 В.

Очікуваний результат

Сигнал на колекторі більший за вхідний і перебуває з ним у протифазі: розмах близько 1,8 В проти 0,4 В, коефіцієнт підсилення близько 4,5 — він близький до відношення опорів колектора й емітера, 2,2 кОм / 470 Ом. Постійна напруга на колекторі — близько 5,4 В. За розрахунком струм колектора — близько 1,6 мА, а напруга на емітері — близько 0,77 В; установка цих значень не показує. За амплітуди 1 В вихідна синусоїда зрізається: угорі транзистор закривається, унизу, біля напруги емітера, транзистор переходить у насичення. З резистором емітера 220 Ом коефіцієнт підсилення приблизно подвоюється, а робоча точка зміщується. Один резистор зміщення задає струм бази, а струм колектора в \(\beta\) разів більший, тому робоча точка залежить від \(\beta\). У справжніх транзисторів одного типу \(\beta\) різний — від 100 до 300. Установіть у картці параметрів транзистора Коефіцієнт підсилення β = 300: тепер зміщення вимагає струму колектора близько 4 мА, більшого, ніж можуть пропустити резистори 2,2 кОм і 470 Ом, і транзистор насичується за струму близько 3,3 мА. Без сигналу напруга на колекторі — близько 1,7 В, лише на 0,2 В вища, ніж на емітері; із сигналом 0,2 В нижні півхвилі вже зрізаються, а середня напруга на колекторі становить близько 2,7 В. Тому справжні підсилювачі задають зміщення бази подільником із двох резисторів.

Запитання

1. Чому вихідний сигнал перебуває в протифазі з вхідним?
2. Навіщо потрібен конденсатор між джерелом змінної напруги і базою?
3. Чому коефіцієнт підсилення не можна подвоїти, просто взявши вдвічі більший резистор колектора, 4,4 кОм? Де опинилася б робоча точка?

Відповіді

1. Коли вхідна напруга зростає, струм бази і струм колектора збільшуються, а разом з ними і спад напруги на резисторі колектора 2,2 кОм. Напруга на колекторі дорівнює 9 В мінус цей спад, тому вона зменшується, коли вхідна напруга зростає.
2. Конденсатор пропускає сигнал 1 кГц (його реактивний опір — лише близько 16 Ом) і не пропускає постійний струм. Друга клема джерела змінної напруги з’єднана зі спільним проводом, тому без конденсатора джерело через свій малий опір утримувало б базу біля 0 В: зміщення від резистора 470 кОм зникло б, і транзистор залишався б закритим, бо сигнал 0,2 В замалий, щоб його відкрити.
3. Струм колектора задається струмом бази і залишається близько 1,6 мА, тому на резисторі 4,4 кОм спадало б близько 1,6 мА · 4,4 кОм ≈ 7,0 В, і напруга на колекторі становила б близько 2 В, лише приблизно на 1,2 В вища, ніж на емітері. Робоча точка змістилася б близько до насичення. Вихідний сигнал, тепер із розмахом близько 3,6 В, не вміщався б у проміжок, що залишився під нею, і його нижні півхвилі зрізалися б уже за вхідного сигналу 0,2 В.