Amplificateur à émetteur commun

PIÈCES ET MATÉRIAUX

• Un transistor NPN—modèle 2N2222 ou 2N3403 recommandé (le catalogue Radio Shack n° 276-1617 est un ensemble de quinze transistors NPN idéal pour cette expérience et d'autres)
• Deux piles 6 volts
• Un potentiomètre 10 kΩ, monotour, conique linéaire (catalogue Radio Shack n° 271-1715)
• Une résistance de 1 MΩ
• Une résistance de 100 kΩ
• Une résistance de 10 kΩ
• Une résistance de 1,5 kΩ

REFERENCES CROISEES Leçons En Circuits Électriques , Volume 3, chapitre 4 :« Transistors à jonction bipolaire » OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE

• Conception d'un circuit amplificateur à émetteur commun simple
• Comment mesurer le gain de tension de l'amplificateur
• La différence entre un amplificateur inverseur et un amplificateur non inverseur
• Façons d'introduire une rétroaction négative dans un circuit amplificateur

SCHÉMA SCHÉMA

ILLUSTRATION

INSTRUCTIONS

Construisez ce circuit et mesurez la tension de sortie (tension mesurée entre la borne de collecteur du transistor et la terre) et la tension d'entrée (tension mesurée entre la borne d'essuie-glace du potentiomètre et la terre) pour plusieurs réglages de position du potentiomètre. Je recommande de déterminer la plage de tension de sortie lorsque le potentiomètre est ajusté sur toute sa plage de mouvement, puis de choisir plusieurs tensions couvrant cette plage de sortie pour prendre des mesures.

Par exemple, si une rotation complète du potentiomètre fait passer la tension de sortie du circuit amplificateur de 0,1 volt (faible) à 11,7 volt (élevé), choisissez plusieurs niveaux de tension entre ces limites (1 volt, 3 volts, 5 volts, 7 volts, 9 volts , et 11 volts). En mesurant la tension de sortie avec un compteur, ajustez le potentiomètre pour obtenir chacune de ces tensions prédéterminées à la sortie, en notant le chiffre exact pour référence ultérieure.

Ensuite, mesurez la tension d'entrée exacte produisant cette tension de sortie et enregistrez également ce chiffre de tension. En fin de compte, vous devriez avoir un tableau de nombres représentant plusieurs tensions de sortie différentes ainsi que leurs tensions d'entrée correspondantes.

Prenez deux paires de valeurs de tension et calculez le gain de tension en divisant la différence de tensions de sortie par la différence de tensions d'entrée. Par exemple, si une tension d'entrée de 1,5 volt me ​​donne une tension de sortie de 7,0 volts et une tension d'entrée de 1,66 volt me ​​donne une tension de sortie de 1,0 volt, le gain de tension de l'amplificateur est (7,0 - 1,0)/(1,66 - 1,5) , soit 6 divisé par 0,16 :un rapport de gain de 37,50.

Vous devriez immédiatement remarquer deux caractéristiques lors de la prise de ces mesures de tension :d'abord, que l'effet entrée-sortie est « inversé » ; c'est-à-dire une augmentation la tension d'entrée entraîne une baisse tension de sortie. Cet effet est connu sous le nom d'inversion de signal, et ce type d'amplificateur sous le nom d'inversion amplificateur.

Deuxièmement, cet amplificateur présente un gain de tension très important :un petit changement de tension d'entrée entraîne un grand changement de tension de sortie. Cela devrait contraster fortement avec le circuit amplificateur « suiveur de tension » discuté plus tôt, qui avait un gain de tension d'environ 1.

Les amplificateurs à émetteur commun sont largement utilisés en raison de leur gain de tension élevé, mais ils sont rarement utilisés sous une forme aussi grossière que celle-ci. Bien que ce circuit amplificateur fonctionne pour démontrer le concept de base, il est très sensible aux changements de température.

Essayez de laisser le potentiomètre dans une position et de chauffer le transistor en le saisissant fermement avec votre main ou en le chauffant avec une autre source de chaleur comme un sèche-cheveux électrique (AVERTISSEMENT :attention à ne pas la faire chauffer au point de faire fondre votre planche à pain en plastique !).

Vous pouvez également explorer les effets de la température en refroidissant le transistor :touchez un glaçon à sa surface et notez le changement de tension de sortie. Lorsque la température du transistor change, les caractéristiques de sa diode base-émetteur changent, ce qui entraîne différentes quantités de courant de base pour la même tension d'entrée.

Ceci, à son tour, modifie le courant contrôlé à travers la borne du collecteur, affectant ainsi la tension de sortie. De tels changements peuvent être minimisés grâce à l'utilisation du signal feedback , moyennant quoi une partie de la tension de sortie est « réintroduite » à l'entrée de l'amplificateur de manière à avoir un effet négatif ou d'annulation sur le gain de tension.

La stabilité est améliorée au détriment du gain en tension, une solution de compromis, mais pratique néanmoins. Le moyen le plus simple d'ajouter une rétroaction négative à un amplificateur à émetteur commun est peut-être d'ajouter une résistance entre la borne de l'émetteur et la terre afin que la tension d'entrée soit divisée entre la jonction PN base-émetteur et la chute de tension à travers la nouvelle résistance :

Répétez le même exercice de mesure de tension et d'enregistrement avec la résistance de 1,5 kΩ installée, en calculant le nouveau gain de tension (réduit). Essayez de modifier à nouveau la température du transistor et notez la tension de sortie pour une tension d'entrée stable.

Est-ce que ça change plus ou moins que sans la résistance de 1,5 kΩ ? Une autre méthode pour introduire une rétroaction négative dans ce circuit amplificateur consiste à « coupler » la sortie à l'entrée via une résistance de grande valeur. La connexion d'une résistance de 1 MΩ entre les bornes du collecteur et de la base du transistor fonctionne bien :

Bien que cette méthode différente de rétroaction accomplisse le même objectif d'une stabilité accrue en diminuant le gain, les deux circuits de rétroaction ne se comporteront pas de manière identique. Notez la plage de tensions de sortie possibles avec chaque schéma de rétroaction (les valeurs de tension basse et haute obtenues avec un balayage complet du potentiomètre de tension d'entrée) et en quoi cela diffère entre les deux circuits.

SIMULATION INFORMATIQUE

Schéma avec les numéros de nœud SPICE :

Netlist (créer un fichier texte contenant le texte suivant, textuellement) :

Amplificateur à émetteur commun vsupply 1 0 dc 12 vin 3 0 rc 1 2 10k rb 3 4 100k q1 2 4 0 mod1 .model mod1 npn bf=200 .dc vin 0 2 0.05 .plot dc v(2,0) v(3,0) .end 

Cette simulation SPICE met en place un circuit avec une source de tension continue variable (vin ) comme signal d'entrée et mesure la tension de sortie correspondante entre les nœuds 2 et 0. La tension d'entrée est modifiée, ou « balayée », de 0 à 2 volts par incréments de 0,05 volt.

Les résultats sont affichés sur un graphique, la tension d'entrée apparaissant sous la forme d'une ligne droite et la tension de sortie sous la forme d'une figure « étape » où la tension commence et se termine au niveau, avec un changement abrupt au milieu où le transistor est dans son mode actif de opération.

FEUILLE DE TRAVAIL CONNEXE :

• Fiche de travail sur les amplificateurs BJT de classe A