به نام خدا
آزمایشگاه الکترونیک 1
جلسه ی هفتم (28/2/87)
بررسی بایاسینگ تقویت کننده ی امتیر مشترک :
هدف از این آزمایش بررسی تقویت کننده ی امیتر مشترک، نقش مقاومت پایه ی امیتر و خازن بای پس، اندازه گیری بهره ی ولتاژ و جریان و امپدانس ورودی خروجی است.
آرایش امیتر مشترک:
کاربرد اصلی این آرایش تقویت ولتاژ است.
Figure 1: Basic NPN common-emitter circuit (neglecting biasing details).
Figure 2: Adding an emitter resistor decreases gain, but increases linearity and stability
روابطی که با توجه به مدل هیبرید پی بدست می آند به شرح زیرند:
Definition
Expression
Current gain
Voltage gain
Input resistance
Output resistance
شرح آزمایش:
مدار زیر را در نظر بگیرید:
در این مدار خازن C3 همان خازن bypass است.
در واقع برای افزایش پایداری حرارتی ترانزیستور از مقاومت امیتر استفاده می شود، ولی این مقاومت بهره ی ولتاژ را کاهش می دهد، برای جبران این کاهش بهره از خازن بای پس استفاده می شود.
الف) مدار را در حالتی که سوییچ باز است می بندیم.
دامنه ی ورودی را آنقدر افزایش می دهیم تا خروجی به مرز برش برسد. در این حالت با اسیلوسکوپ ولتاژ خروجی و ورودی را اندازه می گیریم (ولتاژ ورودی Vs نیست بلکه ولتاژِ پس از مقاومت R1 می باشد) وطبق رابطه ی گفته شده بهره ی ولتاژ را محاسبه می کنیم.
V_out(p-p) =1.8*5=9
V_in(p-p) =4.5*0.5=2.25
→A_v=4
سوال: چرا با افزایش بهره ی ولتاژ بیش از یک حد معین خروجی برش می خورد؟
جواب: در این مدار های تقویت کننده خروجی هرگز از VCC بیشتر نخواهد شد، یعنی خروجی هرگز بیشتر از 12V نخواهد شد. از طرفی بهره ی ولتاژ این مدار 5 است. کلیه ی ورودی هایی که با توجه به این بهره، ولتاژ خروجی بیشتر از 12V را نتیجه دهند برش خواهند خورد.
ب) در ادامه کلید را در حالی که مدار در مرز اعوجاج قرار دارد می بندیم و اثر ورود خازن بر خروجی را مشاهده می کنیم.
پس از افزودن خازن، بهره ی مدار به 30 افزایش می یابد!
وظیفه ی خازن بایپس افزایش بهره است. (بنابراین خروجی بلافاصله پس از وصل کلید برش می خورد یا به اصطلاح به اعوجاج می رود)
خروجی به شدت برش خورد و شکل موجی نزدیک به مربعی حاصل شد.
ج) در حالی که کلید بسته است با تنظیم دامنه ی ورودی خروجی را در مرز برش قرار می دهیم، در این حالت موارد زیر را اندازه می گیریم:
ولتاژ منبع و ولتاژ ورودی – ولتاژ خروجی در حالت های بارداری و بی باری (با وجود مقاومت 4.7K و بدون آن)
V_(out(p-p)(full load))=4.4*2=8.6V
V_out(p-p)(no laod) =5.1*2=10.2V
V_in(p-p) =42.7*50m=135mV
V_s(p-p) =820mV
حال داریم:
I_O=V_O(p-p) /R_L =8.6/4.7k≈1.83mA
I_S=V_RS/R_S =68.5mA
A_i=I_O/I_S ≈0.0267
A_v=V_O/V_in =8.6/135m=63.7
Z_O=((V_out(p-p)(no laod) -V_out(p-p)(full load) )/(V_out(p-p)(full load) ))=0.186)*R_L=847.42Ω
(این مقدار برای تطبیق امپدانس مهم است و از طرفی باید مقداری نزدیک به Rc داشته باشد که با توجه به نزدیکی این مقادیر می توان نتیجه گرفت محاسبات و اندازه گیری ها تا اینجا درست بوده)
Z_in=V_in(p-p) /I_S =1.97Ω
تقویت کننده ی امیتر مشترک دارای مقادیر متوسطی بهره ی ولتاژ، بهره ی جریان، مقاومت ورودی و مقاومت خروجی است.
بنابراین هم به عنوان تقویت کننده ی ولتاژ و هم به عنوان تقویت کننده ی جریان قابل استفاده است. در این مدار تقویت ولتاژ صورت می گیرد و بهره ی جریان کمتر از یک است.