電圧増幅器

最も単純な形式の電圧増幅器は、入力電圧よりも高い電圧を出力する回路です。 設定された量の電圧で作業することを余儀なくされた場合、これらのアンプは一般に電圧を上げて回路から出力される電力量を増やすために使用されます。 これは、音声信号をスピーカーに送る前にブーストするなど、小さな信号を読み取って適合させるのに役立ちます。 電圧増幅器は、トランジスタに依存するエミッタ接地増幅器の一形態です。 電圧の増幅は、このトランジスタのコレクタとエミッタの抵抗の比に依存します。

以下の資料は、ゲイン10のアンプ用です。この係数を増減する場合は、手順2を参照してください。

材料

この回路を構築するには、以下の材料が必要です。 この特定の回路で使用される特定の機器の名前は、括弧内に含まれています。

-関数発生器(BK Precision 4011A 5MHz関数発生器)

-ブレッドボード(Global Specialties Proto-Board PB-503)

-DC電源(15V、ブレッドボードに付属)

-トランジスタ(Q1 2N3904)

-コンデンサ-100nF

-抵抗器-56 kOhm、5.6 kOhm、6.8 kOhm、680 Ohm

この回路を実用的な目的で使用している場合は、必要なDC電源を使用できます。 出力電圧は、このDC電源から供給される電圧より大きくすることはできません。 したがって、9〜15V DCの範囲の電源をお勧めします。 関数発生器からの正弦波入力は、単純に増幅したい入力です。

さらに、電圧増幅器を構築する理由に応じて、この回路によって生成される出力電圧を読み取ったり使用したりすることが必要になる場合があります。 単に回路を調べるだけの場合は、オシロスコープを使用して出力電圧を読み取ることができます。

繰り返しますが、この回路の電圧ゲインは10です。異なるゲイン値の場合、異なる抵抗が必要になります(ステップ2を参照)。

ステップ1:回路の構築

最初の画像は回路の概略図です。 右下はブレッドボードビューです。 そして、左下が最終製品です。

構築を始める前に、回路について少し話しましょう。 サイン入力を完全に無視すると、完全な回路が存在し、出力に電圧が残っていることがわかります。 ここで使用される抵抗の比率に基づいて、この電圧(静止電圧と呼ばれる)は入力電圧の約半分になるように計算されます。 電圧がすでに非常に大きいため、この正弦波入力電圧を追加すると、たとえ小さくても、はるかに大きな出力電圧が発生することになります。 したがって、アンプ!

コンデンサに関する注意:
最初の2つの抵抗は、ベースのDC電圧を設定するものです。 コンデンサは、関数発生器からのDC電流を除去し、正弦波のみを残して、AC電圧がDC電圧と干渉しないようにします。

それでは、物の構築を始めましょう! これを行う最も効率的で配線のない方法は、すべてのコネクタを最後まで残すことです。 トランジスタと抵抗器から始めて、回路は十分に簡単に見えるので、それをガイドしようとはしません。 このベースが完了すると、関数ジェネレーター(左下が赤と黒)を接続して出力できます(ここでは、プローブに接続された紫色のワイヤーとして表示されています)。

オシロスコープで結果を確認する場合は、スコープの外部トリガーとしてファンクションジェネレーターのTTL出力を使用することをお勧めします。 あなたが実際にそれをいつか接続するつもりなら、私はまだあなたの仕事を最初にチェックすることに賛成です-何が間違っているのか分からないでしょう!

ステップ2:ゲインの計算

電圧増幅器を構築するための重要な部分は、電圧がどれだけ増幅されるかを知ることです! 適切な抵抗を選択することで電圧増幅器のゲインを決定できます(上の画像)。オシロスコープは、実際に電圧が増幅されている量を示します(下の画像)。

この電圧増幅器のゲインは、単にトランジスタのコレクタ電圧(Vout)とベース電圧(Vin)の比です。 この比は、ゲイン= Vout / Vin = -RC / REとなるような、コレクタとエミッタの抵抗RCとREの比の負の値に相当します。 回路例(上の画像を参照)では、これら2つの抵抗の比率は6800オーム(赤)/ 680オーム(青)= 10であったため、電圧増幅器のゲインは-10でした。 したがって、出力信号は、入力信号を反転し、その振幅を10倍に増やした結果です。

他のゲインの電圧アンプを構築するには、抵抗RCとREを選択して、それらの比率が目的のゲインに等しくなるようにします。

ゲインのマイナス要因は、入力信号と出力信号が互いに完全に位相がずれていることを示しています。 出力信号の反転符号についての別の考え方は、回路がπラジアンの位相シフト、つまり180度だけ信号を水平方向にシフトしたと想像することです。 この位相シフト/符号反転は、オシロスコープのディスプレイで入力電圧と出力電圧を確認することで確認できます。 上記のオシロスコープ表示画像では、チャンネル1とチャンネル2がそれぞれ出力信号と入力信号を読み取ります。 2つの信号はスケールの違いで表示されるため、チャンネル1の出力信号は増幅されますが、チャンネル2の入力信号とほぼ同じサイズに見えます。

ステップ3:潜在的な問題

トランジスタを取り巻く最も一般的な問題の1つは、クリッピングの発生です。 この特定のケースでは、ベースの電圧がコレクタの電圧よりも高い場合にクリッピングが発生します。 これにより、必要なベースからグランドへの電流ではなく、ベースからコレクタへ電流の一部が流れます。

電流は非常に低いゲインでクリップし始めます-約1程度です。 この計算方法の詳細については、自分で試すか、以下を参照してください*。 幸いなことに、これは誰にとってもあまりに大きな問題になるとは思わない。なぜなら、なぜ電圧を増幅するように機能しない電圧増幅器に悩まされるのだろうか?

他の問題は、通常、配線の不幸な間違いによって引き起こされます。 また、抵抗比はある程度の所望のゲインを示す場合がありますが、回路が完全になることはほとんどないため、多少のばらつきがあることに注意することが重要です。 ゲインが高い場合、実際のゲインは比よりもわずかに小さくなりますが、ゲインが低い場合、実際のゲインは抵抗の比よりもわずかに大きくなります。

*より詳細な説明:
5.6kと56kの抵抗を分圧器として形成すると、ベースの電圧は平均で1.36ボルトになると計算できます。 したがって、コレクタがこれよりも0.6ボルト小さいときにクリッピングが発生します(ダイオードでの電圧降下を考慮)。 これは約0.8ボルトであることがわかりました。 出力電圧は単なるゲインであるため、回路は0.8以下の小さなゲインでクリップし始めます。

ステップ4:アプリケーションと最終コメント

コモンエミッターアンプは、電圧信号を反転および増幅するだけでなく、入力のコンデンサにより入力信号の一定成分(DCオフセット)を無視し、微弱な低域を拾うため、非常に有用な回路になります。 -周波数信号(入力のAC成分)。

その用途には、オーディオ信号を増幅するスピーカーや、アンテナで拾われた微弱な無線信号を増幅するラジオの使用が含まれます。

頑張って、電圧増幅器をお楽しみください! 幸せな建物!

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