background image

Experiment (4): Common Emitter Amplification Circuit 

 

 

 

2016-2017

 

 

 
 

 

Study Objective: 

(1) Understanding the basic characteristics of CE amplifying circuit. 
(2) Understanding the theory of CE amplification. 
(3) Learning the application of CE amplification.

 

 

Introduction: 

Depending on the grounding status the basic amplifying circuits of the 

transistors can be classified into the following three configurations: 

(a) CE amplification. (b) CC amplification. (c) CB amplification. 

Among them  the  CE  configuration is  the most commonly used  mode 

which will be introduced as follows:

 

The basic circuit of CE amplifier is shown in Fig. 1, wherein the input 

signal and output signal share the common E. In other words, E is utilized as 
the common point which is  conventionally  called "ground", and is  expressed 
as or this is actually used as a common terminal in the circuit, and is different 
from  the  "ground"  defined  in  the  electrical  circuit.  In  the  actual  circuit,  the 
coexistence  of  V

BB

  and  V

CC

  is  not  economic  and  not  practical.  One  power 

supply V

CC

 is usually provided for both I

B

 and I

C

.  

 

(i) DC load line (DC bias): 

For  the  circuit  in  Fig.  1,  When  I

B

  increases,  I

C

  increases  and  V

CE

 

decreases.  When  I

B

  decreases,  I

C

  decreases  and  V

CE

  increases.  As  V

BB

  is 

adjusted  up  or  down.  The  dc  operating  point  of  the  transistor  moves  along  a 
sloping straight line, called the dc load line (Fig. 2), connecting each separate 
Q-point. At any point along the line, values of  I

B

I

C

 and  V

CE

  can be picked 

off the graph. 

The  dc  load  line  intersects  the  V

CE

  axis  at  V

CE

=V

CC

.  this  is  the 

transistor  cutoff  point  because  I

B

  and  I

C

  are  zero.  and  intersects  I

C

  axis  at 

I

C

=V

CC

/R

C

.  this  is  the  transistor  saturation  point  because  I

C

  is  maximum  at 

the point where V

CE

 =0. 

The region along the load line including all points between saturation 

and  cutoff  is  generally  known  as  the  Linear  Region  (Active  Region)  of  the 
transistor's operations. As long as the transistor is operated in this region, the 
output voltage is linear reproduction of the input. 

 
 
 
 
 
 
 
 

 

Experiment No. (4) 

 

Common Emitter Biasing Circuit 

 

R

B

V

BB

R

C

V

CC

Fig. 1 

 


background image

Experiment (4): Common Emitter Amplification Circuit 

 

 

 

2016-2017

 

Fig. 2: The DC Load Line 

 

Effect of AC input signal on the dc load line: Assume a sinusoidal voltage, 
V

IN

, is superimposed on V

BB

 (Fig. 3), causing I

B

 current to vary sinusoidally 

above and below Q-point. This, in turn, causes the I

C

 and V

CE

 to vary above 

and below its Q-point. If the Q-point driven into saturation region, the positive 
edge of output voltage clipped by saturation. If the Q-point driven into cut-off 
region, the negative edge of output voltage clipped by cut-off. 
 

R

B

V

BB

R

C

V

CC

V

in

 

 

Fig. 3 

 
(ii) Transistor Bias Circuits: 

    
(1) Fixed Bias Circuit 

In fig. 4(a), A separate DC source, V

BB

, was used to bias base-

emitter junction because it could be varied independently of V

CC

 and it 

helped to  illustrate transistor operation.  A more practical bias  method 
is to use V

CC 

as the single bias source as shown in fig. 4(b). this circuit 

represent a typical Fixed Bias Circuit

 

I

C(mA)

 

V

CE(V)

 

 

I

B

 

I

B1=0

 

I

B2

 

Saturation

 

Cutoff

 

 

I

B3

 

I

B4

 

I

B

5

 

I

B

6

 

I

B

7

 

I

B

8

 

I

B

9

 

DC Load Line 

Q-Point 

Vcc

 

Vcc/R

C

 

 


background image

Experiment (4): Common Emitter Amplification Circuit 

 

 

 

2016-2017

 

(a)                                       

(b)  

Fig. 4: Fixed Bias Circuit 

 
For this circuit (fig. 4(b)): 
I

B

 = (V

CC

 - V

BE

 )/ R

B

   

 

,  I

C

= β I

B

 

I

C

 = β (V

CC

 - V

BE

 )/ R

B

  

 
From  last  equation,  we  notice  that  I

C

  is  dependent  on  β,  the 

disadvantage  of  this  circuit  is  that  a  variation  in  β  cause  I

C

  and,  as  a 

result  V

CE

  to  change, thus  changing  the Q-point of the transistor,  this 

make the Fixed bias circuit extremely depend on β and very unstable. 

In  order  to  increase  the  stability  of  the  circuit,  the  above  bias 

circuits can be improved to other type of biasing. 

 

      (2) Voltage-Divider Bias Circuit

  

Fig. 5 shows Voltage Divider Bias circuit, the operation point 

for this circuit more stable than fixed bias circuit and not be shifted due 
to  the  difference  of  β  values.  As  this  circuit  has  the  characteristics  to 
automatically lock its operating point,  this circuit is  also  called "Self-
Bias Circuit". 

Fig. 5: Voltage-Divider Bias Circuit 

 
The equivalent circuit of Fig. 5 is shown in Fig. 6

Fig. 6 


background image

Experiment (4): Common Emitter Amplification Circuit 

 

 

 

2016-2017

 

For this circuit (Fig. 6): 
V

BB

 = I

B

R

BB

+V

BE

+I

E

R

E

 

Substituting I

E

/β for I

B

 and by suppose R

E

>>R

BB

, then: 

I

E

 = (V

BB

-V

BE

 )/ R

E

  

The  last  equation  shows  that  IE,  and  therefore  IC,  is 

independent on β (β does not appear in the equation) on the condition 
that RE is at least ten times the resistance of the parallel combination 
of the voltage divider resistance R

BB

 divided by the minimum β. 

Voltage  divider  bias  is  widely  used  because  reasonably  good 

stability is achieved with a single supply voltage. 
 

 (3) Collector-Feedback Bias Circuit 

Collector-Feedback  Bias  circuit  is  shown  in  Fig.  7.  the 

negative feedback creates an "offsetting" effect that tends to keep Q-
point  stable.  If  I

C

  tried  to  increase,  it  drops  more  voltage  across  R

C

thereby causing V

CE

 to decrease. When V

CE

 decrease, there is decrease 

in voltage across R

B

, which decrease I

B

. the decrease in I

B

 produce less 

I

C

  which,  in  turn,  drops  less  voltage  across  R

C

  and  thus  offsets  the 

decrease in V

CE

Fig. 7: Collector-feedback Bias Circuit 

 

Among different β values, the locations of the operating points 

are  not  obviously  different.  Comparing  with  fixed  bias  circuit  the 
collector-feedback  bias  circuit  is  significantly  stable.  As  this  circuit 
will  function  as  automatically  adjusted,  I

C

  will  not  be  significantly 

changed due to the variation of β value. 

 

Summary: 

1.  Fixed  Bias  circuit  arrangement  has  poor  stability  because  its  Q-point 

varies widely with β

2.  Voltage  Divider  bias  provides  good  Q-point  stability  with  a  single 

polarity supply voltage. It’s the most common bias circuit. 

3.  Collector-Feedback  bias  provides  good  stability  using  negative 

feedback from collector to base. 

 
 
 
 

 


background image

Experiment (4): Common Emitter Amplification Circuit 

 

 

 

2016-2017

 

iii) AC circuit analysis for CE amplifier 

 The  common-emitter  amplifier  is  characterized  by  high  voltage  (A

v

and  current  gain  (A

i

).  The  amplifier  typically  has  a  (1  to  10  kΩ)  input 

resistance  and  is  generally  used  to  drive  medium  to  high  resistance  loads. 
For  the  voltage  divider  CE  amplifier  circuit  is  shown  in  Fig.  8,  and  its 
equivalent is shown in Fig. 9. 

Fig. 8 

Fig. 9

 

 
 
 
Table-1 shows the Characteristic of CE Amplifier.  

 

Table-1: CE Amplifier Characteristic 

 
 
 
 
 
 

Voltage 

Gain

 

A

V

 

Current 

Gain

 

A

i

 

Power

 

Gain

 

A

p

 

Input 

Resistance

 

R

in

 

Output  

Resistance

 

R

o

 

Relation 

between 

input/output 

phase

 

High 

(-R

c

/r

e

High

 

(β)

 

Very High 

(A

V

A

i

Medium 

(βr

e

Medium 

/

c

r

 

180°

 

βre 

βib 

V

in

R

1

R

2

R

C

E

B

C

R

C

R

2

R

1

c

i

R

E

c

E

V

CC

V

in


background image

Experiment (4): Common Emitter Amplification Circuit 

 

 

 

2016-2017

 

Experiment Equipments: 

(1) KL-200 Linear Circuit Lab. 
(2) Experiment Module: KL-23003. 
(3) Experiment Instrument: 1. Multimeter or digital multimeter. 

2. Oscilloscope. 

(4) Tools: Basic hand tools. 
(5) Materials: As indicated in the KL-23003. 

Experiment Items: 

Item one (1): Experiment Procedures  for Fixed Bias 

 

(1)  Connect  the  circuit  shown  as  Fig.  10,  connect  to  the  DC  +12V.  Don’t 

connect AC  signal at input (Vs) . 

(2) Adjust VR4, so that V

CE

 = 1/2V

CC

, then record V

BE

, I

B

 and I

C , 

as shown in 

table 2-a  below. 

(3) Connect  signal  generator(Vs)  to the input terminal  Vs  and connect channel  

one of oscilloscope (AC position) to the input and the other channel to the 
output  terminal  V

o

,  then  adjust  signal  generator  so  that  the  oscilloscope

 

can display maximum non-distorted waveform of 1kHz sine wave( apply 
Vs = 10mV,20 mV,30 mV,40 mV,50 mV,60 mV, 70 mV,80 mV, 90 mV, 
100 mV,175mV).  see the output (Vo) at each value. 

(4)  When  the  maximum  non-distorted  waveform  is  generated  in  V

o

,  use 

oscilloscope to measure and draw input and output signal, as table(2-b). 

(5) Remain the input signal(Vs) unchanged and adjust VR4 (2.5MΩ), then view 

if you  notice the  output waveform  distorted  or no, if  output waveform  is 
distorted  why write? .Draw Vo and Vi at V

CE

 = 3, and then at V

CE

 = 9 V 

(adjust VR4 to get 3 and 6V). 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  Experiment Results : 

(a) Recorded in Table -2. 
(b) Draw V

op-p

 and V

ip-p

 with respect to time. 

Table -2: (a) DC results 

 
 
 

 (b) AC results 

V

CE 

V

BE

 

I

(mA) 

I

(µA) 

β 

6 V 

 

 

 

 

V

CE

 (DC) 

V

o

 

V

in 

A

Phase shift between 

Vs and Vo 

6 V

 

 

 

 

 

Fig. 10 

 


background image

Experiment (4): Common Emitter Amplification Circuit 

 

 

 

2016-2017

 

Item Two (2): Experiment Procedures  for Emitter Self Bias 

 

(1)  Connect  the  circuit  shown  as  Fig.  11,  connect  to  the  DC  +12V,  Don’t 

connect AC  signal at input (Vs) . 

(2) Adjust VR4, so that V

CE

 = 1/2V

CC

, then record V

BE

, I

B

 and I

C  

as shown in 

Table 3-a below . 

(3) Connect  signal  generator(Vs)  to the input terminal  Vs  and connect channel  

one of oscilloscope (AC position) to the input and the other channel to the 
output  terminal  V

o

,  then  adjust  signal  generator  so  that  the  oscilloscope 

can display maximum non-distorted waveform of 1kHz sine wave( apply 
Vs = 0.5V,0.75V,1V,1.5V,2V,2.5V).  see the output (Vo) at each value. 

 (4)  When  the  maximum  non-distorted  waveform  is  generated  in  Vo,  use 

oscilloscope  to  measure  input  and  output  signal,  as  shown  in  table(3-b)  , 
draw V

in

 and  V

O

 at V

CE

  (6V) only

(5) Remain the input signal(Vs) unchanged and adjust VR4 (2.5MΩ), then view 

if  you  notice  the  output  waveform  distorted  or  no,  if  output  waveform  is 
distorted  why write? .Draw Vo and Vi at V

CE

 = 3, and then at V

CE

 = 9 V 

(adjust VR4 to get 3 and 6V). 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Experiment Results:
 

(a) Record the value of I

B

, I

C

 and V

BE 

in Table -3.  

(b) Draw V

Op-p

 and V

ip-p

 with respect to time. 

 

Table -3: 

(a) DC results 

 
 
 

(b) AC results 

 
 
 
 

V

CE 

V

BE

 

I

C(mA)

 

I

B(uA) 

β 

6 V 

 

 

 

 

V

CE

 (DC) 

V

o

 

V

in 

A

6V 

 

 

 

V

in

 

V

s

 

 

 

20 k 

2.5 M 

Fig. 11 
 


background image

Experiment (4): Common Emitter Amplification Circuit 

 

 

 

2016-2017

 

Item Three (3): Experiment Procedures  for Voltage-Divider Bias  

 

 (1) Connect the circuit shown as in  Fig. 12, connect  to the DC  +12V,  Don’t 

connect AC  signal at input (Vs) . 

(2) Adjust VR2 (10kΩ) so that V

CE

= 1/2V

CC

, then view and record the values 

of V

BE

, I

B

 and I

C   

as in  table (4-a).. 

(3) Connect signal generator to the input terminal (Vs) and connect oscilloscope 

to  the  output  terminal  (Vo),  then  adjust  1kHz  sine  wave  of  the  signal 
generator( apply Vs = 50mV,100 mV,150 mV,200 mV,300 mV,4V, 5V).  
see  the  output  (Vo)  at  each  value.  so  that  the  oscilloscope  can  display 
maximum  non-distorted  waveform  of  output  then  use  oscilloscope  to 
measure input and output signal, as in  table (4-b). 

(4)  Remain  the  input  signal  unchanged  and  adjust  VR2  (10kΩ),  then  view  if 

the output waveform is distorted. 

(5) Disconnect C

2

 (22μF), then repeat Step (2) (3) (4)

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Fig. 12 

 

Experiment Results:  

(a) Record the value of I

B

, I

C

and V

BE

 in table -4 at which C

2

 is exist and not 

exist.  Then  calculate  the  value  A

V

  =  V

Op-p 

/  V

ip-p 

and  the  value  of  β= 

I

C

/I

B

(b) Draw V

Op-p

 and V

ip-p

 with respect to time, which C

2

 is exist and not exist. 

 

Table -4: 

(a) DC results 

 
 
 

(b) AC results 

 
 

V

CE 

V

BE

 

I

C

 

I

β 

6 V 

 

 

 

 

V

CE

 (DC) 

C

2

 

V

o

 

V

in 

A

6 V

 

 

Connected 

 

 

 

6 V 

Disconnected 

 

 

 

V

in

 

V

s

 

1 K 

 


background image

Experiment (4): Common Emitter Amplification Circuit 

 

 

 

2016-2017

 

Item Four (4): Experiment Procedures  for Collector-feedback Bias 

 

(1)  Connect  the  circuit  shown  as  in  Fig.  13,  connect  to  the  DC  +12V,  Don’t 

connect AC  signal at input (Vs) .  

(2) Adjust VR4 (1MΩ) so that V

CE

 = 1/2V

CC 

(3)  Connect  signal  generator  in  the  input  terminal  (Vs)  and  connect 

oscilloscope  to  the  output  terminal  (Vo),  then  adjust  1kHz  sine  wave 
output  of  the  signal  generator(  apply  Vs  =  10mV,20  mV,30  mV,35 
mV,50 mV ,1V, 5V). so that the oscilloscope can display maximum non-
distorted waveform of output then use oscilloscope to measure input and 
output signal, as table(5). 

(4) Remain the input signal unchanged and adjust VR4 (2.5MΩ), then view if 

the output waveform is distorted. If distorted, why? 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Fig. 13 

 

Table -5: 

AC results 

 
 
4-2 Experiment Result : 

(a) Record the values of V

inp-p 

and V

op-p 

in table -5 and calculate the value of 

A

V

(b) Draw V

op-p 

and V

ip-p

 with respect to time. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

V

CE

 (DC) 

V

o

 

V

in 

A

6 V

 

 

 

 

V

in

 

V

s

 

 

2.5M 
m

 


background image

Experiment (4): Common Emitter Amplification Circuit 

 

 

 

10 

2016-2017

 

Discussions: 

1.  Explain briefly the effect of Q point location.  

 

2.  Explain the reason of the phase shift in CE. 

 

3.  Explain  in  which  type  arrangement  of  Voltage-Divider  bias  CE 

configurations  (with  or  without  emitter  capacitor  C

E

)  have  best  voltage  

gain? (Prove the answer with the experiment results). 

4.  Choose the correct answer: 

(a) The disadvantages of a Fixed bias circuit is that: 

1. it is very complex. 
2. it is too β dependent
3.
 it produces low gain. 

(b) For maximum output, the Q-point must be:  

1. Near saturation. 
2. Near cut-off. 
3. midpoint between saturation and cut-off. 

(c)  As shown in the following Figure, what is the function of R

E

?  

1. Stabilize the operating point.  
2. To increase A

V

3. To increase A

i

(d) What is the function of C

E

 in the above Figure? 

1. Stabilize the DC bias. 
2. To increase A

V

3. To increase A

i

(e)  The linear region of the transistor lies between: 

1. Saturation and Q-point. 
2. 
Saturation and cut-off. 
3.
 Cut-off and Q-point. 
 

(f) For an amplifier circuit, which one is the most common design? 

1. The operating point is set near cutoff point. 
2.
 The operating point is set near saturation point. 
3. The operating point is set between cutoff and saturation. 
  

5.   Write a conclusion for this experiment. 




رفعت المحاضرة من قبل: Younis Rahema
المشاهدات: لقد قام 6 أعضاء و 310 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل