Seguidor de voltaje

PIEZAS Y MATERIALES

• Un transistor NPN:se recomiendan los modelos 2N2222 o 2N3403 (el catálogo de Radio Shack n. ° 276-1617 es un paquete de quince transistores NPN ideal para este y otros experimentos)
• Dos baterías de 6 voltios
• Dos resistencias de 1 kΩ
• Un potenciómetro de 10 kΩ, una vuelta, cono lineal (catálogo de Radio Shack # 271-1715)

Tenga en cuenta que no todos los transistores comparten las mismas designaciones de terminal o pinouts , incluso si comparten la misma apariencia física. Esto determinará cómo conectar los transistores entre sí y a otros componentes, así que asegúrese de verificar las especificaciones del fabricante (hoja de datos del componente), que se puede obtener fácilmente en el sitio web del fabricante.

¡Tenga en cuenta que es posible que el paquete del transistor e incluso la hoja de datos del fabricante muestren diagramas de identificación de terminales incorrectos! Es muy recomendable verificar las identidades de los pines con la función de "verificación de diodos" de su multímetro.

Para obtener detalles sobre cómo identificar terminales de transistores bipolares con un multímetro, consulte el capítulo 4 del volumen Semiconductor (volumen III) de esta serie de libros.

REFERENCIAS CRUZADAS

Lecciones de circuitos eléctricos , Volumen 3, capítulo 4:“Transistores de unión bipolar”

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

• Propósito del circuito "tierra" cuando no hay una conexión real a tierra
• Usar una resistencia de derivación para medir la corriente con un voltímetro
• Mida la ganancia de voltaje del amplificador
• Mida la ganancia de corriente del amplificador
• Transformación de impedancia del amplificador

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

ILUSTRACIÓN

INSTRUCCIONES

Nuevamente, tenga en cuenta que es posible que el transistor que seleccione para este experimento no tenga las mismas designaciones de terminales que se muestran aquí, por lo que el diseño de la placa de pruebas que se muestra en la ilustración puede no ser el correcto para usted. En mis ilustraciones, muestro todos los transistores de paquete TO-92 con terminales etiquetados como "CBE":colector, base y emisor, de izquierda a derecha.

Esto es correcto para el transistor modelo 2N2222 y algunos otros, pero no para todos ; ¡ni siquiera para todos los transistores de tipo NPN! Como de costumbre, consulte con el fabricante para obtener detalles sobre los componentes particulares que elija para un proyecto.

Con los transistores de unión bipolar, es bastante fácil verificar las asignaciones de terminales con un multímetro. El seguidor de voltaje es el circuito amplificador de transistores más seguro y fácil de construir.

Su propósito es proporcionar aproximadamente el mismo voltaje a una carga que la entrada al amplificador pero a una corriente mucho mayor. En otras palabras, no tiene ganancia de voltaje, pero sí ganancia de corriente.

Tenga en cuenta que el lado negativo (-) de la fuente de alimentación se muestra en el diagrama esquemático para conectarse a tierra , como lo indica el símbolo en la esquina inferior izquierda del diagrama. Esto no necesariamente representa una conexión a la tierra real.

Lo que significa es que este punto en el circuito, y todos los puntos eléctricamente comunes a él, constituyen el punto de referencia predeterminado para todas las mediciones de voltaje en el circuito. Dado que el voltaje es por necesidad una cantidad relativa entre dos puntos, un punto de referencia "común" designado en un circuito nos da la capacidad de hablar de manera significativa del voltaje en puntos individuales particulares de ese circuito.

Por ejemplo, si hablara de voltaje en la base del transistor (V _B ), Me refiero al voltaje medido entre el terminal de la base del transistor y el lado negativo de la fuente de alimentación (tierra), con la sonda roja tocando el terminal de la base y la sonda negra tocando el suelo. Normalmente, es una tontería hablar de voltaje en un solo punto, pero tener un punto de referencia implícito para las mediciones de voltaje hace que tales declaraciones sean significativas:

Construya este circuito y mida el voltaje de salida versus el voltaje de entrada para varios ajustes de potenciómetro diferentes. El voltaje de entrada es el voltaje en el limpiador del potenciómetro (voltaje entre el limpiador y la tierra del circuito), mientras que el voltaje de salida es el voltaje de la resistencia de carga (voltaje a través de la resistencia de carga o voltaje del emisor:entre el emisor y la tierra del circuito).

Debería ver una estrecha correlación entre estos dos voltajes:uno es solo un poco mayor que el otro (¿aproximadamente 0,6 voltios más o menos?), Pero un cambio en el voltaje de entrada da un cambio casi igual en el voltaje de salida. Porque la relación entre la entrada cambia y generar cambio es casi 1:1, decimos que la ganancia de voltaje de CA de este amplificador es casi 1.

No es muy impresionante, ¿verdad? Ahora mida la corriente a través de la base del transistor (corriente de entrada) versus la corriente a través de la resistencia de carga (corriente de salida). Antes de romper el circuito e insertar el amperímetro para tomar estas medidas, considere un método alternativo:mida el voltaje a través de la base y las resistencias de carga, cuyos valores de resistencia se conocen.

Usando la ley de Ohm, la corriente a través de cada resistor se puede calcular fácilmente:divida el voltaje medido por la resistencia conocida (I =E / R). Este cálculo es particularmente fácil con resistencias de valor de 1 kΩ:habrá 1 miliamperio de corriente por cada voltio de caída a través de ellas.

Para obtener la mejor precisión, puede medir la resistencia de cada resistor en lugar de asumir un valor exacto de 1 kΩ, pero realmente no importa mucho para los propósitos de este experimento. Cuando se utilizan resistencias para tomar medidas de corriente al "traducir" una corriente en un voltaje correspondiente, a menudo se las denomina derivación resistencias.

Debe esperar encontrar grandes diferencias entre las corrientes de entrada y salida para este circuito amplificador. De hecho, no es raro experimentar ganancias de corriente muy por encima de 200 para un transistor de señal pequeña que opera a niveles de corriente bajos.

Este es el propósito principal de un circuito seguidor de voltaje:aumentar la capacidad de corriente de una señal "débil" sin alterar su voltaje. Otra forma de pensar en la función de este circuito es en términos de impedancia .

El lado de entrada de este amplificador acepta una señal de voltaje sin consumir mucha corriente. El lado de salida de este amplificador entrega el mismo voltaje, pero a una corriente limitada solo por la resistencia de carga y la capacidad de manejo de corriente del transistor.

En términos de impedancia, podríamos decir que este amplificador tiene una impedancia de entrada alta (caída de voltaje con muy poca corriente consumida) y una impedancia de salida baja (caída de voltaje con capacidad de fuente de corriente casi ilimitada).

SIMULACIÓN DE COMPUTADORA

Esquema con números de nodo SPICE:

Netlist (haga un archivo de texto que contenga el siguiente texto, literalmente):

 Seguidor de voltaje v1 1 0 rpot1 1 2 5k rpot2 2 0 5k rbase 2 3 1k rload 4 0 1k q1 1 3 4 mod1 .model mod1 npn bf =200 .dc v1 12 12 1 .print dc v (2,0 ) v (4,0) v (2,3) .end 

Cuando esta simulación se ejecuta a través del programa SPICE, muestra un voltaje de entrada de 5.937 voltios y un voltaje de salida de 5.095 voltios, con una corriente de entrada de 25.35 µA (2.535E-02 voltios caídos a través de la base R _{de 1 kΩ} resistor). La corriente de salida es, por supuesto, 5.095 mA, inferida del voltaje de salida de 5.095 voltios caído a través de una resistencia de carga de exactamente 1 kΩ.

Puede cambiar la configuración del "potenciómetro" en este circuito ajustando los valores de R _pot1 y R _pot2 , manteniendo siempre su suma en 10 kΩ.

HOJA DE TRABAJO RELACIONADA:

• Hoja de trabajo de circuitos de polarización de transistores bipolares