Amplificador Seguidor de Voltaje: Diseño, Construcción y Guía de Medición

COMPONENTES Y MATERIALES

• Un transistor NPN – modelos 2N2222 o 2N3403 recomendados. Un paquete de 15 piezas (Radio Shack #276-1617) es ideal para este y otros proyectos.
• Dos baterías de 6 voltios
• Dos resistencias de 1 kΩ
• Un potenciómetro lineal de una vuelta de 10 kΩ (Radio Shack #271-1715)

Las configuraciones de pines de transistores varían incluso entre paquetes visualmente idénticos. Siempre consulta la hoja de datos del fabricante antes de cablear. Una verificación rápida con la función de chequeo de diodo de un multímetro es altamente aconsejable.

Para una guía paso a paso sobre identificación de terminales de transistor bipolar con multímetro, vea capítulo 4 de la serie Semiconductor Volume III.

REFERENCIAS CRUZADAS

Lessons In Electric Circuits, Volumen 3, capítulo 4: "Transistores de Unión Bipolar".

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

• Comprender el rol de "tierra" del circuito cuando no existe conexión a tierra física.
• Usar una resistencia shunt para medir corriente con voltímetro.
• Determinar ganancia de voltaje del amplificador.
• Determinar ganancia de corriente del amplificador.
• Explorar transformación de impedancia en un amplificador.

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

 

 

ILUSTRACIÓN

 

 

INSTRUCCIONES

Como el transistor elegido puede no compartir el pinout mostrado aquí, el layout de protoboard en la ilustración podría necesitar ajuste. En las figuras, todos los transistores TO-92 están etiquetados "CBE" – Colector, Base, Emisor – de izquierda a derecha. Esto aplica al 2N2222 y partes similares, pero no a todos los dispositivos NPN. Verifica asignaciones de pines para el componente específico que uses.

Con transistores de unión bipolar, un multímetro puede confirmar pinouts rápidamente. El seguidor de voltaje es el amplificador transistor más simple y seguro de construir.

Su propósito es entregar el mismo voltaje a una carga que la entrada, pero con capacidad de corriente significativamente mayor. No tiene ganancia de voltaje, pero ofrece ganancia de corriente sustancial.

En el esquema, el terminal negativo de la fuente de alimentación está marcado como "tierra". Este punto de referencia no está necesariamente conectado a tierra física; meramente define la base de voltaje para el circuito.

Por ejemplo, el voltaje de base (V_B) se mide relativo a esta referencia de tierra. Aunque hablar de voltaje "en" un solo punto normalmente no tiene sentido, un punto de referencia común hace que tales declaraciones sean útiles.

 

 

Construye el circuito y registra el voltaje de salida versus voltaje de entrada para varios ajustes del potenciómetro. El voltaje de entrada es el voltaje en el cursor del potenciómetro relativo a tierra; el voltaje de salida es el voltaje a través de la resistencia de carga (o voltaje de emisor).

Deberías observar una correlación cercana: un cambio en la entrada produce un cambio casi igual en la salida, con una pequeña caída (~0,6 V) debido a la saturación del transistor. Esta relación 1:1 indica una ganancia de voltaje CA de aproximadamente unidad.

A continuación, compara corriente de base (entrada) con corriente de carga (salida). En lugar de insertar un amperímetro, mide el voltaje a través de las resistencias de 1 kΩ y usa la Ley de Ohm (I = E/R). Con resistencias de 1 kΩ, 1 mA fluye por voltio de caída.

Para máxima precisión, mide el valor real de cada resistencia, aunque las variaciones son típicamente insignificantes para este experimento. Estas resistencias shunt convierten corriente en voltaje medible.

Encontrarás una gran disparidad entre corrientes de entrada y salida —ganancias de corriente a menudo exceden 200 en niveles de señal bajos. Esta es la ventaja central del seguidor de voltaje: amplifica corriente sin alterar voltaje.

En términos de impedancia, el amplificador presenta alta impedancia de entrada (mínima extracción de corriente) y baja impedancia de salida (capaz de entregar alta corriente). Esto lo hace ideal para buffer de señales entre etapas.

SIMULACIÓN POR COMPUTADORA

Esquemático con números de nodo SPICE:

 

 

Netlist (copia el siguiente texto en un archivo .cir y ejecuta con SPICE):

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

La simulación produce voltaje de entrada 5,937 V y salida 5,095 V, con corriente de entrada 25,35 µA (desde resistencia base 1 kΩ) y corriente de salida 5,095 mA (desde carga 1 kΩ). Ajustando valores del potenciómetro (R_pot1 y R_pot2) manteniendo su suma en 10 kΩ cambia el voltaje de entrada acorde.

HOJA DE TRABAJO RELACIONADA:

• Hoja de Trabajo de Circuitos de Polarización de Transistor Bipolar