Seguidor de tensão

PEÇAS E MATERIAIS

• Um transistor NPN — modelos 2N2222 ou 2N3403 recomendados (o catálogo Radio Shack # 276-1617 é um pacote de quinze transistores NPN ideais para este e outros experimentos)
• Duas baterias de 6 volts
• Dois resistores de 1 kΩ
• Um potenciômetro de 10 kΩ, de volta única, cone linear (catálogo Radio Shack # 271-1715)

Esteja ciente de que nem todos os transistores compartilham as mesmas designações de terminal ou pinagem , mesmo que tenham a mesma aparência física. Isso ditará como você conecta os transistores entre si e a outros componentes, portanto, certifique-se de verificar as especificações do fabricante (ficha do componente), facilmente obtida no site do fabricante.

Esteja ciente de que é possível que o pacote do transistor e até mesmo a ficha técnica do fabricante mostre diagramas de identificação de terminal incorretos! É altamente recomendável verificar duas vezes as identidades dos pinos com a função de "verificação de diodo" do multímetro.

Para obter detalhes sobre como identificar terminais de transistor bipolares usando um multímetro, consulte o capítulo 4 do volume Semiconductor (volume III) desta série de livros.

REFERÊNCIAS CRUZADAS

Aulas de circuitos elétricos , Volume 3, capítulo 4:"Transistores de junção bipolar"

OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

• Objetivo do circuito "aterramento" quando não há conexão real com o aterramento
• Usando um resistor de derivação para medir a corrente com um voltímetro
• Meça o ganho de tensão do amplificador
• Meça o ganho de corrente do amplificador
• Transformação da impedância do amplificador

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO







ILUSTRAÇÃO







INSTRUÇÕES

Novamente, tome cuidado, pois o transistor selecionado para este experimento pode não ter as mesmas designações de terminal mostradas aqui e, portanto, o layout da placa de ensaio mostrado na ilustração pode não ser o correto para você. Em minhas ilustrações, mostro todos os transistores de encapsulamento TO-92 com terminais rotulados como “CBE”:Coletor, Base e Emissor, da esquerda para a direita.

Isso é correto para o transistor modelo 2N2222 e alguns outros, mas não para todos ; nem mesmo para todos os transistores do tipo NPN! Como de costume, verifique com o fabricante os detalhes sobre os componentes específicos que você escolhe para um projeto.

Com transistores de junção bipolar, é fácil verificar as atribuições dos terminais com um multímetro. O seguidor de tensão é o circuito amplificador de transistor mais seguro e fácil de construir.

Seu objetivo é fornecer aproximadamente a mesma voltagem para uma carga que é fornecida para o amplificador, mas em uma corrente muito maior. Em outras palavras, ele não tem ganho de tensão, mas tem ganho de corrente.

Observe que o lado negativo (-) da fonte de alimentação é mostrado no diagrama esquemático para ser conectado ao aterramento , conforme indicado pelo símbolo no canto inferior esquerdo do diagrama. Isso não representa necessariamente uma conexão com a terra real.

O que isso significa é que este ponto no circuito - e todos os pontos eletricamente comuns a ele - constituem o ponto de referência padrão para todas as medições de tensão no circuito. Visto que a tensão é necessariamente uma quantidade relativa entre dois pontos, um ponto de referência “comum” designado em um circuito nos dá a capacidade de falar de forma significativa sobre a tensão em pontos específicos e únicos nesse circuito.







Por exemplo, se eu fosse falar de voltagem em a base do transistor (V _B ), Eu significaria a tensão medida entre o terminal de base do transistor e o lado negativo da fonte de alimentação (terra), com a ponta de prova vermelha tocando o terminal de base e a ponta de prova preta tocando o solo. Normalmente, é um absurdo falar de voltagem em um único ponto, mas ter um ponto de referência implícito para medições de tensão torna tais afirmações significativas:







Construa este circuito e meça a tensão de saída versus a tensão de entrada para várias configurações de potenciômetro diferentes. A tensão de entrada é a tensão no limpador do potenciômetro (tensão entre o limpador e o terra do circuito), enquanto a tensão de saída é a tensão do resistor de carga (tensão através do resistor de carga ou tensão do emissor:entre o emissor e o terra do circuito).

Você deve ver uma correlação próxima entre essas duas tensões:uma é apenas um pouco maior que a outra (cerca de 0,6 volts ou mais?), Mas uma mudança na tensão de entrada dá uma mudança quase igual na tensão de saída. Porque a relação entre a entrada muda e produzir mudança é quase 1:1, dizemos que o ganho de tensão CA deste amplificador é quase 1.

Não é muito impressionante, não é? Agora meça a corrente através da base do transistor (corrente de entrada) versus a corrente através do resistor de carga (corrente de saída). Antes de interromper o circuito e inserir o amperímetro para fazer essas medições, considere um método alternativo:meça a tensão através da base e resistores de carga, cujos valores de resistência são conhecidos.

Usando a Lei de Ohm, a corrente através de cada resistor pode ser facilmente calculada:divida a tensão medida pela resistência conhecida (I =E / R). Este cálculo é particularmente fácil com resistores de valor de 1 kΩ:haverá 1 miliampere de corrente para cada volt de queda entre eles.

Para melhor precisão, você pode medir a resistência de cada resistor em vez de assumir um valor exato de 1 kΩ, mas isso realmente não importa muito para os fins deste experimento. Quando os resistores são usados ​​para fazer medições de corrente "traduzindo" uma corrente em uma tensão correspondente, eles são frequentemente chamados de shunt resistores.

Você deve esperar encontrar grandes diferenças entre as correntes de entrada e saída para este circuito amplificador. Na verdade, não é incomum experimentar ganhos de corrente bem acima de 200 para um transistor de sinal pequeno operando em níveis de corrente baixos.

Este é o objetivo principal de um circuito seguidor de tensão:aumentar a capacidade de corrente de um sinal “fraco” sem alterar sua tensão. Outra maneira de pensar sobre a função deste circuito é em termos de impedância .

O lado de entrada deste amplificador aceita um sinal de tensão sem consumir muita corrente. O lado de saída deste amplificador fornece a mesma voltagem, mas em uma corrente limitada apenas pela resistência de carga e a capacidade de manuseio de corrente do transistor.

Em termos de impedância, podemos dizer que este amplificador tem uma alta impedância de entrada (a tensão caiu com muito pouca corrente consumida) e uma baixa impedância de saída (a tensão caiu com capacidade de fonte de corrente quase ilimitada).

SIMULAÇÃO DE COMPUTADOR

Esquema com números de nó SPICE:







Netlist (faça um arquivo de texto contendo o seguinte texto, literalmente):

 Tensão seguidor 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 

Quando esta simulação é executada por meio do programa SPICE, ela mostra uma tensão de entrada de 5,937 volts e uma tensão de saída de 5,095 volts, com uma corrente de entrada de 25,35 µA (2,535E-02 volts caindo na base 1 kΩ R / sub> resistor). A corrente de saída é, obviamente, 5,095 mA, inferida da tensão de saída de 5,095 volts que caiu através de uma resistência de carga de exatamente 1 kΩ.

Você pode alterar a configuração do “potenciômetro” neste circuito ajustando os valores de R _pot1 e R _pot2 , sempre mantendo sua soma em 10 kΩ.



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