Amplificador Seguidor de Tensão: Design, Construção e Guia de Medição

PEÇAS E MATERIAIS

• Um transistor NPN – modelos 2N2222 ou 2N3403 recomendados. Pacote de 15 peças (Radio Shack catálogo #276-1617) ideal para este e outros projetos.
• Duas baterias de 6 volts
• Dois resistores de 1 kΩ
• Um potenciômetro linear de volta única de 10 kΩ (Radio Shack catálogo #271-1715)

Pinouts de transistores variam mesmo entre pacotes visualmente idênticos. Sempre consulte o datasheet do fabricante antes de ligar. Verificação rápida com função de teste de diodo do multímetro é altamente aconselhável.

Para guia passo a passo sobre identificação de terminais de transistor bipolar com multímetro, veja capítulo 4 da série Semiconductor Volume III.

REFERÊNCIAS CRUZADAS

Lessons In Electric Circuits, Volume 3, capítulo 4: "Transistores de Junção Bipolar."

OBJETIVOS DE APRENDIZADO

• Entender o papel do "terra" do circuito quando não há conexão com a terra.
• Usar resistor shunt para medir corrente com voltímetro.
• Determinar ganho de tensão do amplificador.
• Determinar ganho de corrente do amplificador.
• Explorar transformação de impedância em amplificador.

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

 

 

ILUSTRAÇÃO

 

 

INSTRUÇÕES

Como o transistor escolhido pode não compartilhar o pinout mostrado aqui, o layout da protoboard na ilustração pode precisar de ajuste. Nas figuras, todos os transistores TO-92 são rotulados "CBE" – Coletor, Base, Emissor – da esquerda para direita. Isso se aplica ao 2N2222 e partes similares, mas não a todo dispositivo NPN. Verifique atribuições de pinos para o componente específico que usar.

Com transistores de junção bipolar, um multímetro pode confirmar pinouts rapidamente. O seguidor de tensão é o amplificador transistor mais simples e seguro de construir.

Seu propósito é entregar a mesma tensão a uma carga que a entrada, mas com capacidade de corrente significativamente maior. Não tem ganho de tensão, mas oferece ganho de corrente substancial.

No esquemático, o terminal negativo da fonte é marcado como "terra". Este ponto de referência não está necessariamente conectado à terra; meramente define a linha de base de tensão para o circuito.

Por exemplo, a tensão de base (V_B) é medida relativa a esta referência de terra. Embora falar de tensão "em" um único ponto seja normalmente sem sentido, um ponto de referência comum torna tais afirmações úteis.

 

 

Construa o circuito e registre tensão de saída versus tensão de entrada para várias configurações do potenciômetro. Tensão de entrada é a tensão no cursor do potenciômetro relativa ao terra; tensão de saída é a tensão no resistor de carga (ou tensão do emissor).

Você deve observar correlação próxima: mudança na entrada produz mudança quase igual na saída, com pequena queda (~0,6 V) devido à saturação do transistor. Esta relação 1:1 indica ganho de tensão CA de aproximadamente unidade.

Em seguida, compare corrente de base (entrada) com corrente de carga (saída). Em vez de inserir amperímetro, meça tensão nos resistores de 1 kΩ e use a lei de Ohm (I = E/R). Com resistores de 1 kΩ, 1 mA flui por volt de queda.

Para máxima precisão, meça o valor real de cada resistor, embora variações sejam tipicamente insignificantes para este experimento. Estes resistores shunt convertem corrente em tensão mensurável.

Você encontrará grande disparidade entre correntes de entrada e saída – ganhos de corrente frequentemente excedem 200 em níveis de sinal baixos. Esta é a vantagem central do seguidor de tensão: amplifica corrente sem alterar tensão.

Em termos de impedância, o amplificador apresenta alta impedância de entrada (consumo mínimo de corrente) e baixa impedância de saída (capaz de entregar alta corrente). Isso o torna ideal para buffer de sinais entre estágios.

SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL

Esquemático com números de nós SPICE:

 

 

Netlist (copie o seguinte texto para um arquivo .cir e execute com SPICE):

 Seguidor de tensão 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 

A simulação produz tensão de entrada de 5,937 V e saída de 5,095 V, com corrente de entrada de 25,35 µA (de resistor de base 1 kΩ) e corrente de saída de 5,095 mA (de carga 1 kΩ). Ajustando valores do potenciômetro (R_pot1 e R_pot2) mantendo sua soma em 10 kΩ muda a tensão de entrada adequadamente.

PLANILHA RELACIONADA:

• Planilha de Circuitos de Polarização de Transistor Bipolar