Voltage volger

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• Eén NPN-transistor - modellen 2N2222 of 2N3403 aanbevolen (Radio Shack-catalogus # 276-1617 is een pakket van vijftien NPN-transistoren, ideaal voor deze en andere experimenten)
• Twee 6-volt batterijen
• Twee weerstanden van 1 kΩ
• Eén 10 kΩ potentiometer, single-turn, lineaire taper (Radio Shack-catalogus # 271-1715)

Pas op dat niet alle transistors dezelfde terminalaanduidingen hebben, of pinouts , zelfs als ze dezelfde fysieke verschijning hebben. Dit bepaalt hoe je de transistors met elkaar en met andere componenten verbindt, dus zorg ervoor dat je de specificaties van de fabrikant (componentgegevensblad) controleert, gemakkelijk te verkrijgen via de website van de fabrikant.

Pas op dat het mogelijk is dat het pakket van de transistor en zelfs het gegevensblad van de fabrikant onjuiste aansluitschema's tonen! Het dubbel controleren van pin-identiteiten met de "diode check"-functie van uw multimeter wordt ten zeerste aanbevolen.

Raadpleeg hoofdstuk 4 van het Semiconductor-volume (deel III) van deze boekenreeks voor meer informatie over het identificeren van bipolaire transistoraansluitingen met behulp van een multimeter.

KRUISVERWIJZINGEN

Lessen in elektrische circuits , Volume 3, hoofdstuk 4:"Bipolaire junctietransistoren"

LEERDOELSTELLINGEN

• Doel van circuit "aarde" wanneer er geen daadwerkelijke verbinding met aarde is
• Een shuntweerstand gebruiken om stroom te meten met een voltmeter
• Meet versterking spanningsversterking
• Meet stroomversterking versterker
• Versterkerimpedantietransformatie

SCHEMATISCH DIAGRAM

ILLUSTRATIE

INSTRUCTIES

Nogmaals, pas op dat de transistor die u voor dit experiment selecteert, mogelijk niet dezelfde terminalaanduidingen heeft die hier worden getoond, en dat de in de afbeelding getoonde breadboard-lay-out daarom mogelijk niet correct voor u is. In mijn illustraties laat ik alle TO-92-pakkettransistors zien met aansluitingen met het label "CBE":Collector, Base en Emitter, van links naar rechts.

Dit is correct voor de model 2N2222-transistor en enkele andere, maar niet voor alle; zelfs niet voor alle NPN-transistors! Neem zoals gewoonlijk contact op met de fabrikant voor details over de specifieke component(en) die u kiest voor een project.

Met bipolaire junctietransistoren is het eenvoudig genoeg om de klemtoewijzingen te verifiëren met een multimeter. De spanningsvolger is het veiligste en gemakkelijkste transistorversterkercircuit om te bouwen.

Het doel is om ongeveer dezelfde spanning aan een belasting te leveren als wat wordt ingevoerd naar de versterker, maar met een veel grotere stroom. Met andere woorden, het heeft geen spanningsversterking, maar het heeft wel stroomversterking.

Merk op dat de negatieve (-) kant van de voeding wordt getoond in het schema dat moet worden aangesloten op massa , zoals aangegeven door het symbool in de linkerbenedenhoek van het diagram. Dit vertegenwoordigt niet noodzakelijkerwijs een verbinding met de werkelijke aarde.

Wat het betekent is dat dit punt in het circuit - en alle elektrisch gemeenschappelijke punten - het standaardreferentiepunt vormen voor alle spanningsmetingen in het circuit. Aangezien spanning noodzakelijkerwijs een relatieve hoeveelheid is tussen twee punten, geeft een "gemeenschappelijk" referentiepunt in een circuit ons de mogelijkheid om zinvol te spreken over spanning op bepaalde afzonderlijke punten in dat circuit.

Als ik bijvoorbeeld zou spreken van spanning op de basis van de transistor (V_B ), zou ik de spanning bedoelen die wordt gemeten tussen de basisterminal van de transistor en de negatieve kant van de voeding (aarde), waarbij de rode sonde de basisterminal raakt en de zwarte sonde de grond raakt. Normaal gesproken is het onzin om te spreken van spanning op een enkel punt, maar het hebben van een impliciet referentiepunt voor spanningsmetingen maakt dergelijke uitspraken zinvol:

Bouw dit circuit en meet de uitgangsspanning versus de ingangsspanning voor verschillende potentiometerinstellingen. Ingangsspanning is de spanning op de wisser van de potentiometer (spanning tussen de wisser en circuitaarde), terwijl uitgangsspanning de belastingsweerstandsspanning is (spanning over de belastingsweerstand of emitterspanning:tussen de emitter en circuitaarde).

Je zou een nauw verband moeten zien tussen deze twee spanningen:de ene is net iets groter dan de andere (ongeveer 0,6 volt of zo?), maar een verandering in de ingangsspanning geeft een bijna gelijke verandering in de uitgangsspanning. Omdat de relatie tussen invoer verandering en uitvoer verandering is bijna 1:1, we zeggen dat de AC-spanningsversterking van deze versterker bijna 1 is.

Niet erg indrukwekkend, toch? Meet nu de stroom door de basis van de transistor (ingangsstroom) versus stroom door de belastingsweerstand (uitgangsstroom). Voordat u het circuit verbreekt en uw ampèremeter plaatst om deze metingen te doen, moet u een alternatieve methode overwegen:spanning meten over de basis- en belastingsweerstanden, waarvan de weerstandswaarden bekend zijn.

Met behulp van de wet van Ohm kan de stroom door elke weerstand eenvoudig worden berekend:deel de gemeten spanning door de bekende weerstand (I=E/R). Deze berekening is bijzonder eenvoudig met weerstanden met een waarde van 1 kΩ:er zal 1 milliampère stroom zijn voor elke voltdaling erover.

Voor de beste precisie kun je de weerstand van elke weerstand meten in plaats van een exacte waarde van 1 kΩ aan te nemen, maar voor de doeleinden van dit experiment maakt het niet veel uit. Wanneer weerstanden worden gebruikt om stroommetingen te doen door een stroom te "vertalen" naar een overeenkomstige spanning, worden ze vaak shunt genoemd. weerstanden.

Je zou voor dit versterkercircuit enorme verschillen kunnen verwachten tussen ingangs- en uitgangsstromen. In feite is het niet ongebruikelijk om stroomwinsten van meer dan 200 te ervaren voor een transistor met een klein signaal die bij lage stroomniveaus werkt.

Dit is het primaire doel van een spanningsvolgercircuit:om de stroomcapaciteit van een "zwak" signaal te vergroten zonder de spanning te veranderen. Een andere manier van denken over de functie van dit circuit is in termen van impedantie .

De ingangszijde van deze versterker accepteert een spanningssignaal zonder veel stroom te trekken. De uitgangszijde van deze versterker levert dezelfde spanning, maar met een stroom die alleen wordt beperkt door de belastingsweerstand en het vermogen van de transistor om stroom te verwerken.

In termen van impedantie zouden we kunnen zeggen dat deze versterker een hoge ingangsimpedantie heeft (daling van de spanning met zeer weinig opgenomen stroom) en een lage uitgangsimpedantie (daling van de spanning met bijna onbeperkte stroomvoorzieningscapaciteit).

COMPUTERSIMULATIE

Schema met SPICE-knooppuntnummers:

Netlijst (maak een tekstbestand met de volgende tekst, letterlijk):

Voltage volger 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 

Wanneer deze simulatie door het SPICE-programma wordt uitgevoerd, toont het een ingangsspanning van 5,937 volt en een uitgangsspanning van 5,095 volt, met een ingangsstroom van 25,35 A (2,535E-02 volt gedaald over de 1 kΩ R_base weerstand). Uitgangsstroom is natuurlijk 5,095 mA, afgeleid van de uitgangsspanning van 5,095 volt die is gedaald over een belastingsweerstand van precies 1 kΩ.

U kunt de instelling van de "potentiometer" in dit circuit wijzigen door de waarden van R_pot1 . aan te passen en R_pot2 , waarbij ze hun som altijd op 10 kΩ houden.

GERELATEERD WERKBLAD:

• Werkblad Bipolaire Transistor Biasing Circuits