Voltage Follower Versterker: Ontwerp, Bouw, en Meet Handleiding

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• Eén NPN transistor – modellen 2N2222 of 2N3403 zijn aanbevolen. Een 15‑stuk pakket (Radio Shack catalogus # 276‑1617) is ideaal voor dit en andere projecten.
• Twee 6‑volt batterijen
• Twee 1 kΩ weerstanden
• Eén 10 kΩ enkelvoudige lineaire potentiometer (Radio Shack catalogus # 271‑1715)

Transistor pinouts variëren zelfs onder visueel identieke behuizingen. Raadpleeg altijd de datasheet van de fabrikant voordat u bedraadt. Een snelle verificatie met de diode‑check functie van een multimeter is ten zeerste aanbevolen.

Voor een stapsgewijze handleiding over het identificeren van bipolaire transistor terminalen met een multimeter, zie hoofdstuk 4 van de Semiconductor Volume III serie.

NASLAGWERKEN

Lessons In Electric Circuits, Volume 3, hoofdstuk 4: "Bipolar Junction Transistors."

LEERDOELEN

• De rol van circuit "grond" begrijpen wanneer geen aarding bestaat.
• Een shunt weerstand gebruiken om stroom te meten met een voltmeter.
• Versterker spanningsversterking bepalen.
• Versterker stroomversterking bepalen.
• Impedantietransformatie in een versterker verkennen.

SCHEMA

ILLUSTRATIE

INSTRUCTIES

Omdat de gekozen transistor de pinout die hier getoond is misschien niet deelt, kan de breadboard layout in de illustratie aanpassing vereisen. In de figuren zijn alle TO‑92 transistoren gelabeld "CBE" – Collector, Base, Emitter – van links naar rechts. Dit geldt voor de 2N2222 en vergelijkbare onderdelen, maar niet voor elk NPN apparaat. Verifieer pin toewijzingen voor het specifieke component dat u gebruikt.

Met bipolaire transistors kan een multimeter snel pinouts bevestigen. De voltage follower is de eenvoudigste en veiligste transistorversterker om te construeren.

Het doel is om dezelfde spanning aan een belasting te leveren als de invoer, maar met aanzienlijk hogere stroomcapaciteit. Het heeft geen spanningsversterking, maar biedt wel substantiële stroomversterking.

In het schema is de negatieve pool van de voeding gemarkeerd als "grond." Dit referentiepunt is niet noodzakelijk met aarde verbonden; het definieert slechts de spanningsbasislijn voor de schakeling.

Bijvoorbeeld, de basisspanning (V_B) wordt gemeten ten opzichte van deze grondreferentie. Hoewel het spreken over spanning "op" een enkel punt normaal zinloos is, maakt een gemeenschappelijk referentiepunt dergelijke uitspraken nuttig.

Bouw de schakeling en noteer de uitgangsspanning versus invoerspanning voor verschillende potentiometerinstellingen. Invoerspanning is de spanning op de potentiometer wiper ten opzichte van grond; uitgangsspanning is de spanning over de belastingweerstand (of emitterspanning).

U zou een nauwe correlatie moeten observeren: een verandering in invoer produceert een bijna gelijke verandering in uitgang, met een kleine val (~0,6 V) door transistorsaturatie. Deze 1:1 relatie duidt op een AC spanningsversterking van ongeveer eenheid.

Vergelijk vervolgens basistroom (invoer) met belastingstroom (uitgang). In plaats van een ammeter in te voegen, meet de spanning over de 1 kΩ weerstanden en gebruik de wet van Ohm (I = E/R). Met 1 kΩ weerstanden vloeit 1 mA per volt val.

Voor maximale nauwkeurigheid, meet de actuele waarde van elke weerstand, hoewel variaties doorgaans verwaarloosbaar zijn voor dit experiment. Deze shunt weerstanden converteren stroom naar een meetbare spanning.

U zult een grote dispariteit tussen in‑ en uitgangsstromen vinden – stroomversterkingen overschrijden vaak 200 bij lage signaalniveaus. Dit is de kernvoordeel van de voltage follower: het versterkt stroom zonder de spanning te wijzigen.

In impedantietermen presenteert de versterker hoge invoerimpedantie (minimale stroomtrekking) en lage uitgangsimpedantie (in staat om hoge stroom te leveren). Dit maakt het ideaal voor het bufferen van signalen tussen trappen.

COMPUTERSIMULATIE

Schema met SPICE knoopnummers:

Netlist (kopieer de volgende tekst in een .cir bestand en voer uit met SPICE):

Voltage follower
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

De simulatie levert een invoerspanning van 5,937 V en een uitgang van 5,095 V op, met een invoerstroom van 25,35 µA (vanuit een 1 kΩ basisweerstand) en een uitgangsstroom van 5,095 mA (vanuit de 1 kΩ belasting). Het aanpassen van de potentiometerwaarden (R_pot1 en R_pot2) terwijl hun som 10 kΩ blijft, verandert de invoerspanning dienovereenkomstig.

GERELATEERD WERKBLAD:

• Bipolaire Transistor Biasing Schakelingen Werkblad