5.11: Seguidor de Voltaje

PARTES Y MATERIALES

• Un transistor NPN: se recomiendan los modelos 2N2222 o 2N3403 (Radio Shack catálogo # 276-1617 es un paquete de quince transistores NPN ideal para este y otros experimentos)
• Dos baterías de 6 voltios
• Dos resistencias de 1 kΩ
• Un potenciómetro de 10 kΩ, giro simple, cono lineal (Radio Shack catálogo # 271-1715)

Tenga en cuenta que no todos los transistores comparten las mismas designaciones de terminales, o pinouts, aunque compartan la misma apariencia física. Esto dictará cómo conecta los transistores entre sí y a otros componentes, así que asegúrese de verificar las especificaciones del fabricante (hoja de datos del componente), fácilmente obtenidas del sitio web del fabricante. ¡Tenga en cuenta que es posible que el paquete del transistor e incluso la hoja de datos del fabricante muestre diagramas de identificación de terminales incorrectos! Es muy recomendable verificar las identidades de los pines con la función de “verificación de diodos” de su multímetro. Para obtener detalles sobre cómo identificar terminales de transistores bipolares utilizando un multímetro, consulte el capítulo 4 del volumen Semiconductor (volumen III) de esta serie de libros.

Referencias cruzadas

Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 3, Capítulo 4: “Transistores de Unión Bipolar”

Objetivos de aprendizaje

• Propósito de la “tierra” del circuito cuando no hay una conexión real a tierra
• Uso de una resistencia de derivación para medir la corriente con un voltímetro
• Medir ganancia de voltaje del amplificador
• Medir ganancia de corriente del amplificador
• Transformación de impedancia de amplificador

Diagrama esquemático

Ilustracion

INSTRUCCIÓN

Nuevamente, tenga cuidado de que el transistor que seleccione para este experimento puede no tener las mismas designaciones de terminales que se muestran aquí, por lo que el diseño de la placa de pruebas que se muestra en la ilustración puede no ser correcto para usted. En mis ilustraciones, muestro todos los transistores de paquete TO-92 con terminales etiquetados “CBE”: Colector, Base y Emisor, de izquierda a derecha. Esto es correcto para el transistor modelo 2N2222 y algunos otros, pero no para todos; ¡ni siquiera para todos los transistores de tipo NPN! Como de costumbre, consulte con el fabricante para obtener detalles sobre los componentes particulares que elija para un proyecto. Con los transistores de unión bipolar, es bastante fácil verificar las asignaciones de terminales con un multímetro.

El seguidor de voltaje es el circuito amplificador de transistor más seguro y fácil de construir. Su propósito es proporcionar aproximadamente el mismo voltaje a una carga que lo que es entrada al amplificador pero a una corriente mucho mayor. En otras palabras, no tiene ganancia de voltaje, pero sí tiene ganancia de corriente.

Tenga en cuenta que el lado negativo (-) de la fuente de alimentación se muestra en el diagrama esquemático para conectarse a tierra, como lo indica el símbolo en la esquina inferior izquierda del diagrama. Esto no representa necesariamente una conexión con la tierra real. Lo que significa es que este punto en el circuito, y todos los puntos eléctricamente comunes al mismo, constituyen el punto de referencia predeterminado para todas las mediciones de voltaje en el circuito. Dado que el voltaje es por necesidad una cantidad relativa entre dos puntos, un punto de referencia “común” designado en un circuito nos da la capacidad de hablar de manera significativa de voltaje en puntos particulares, individuales en ese circuito.

Por ejemplo, si hablara de voltaje en la base del transistor (V _B), me referiría al voltaje medido entre el terminal base del transistor y el lado negativo de la fuente de alimentación (tierra), con la sonda roja tocando el terminal base y tocando la sonda negra suelo. Normalmente, no tiene sentido hablar de voltaje en un solo punto, pero tener un punto de referencia implícito para las mediciones de voltaje hace que tales declaraciones sean significativas:

Construya este circuito y mida el voltaje de salida frente al voltaje de entrada para varios ajustes de potenciómetro diferentes. El voltaje de entrada es el voltaje en el limpiaparabrisas del potenciómetro (voltaje entre el limpiaparabrisas y tierra del circuito), mientras que el voltaje de salida es el voltaje de la resistencia de carga (voltaje a través de la resistencia de carga o voltaje del emisor: entre el emisor y la tierra del circuito). Deberías ver una estrecha correlación entre estos dos voltajes: uno es solo un poco mayor que el otro (¿aproximadamente 0.6 voltios o así?) , pero un cambio en el voltaje de entrada da un cambio casi igual en el voltaje de salida. Debido a que la relación entre el cambio de entrada y el cambio de salida es casi 1:1, decimos que la ganancia de voltaje de CA de este amplificador es de casi 1.

No es muy impresionante, ¿verdad? Ahora mida la corriente a través de la base del transistor (corriente de entrada) versus la corriente a través de la resistencia de carga (corriente de salida). Antes de romper el circuito e insertar su amperímetro para tomar estas medidas, considere un método alternativo: medir el voltaje a través de la base y las resistencias de carga, cuyos valores de resistencia son conocidos. Usando la Ley de Ohm, la corriente a través de cada resistencia puede calcularse fácilmente: dividir el voltaje medido por la resistencia conocida (I=E/R). Este cálculo es particularmente fácil con resistencias de valor de 1 kΩ: habrá 1 miliamperio de corriente por cada voltio de caída a través de ellas. Para obtener la mejor precisión, puede medir la resistencia de cada resistencia en lugar de asumir un valor exacto de 1 kΩ, pero realmente no importa mucho para los fines de este experimento. Cuando las resistencias se utilizan para tomar medidas de corriente “traduciendo” una corriente en una tensión correspondiente, a menudo se las conoce como resistencias de derivación.

Debe esperar encontrar grandes diferencias entre las corrientes de entrada y salida para este circuito amplificador. De hecho, no es raro experimentar ganancias de corriente muy superiores a 200 para un transistor de señal pequeña que opera a bajos niveles de corriente. Este es el propósito principal de un circuito seguidor de voltaje: aumentar la capacidad de corriente de una señal “débil” sin alterar su voltaje.

Otra forma de pensar de la función de este circuito es en términos de impedancia. El lado de entrada de este amplificador acepta una señal de voltaje sin extraer mucha corriente. El lado de salida de este amplificador entrega el mismo voltaje, pero a una corriente limitada solo por la resistencia de carga y la capacidad de manejo de corriente del transistor. Fundido en términos de impedancia, podríamos decir que este amplificador tiene una alta impedancia de entrada (caída de voltaje con muy poca corriente extraída) y una baja impedancia de salida (voltaje caído con capacidad de abastecimiento de corriente casi ilimitada).

Simulación por computadora

Esquema con números de nodo SPICE:

Netlist (hacer un archivo de texto que contenga el siguiente texto, textualmente):

Cuando esta simulación se ejecuta a través del programa SPICE, muestra un voltaje de entrada de 5.937 voltios y un voltaje de salida de 5.095 voltios, con una corriente de entrada de 25.35 µA (2.535E-02 voltios cayeron a través de la resistencia _base de 1 kΩ R). La corriente de salida es, por supuesto, 5.095 mA, inferida del voltaje de salida de 5.095 voltios caído a través de una resistencia de carga de exactamente 1 kΩ. Se puede cambiar la configuración del “potenciómetro” en este circuito ajustando los valores de R _pot1 y R _pot2, manteniendo siempre su suma en 10 kΩ.