Spannungsfolger

TEILE UND MATERIALIEN

• Ein NPN-Transistor – Modelle 2N2222 oder 2N3403 empfohlen (Radio Shack-Katalog Nr. 276-1617 ist ein Paket von fünfzehn NPN-Transistoren, ideal für dieses und andere Experimente)
• Zwei 6-Volt-Batterien
• Zwei 1-kΩ-Widerstände
• Ein 10 kΩ Potentiometer, Singleturn, Linearkegel (Radio Shack Katalog # 271-1715)

Beachten Sie, dass nicht alle Transistoren die gleichen Anschlussbezeichnungen oder Pinbelegungen haben , auch wenn sie die gleiche physische Erscheinung haben. Dies bestimmt, wie Sie die Transistoren miteinander und mit anderen Komponenten verbinden. Überprüfen Sie daher unbedingt die Spezifikationen des Herstellers (Komponentendatenblatt), die Sie leicht auf der Website des Herstellers erhalten.

Beachten Sie, dass das Gehäuse des Transistors und sogar das Datenblatt des Herstellers möglicherweise falsche Klemmenkennzeichnungsdiagramme anzeigen! Es wird dringend empfohlen, die Pinidentitäten mit der "Diodenprüfung"-Funktion Ihres Multimeters zu überprüfen.

Einzelheiten zum Identifizieren von Bipolartransistoranschlüssen mit einem Multimeter finden Sie in Kapitel 4 des Halbleiterbands (Band III) dieser Buchreihe.

QUERVERWEISE

Lektionen in Stromkreisen , Band 3, Kapitel 4:„Bipolar-Junction-Transistoren“

LERNZIELE

• Zweck des Schaltkreises „Masse“, wenn keine tatsächliche Verbindung zur Erde besteht
• Verwenden eines Shunt-Widerstands zum Messen des Stroms mit einem Voltmeter
• Messverstärker-Spannungsverstärkung
• Messverstärker-Stromverstärkung
• Verstärkerimpedanztransformation

SCHEMATISCHES DIAGRAMM

ILLUSTRATION

ANLEITUNG

Beachten Sie auch hier, dass der Transistor, den Sie für dieses Experiment auswählen, möglicherweise nicht die gleichen Klemmenbezeichnungen hat, die hier gezeigt werden, und daher ist das in der Abbildung gezeigte Steckbrett-Layout möglicherweise nicht für Sie korrekt. In meinen Abbildungen zeige ich alle TO-92-Gehäusetransistoren mit den mit „CBE“ gekennzeichneten Anschlüssen:Kollektor, Basis und Emitter, von links nach rechts.

Dies gilt für das Modell 2N2222 Transistor und einige andere, aber nicht für alle; nicht einmal für alle NPN-Transistoren! Erkundigen Sie sich wie üblich beim Hersteller nach Einzelheiten zu den speziellen Komponenten, die Sie für ein Projekt auswählen.

Bei Bipolartransistoren ist es einfach, die Anschlussbelegung mit einem Multimeter zu überprüfen. Der Spannungsfolger ist die sicherste und am einfachsten zu bauende Transistorverstärkerschaltung.

Sein Zweck besteht darin, einer Last ungefähr die gleiche Spannung zuzuführen, die dem Verstärker zugeführt wird, jedoch mit einem viel größeren Strom. Mit anderen Worten, es hat keine Spannungsverstärkung, aber eine Stromverstärkung.

Beachten Sie, dass die negative (-) Seite des Netzteils im Schaltplan mit Masse verbunden ist , wie durch das Symbol in der unteren linken Ecke des Diagramms angezeigt. Dies stellt nicht unbedingt eine Verbindung zur tatsächlichen Erde dar.

Dies bedeutet, dass dieser Punkt im Stromkreis – und alle ihm elektrisch gemeinsamen Punkte – den Standardbezugspunkt für alle Spannungsmessungen im Stromkreis bilden. Da Spannung zwangsläufig eine relative Größe zwischen zwei Punkten ist, gibt uns ein „gemeinsamer“ Bezugspunkt in einem Stromkreis die Möglichkeit, sinnvoll von Spannung an bestimmten einzelnen Punkten in diesem Stromkreis zu sprechen.

Wenn ich zum Beispiel von Spannung bei . sprechen würde die Basis des Transistors (V_B ), würde ich die zwischen der Basisklemme des Transistors und der negativen Seite der Stromversorgung (Masse) gemessene Spannung meinen, wobei die rote Sonde die Basisklemme und die schwarze Sonde die Masse berührt. Normalerweise ist es Unsinn, von Spannung an zu sprechen ein einzelner Punkt, aber ein impliziter Referenzpunkt für Spannungsmessungen macht solche Aussagen sinnvoll:

Bauen Sie diese Schaltung auf und messen Sie die Ausgangsspannung gegenüber der Eingangsspannung für mehrere verschiedene Potentiometereinstellungen. Eingangsspannung ist die Spannung am Schleifer des Potentiometers (Spannung zwischen Schleifer und Schaltungsmasse), während Ausgangsspannung die Lastwiderstandsspannung (Spannung am Lastwiderstand oder Emitterspannung:zwischen Emitter und Schaltungsmasse) ist.

Sie sollten eine enge Korrelation zwischen diesen beiden Spannungen sehen:Eine ist nur ein wenig größer als die andere (etwa 0,6 Volt oder so?), aber eine Änderung der Eingangsspannung führt zu einer fast gleichen Änderung der Ausgangsspannung. Da sich die Beziehung zwischen Eingabe ändern und ändern ausgeben fast 1:1 beträgt, sagen wir, dass die Wechselspannungsverstärkung dieses Verstärkers fast 1 beträgt.

Nicht sehr beeindruckend, oder? Messen Sie nun den Strom durch die Basis des Transistors (Eingangsstrom) gegen den Strom durch den Lastwiderstand (Ausgangsstrom). Bevor Sie den Stromkreis unterbrechen und Ihr Amperemeter einführen, um diese Messungen durchzuführen, ziehen Sie eine alternative Methode in Betracht:Messen Sie die Spannung über die Basis- und Lastwiderstände, deren Widerstandswerte bekannt sind.

Mit dem Ohmschen Gesetz kann der Strom durch jeden Widerstand leicht berechnet werden:Teilen Sie die gemessene Spannung durch den bekannten Widerstand (I=E/R). Diese Berechnung ist bei Widerständen mit einem Wert von 1 kΩ besonders einfach:Es gibt 1 Milliampere Strom für jedes an ihnen abfallende Volt.

Um die beste Genauigkeit zu erzielen, können Sie den Widerstand jedes Widerstands messen, anstatt einen genauen Wert von 1 kΩ anzunehmen, aber das spielt für die Zwecke dieses Experiments keine große Rolle. Wenn Widerstände verwendet werden, um Strommessungen durchzuführen, indem ein Strom in eine entsprechende Spannung „umgesetzt“ wird, werden sie oft als Shunt bezeichnet Widerstände.

Sie sollten bei dieser Verstärkerschaltung mit großen Unterschieden zwischen Eingangs- und Ausgangsströmen rechnen. Tatsächlich ist es nicht ungewöhnlich, Stromverstärkungen von weit über 200 für einen Kleinsignaltransistor zu erleben, der bei niedrigen Strompegeln arbeitet.

Dies ist der Hauptzweck einer Spannungsfolgerschaltung:die Stromkapazität eines „schwachen“ Signals zu erhöhen, ohne seine Spannung zu ändern. Eine andere Denkweise über die Funktion dieser Schaltung ist die Impedanz .

Die Eingangsseite dieses Verstärkers akzeptiert ein Spannungssignal, ohne viel Strom zu ziehen. Die Ausgangsseite dieses Verstärkers liefert die gleiche Spannung, jedoch mit einem Strom, der nur durch den Lastwiderstand und die Strombelastbarkeit des Transistors begrenzt wird.

In Bezug auf die Impedanz können wir sagen, dass dieser Verstärker eine hohe Eingangsimpedanz (Spannungsabfall bei sehr geringer Stromaufnahme) und eine niedrige Ausgangsimpedanz (Spannungsabfall bei fast unbegrenzter Stromlieferkapazität) hat.

COMPUTER-SIMULATION

Schema mit SPICE-Knotennummern:

Netzliste (erstellen Sie eine Textdatei mit dem folgenden Text, wörtlich):

Spannungsfolger 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 

Wenn diese Simulation durch das SPICE-Programm läuft, zeigt sie eine Eingangsspannung von 5,937 Volt und eine Ausgangsspannung von 5,095 Volt bei einem Eingangsstrom von 25,35 µA (2,535E-02 Volt, die über den 1 kΩ R_base Widerstand). Der Ausgangsstrom beträgt natürlich 5,095 mA, abgeleitet von der Ausgangsspannung von 5,095 Volt, die über einen Lastwiderstand von genau 1 kΩ abfallt.

Sie können die „Potentiometer“-Einstellung in dieser Schaltung ändern, indem Sie die Werte von R_pot1 . anpassen und R_pot2 , ihre Summe immer bei 10 kΩ halten.

VERWANDTES ARBEITSBLATT:

• Arbeitsblatt für Bipolartransistor-Vorspannungsschaltungen