Suiveur de tension

PIÈCES ET MATÉRIAUX

• Un transistor NPN—modèles 2N2222 ou 2N3403 recommandés (le catalogue Radio Shack n° 276-1617 est un ensemble de quinze transistors NPN idéal pour cette expérience et d'autres)
• Deux piles 6 volts
• Deux résistances de 1 kΩ
• Un potentiomètre 10 kΩ, monotour, conique linéaire (catalogue Radio Shack n° 271-1715)

Attention, tous les transistors ne partagent pas les mêmes désignations de bornes, ou brochages , même s'ils partagent la même apparence physique. Cela dictera la façon dont vous connecterez les transistors entre eux et à d'autres composants, alors assurez-vous de vérifier les spécifications du fabricant (fiche technique des composants), facilement disponibles sur le site Web du fabricant.

Attention, il est possible que le boîtier du transistor et même la fiche technique du fabricant affichent des schémas d'identification des bornes incorrects ! Il est fortement recommandé de vérifier l'identité des broches avec la fonction « contrôle de diode » de votre multimètre.

Pour plus de détails sur la façon d'identifier les bornes des transistors bipolaires à l'aide d'un multimètre, consultez le chapitre 4 du volume Semiconductor (volume III) de cette série de livres.

REFERENCES CROISEES

Leçons En Circuits Électriques , Volume 3, chapitre 4 :« Transistors à jonction bipolaire »

OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE

• Objectif du circuit « terre » lorsqu'il n'y a pas de connexion réelle à la terre
• Utiliser une résistance shunt pour mesurer le courant avec un voltmètre
• Mesurer le gain de tension de l'amplificateur
• Mesurer le gain de courant de l'amplificateur
• Transformation de l'impédance de l'amplificateur

SCHÉMA SCHÉMA

ILLUSTRATION

INSTRUCTIONS

Encore une fois, sachez que le transistor que vous sélectionnez pour cette expérience peut ne pas avoir les mêmes désignations de bornes que celles indiquées ici, et donc la disposition de la maquette illustrée dans l'illustration peut ne pas vous convenir. Dans mes illustrations, je montre tous les transistors du boîtier TO-92 avec des bornes étiquetées « CBE » : collecteur, base et émetteur, de gauche à droite.

C'est correct pour le transistor modèle 2N2222 et quelques autres, mais pas pour tous; même pas pour tous les transistors de type NPN ! Comme d'habitude, vérifiez auprès du fabricant pour plus de détails sur les composants particuliers que vous choisissez pour un projet.

Avec les transistors à jonction bipolaire, il est assez facile de vérifier les affectations des bornes avec un multimètre. Le suiveur de tension est le circuit amplificateur à transistor le plus sûr et le plus simple à construire.

Son but est de fournir approximativement la même tension à une charge que celle qui est entrée dans l'amplificateur, mais à un courant beaucoup plus élevé. En d'autres termes, il n'a pas de gain de tension, mais il a un gain de courant.

Notez que le côté négatif (-) de l'alimentation est indiqué dans le schéma pour être connecté à la terre , comme indiqué par le symbole dans le coin inférieur gauche du schéma. Cela ne représente pas nécessairement une connexion à la terre réelle.

Cela signifie que ce point du circuit - et tous les points qui lui sont électriquement communs - constituent le point de référence par défaut pour toutes les mesures de tension dans le circuit. Étant donné que la tension est nécessairement une quantité relative entre deux points, un point de référence « commun » désigné dans un circuit nous donne la possibilité de parler de manière significative de la tension à des points particuliers et uniques de ce circuit.

Par exemple, si je devais parler de tension à la base du transistor (V_B ), je veux dire la tension mesurée entre la borne de base du transistor et le côté négatif de l'alimentation (masse), avec la sonde rouge touchant la borne de base et la sonde noire touchant la masse. Normalement, il est absurde de parler de tension à un seul point, mais avoir un point de référence implicite pour les mesures de tension rend de telles déclarations significatives :

Construisez ce circuit et mesurez la tension de sortie par rapport à la tension d'entrée pour plusieurs réglages de potentiomètre différents. La tension d'entrée est la tension au niveau de l'essuie-glace du potentiomètre (tension entre l'essuie-glace et la masse du circuit), tandis que la tension de sortie est la tension de la résistance de charge (tension aux bornes de la résistance de charge, ou tension de l'émetteur :entre l'émetteur et la terre du circuit).

Vous devriez voir une corrélation étroite entre ces deux tensions :l'une est juste un peu plus élevée que l'autre (environ 0,6 volt environ ?), mais un changement de la tension d'entrée donne un changement presque égal de la tension de sortie. Parce que la relation entre l'entrée change et afficher modifier est presque de 1:1, nous disons que le gain en tension alternative de cet amplificateur est proche de 1.

Pas très impressionnant, n'est-ce pas ? Mesurez maintenant le courant à travers la base du transistor (courant d'entrée) par rapport au courant à travers la résistance de charge (courant de sortie). Avant de couper le circuit et d'insérer votre ampèremètre pour effectuer ces mesures, envisagez une autre méthode :mesurez la tension à travers les résistances de base et de charge, dont les valeurs de résistance sont connues.

En utilisant la loi d'Ohm, le courant traversant chaque résistance peut être facilement calculé :divisez la tension mesurée par la résistance connue (I=E/R). Ce calcul est particulièrement facile avec des résistances d'une valeur de 1 kΩ :il y aura 1 milliampère de courant pour chaque volt de chute à leurs bornes.

Pour une meilleure précision, vous pouvez mesurer la résistance de chaque résistance plutôt que de supposer une valeur exacte de 1 kΩ, mais cela n'a pas vraiment d'importance pour les besoins de cette expérience. Lorsque des résistances sont utilisées pour prendre des mesures de courant en « traduisant » un courant en une tension correspondante, elles sont souvent appelées shunt résistances.

Vous devez vous attendre à trouver d'énormes différences entre les courants d'entrée et de sortie pour ce circuit amplificateur. En fait, il n'est pas rare de constater des gains de courant bien supérieurs à 200 pour un transistor à petit signal fonctionnant à des niveaux de courant faibles.

C'est le but principal d'un circuit suiveur de tension :augmenter la capacité de courant d'un signal « faible » sans altérer sa tension. Une autre façon de penser la fonction de ce circuit est en termes d'impédance .

Le côté entrée de cet amplificateur accepte un signal de tension sans consommer beaucoup de courant. Le côté sortie de cet amplificateur délivre la même tension, mais à un courant limité uniquement par la résistance de charge et la capacité de gestion du courant du transistor.

En termes d'impédance, nous pourrions dire que cet amplificateur a une impédance d'entrée élevée (la chute de tension avec très peu de courant consommé) et une faible impédance de sortie (la chute de tension avec une capacité de source de courant presque illimitée).

SIMULATION INFORMATIQUE

Schéma avec les numéros de nœud SPICE :

Netlist (créer un fichier texte contenant le texte suivant, textuellement) :

Suiveur de tension 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 

Lorsque cette simulation est exécutée via le programme SPICE, elle affiche une tension d'entrée de 5,937 volts et une tension de sortie de 5,095 volts, avec un courant d'entrée de 25,35 µA (2,535E-02 volts ont chuté sur la base de 1 kΩ R _{résistance). Le courant de sortie est, bien sûr, de 5,095 mA, déduit de la tension de sortie de 5,095 volts tombée sur une résistance de charge d'exactement 1 kΩ.}

Vous pouvez modifier le réglage du « potentiomètre » dans ce circuit en ajustant les valeurs de R_pot1 et R_pot2 , gardant toujours leur somme à 10 kΩ.

FEUILLE DE TRAVAIL CONNEXE :

• Feuille de travail sur les circuits de polarisation des transistors bipolaires