Amplificateur suiveur de tension : Conception, construction et guide de mesure

Pièces et Matériaux

• Un transistor NPN – modèles 2N2222 ou 2N3403 recommandés. Un pack de 15 pièces (Radio Shack #276-1617) est idéal pour ce et d'autres projets.
• Deux piles 6 V
• Deux résistances 1 kΩ
• Un potentiomètre linéaire 10 kΩ, un tour (Radio Shack #271-1715)

Les configurations de broches des transistors varient même parmi des boîtiers visuellement identiques. Consultez toujours la fiche technique du fabricant avant de câbler. Une vérification rapide avec la fonction diode-test d'un multimètre est fortement conseillée.

Pour un guide étape par étape sur l'identification des bornes de transistor bipolaire avec un multimètre, voir le chapitre 4 de la série Semiconductor Volume III.

Références Croisées

Lessons In Electric Circuits, Volume 3, chapitre 4 : « Transistors à jonction bipolaire ».

Objectifs d'Apprentissage

• Comprendre le rôle de la « masse » du circuit lorsqu'aucune connexion à la terre n'existe.
• Utiliser une résistance shunt pour mesurer le courant avec un voltmètre.
• Déterminer le gain en tension de l'amplificateur.
• Déterminer le gain en courant de l'amplificateur.
• Explorer la transformation d'impédance dans un amplificateur.

Schéma Électrique

 

 

Illustration

 

 

Instructions

Comme le transistor choisi peut ne pas partager le brochage montré ici, la disposition sur plaque d'essai dans l'illustration pourrait nécessiter un ajustement. Dans les figures, tous les transistors TO-92 sont étiquetés « CBE » — Collecteur, Base, Émetteur — de gauche à droite. Cela s'applique au 2N2222 et pièces similaires, mais pas à tous les dispositifs NPN. Vérifiez les affectations de broches pour le composant spécifique que vous utilisez.

Avec les transistors à jonction bipolaire, un multimètre peut rapidement confirmer les brochages. Le suiveur de tension est l'amplificateur transistor le plus simple et le plus sûr à construire.

Son but est de délivrer la même tension à une charge que l'entrée, mais avec une capacité de courant significativement plus élevée. Il n'a pas de gain en tension, mais offre un gain en courant substantiel.

Dans le schéma, la borne négative de l'alimentation est marquée comme « masse ». Ce point de référence n'est pas nécessairement connecté à la terre ; il définit simplement la base de tension pour le circuit.

Par exemple, la tension de base (V_B) est mesurée par rapport à cette référence de masse. Bien que parler de tension « en » un point unique soit normalement sans signification, un point de référence commun rend de telles affirmations utiles.

 

 

Construisez le circuit et enregistrez la tension de sortie versus tension d'entrée pour plusieurs réglages du potentiomètre. La tension d'entrée est la tension au curseur du potentiomètre par rapport à la masse ; la tension de sortie est la tension aux bornes de la résistance de charge (ou tension d'émetteur).

Vous devriez observer une corrélation étroite : un changement d'entrée produit un changement de sortie presque égal, avec une petite chute (~0,6 V) due à la saturation du transistor. Cette relation 1:1 indique un gain en tension AC d'environ l'unité.

Ensuite, comparez le courant de base (entrée) avec le courant de charge (sortie). Au lieu d'insérer un ampèremètre, mesurez la tension aux bornes des résistances 1 kΩ et utilisez la loi d'Ohm (I = E/R). Avec des résistances 1 kΩ, 1 mA circule par volt de chute.

Pour une précision maximale, mesurez la valeur réelle de chaque résistance, bien que les variations soient généralement négligeables pour cette expérience. Ces résistances shunt convertissent le courant en une tension mesurable.

Vous trouverez une grande disparité entre les courants d'entrée et de sortie — les gains de courant dépassent souvent 200 à bas niveaux de signal. C'est l'avantage principal du suiveur de tension : il amplifie le courant sans altérer la tension.

En termes d'impédance, l'amplificateur présente une impédance d'entrée élevée (tirage de courant minimal) et une impédance de sortie faible (capable de délivrer un courant élevé). Cela le rend idéal pour tamponner les signaux entre les étages.

Simulation Informatique

Schéma avec numéros de nœuds SPICE :

 

 

Netlist (copiez le texte suivant dans un fichier .cir et exécutez avec SPICE) :

 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

La simulation sort une tension d'entrée de 5,937 V et une sortie de 5,095 V, avec un courant d'entrée de 25,35 µA (depuis une résistance de base 1 kΩ) et un courant de sortie de 5,095 mA (depuis la charge 1 kΩ). L'ajustement des valeurs du potentiomètre (R_pot1 et R_pot2) tout en gardant leur somme à 10 kΩ change la tension d'entrée en conséquence.

FICHE CONNEXE :

• Fiche de travail : Circuits de polarisation de transistors bipolaires