En este proyecto, mostraremos cómo construir un buffer con un transistor. con unos pocosresistores y condensadores.
Un buffer es un dispositivo que emite el mismo voltaje que se alimenta en él.Su puede servir una miríada de usos tales como permitir la transferencia de voltaje máximo y causar la carga de baja corriente de una fuente de alimentación.
Este circuito no utiliza un circuito integrado como un buffer IC.
Sólo utiliza componentes simples.
El tipo de transistor que utilizamos es un transistor de unión bipolar, del tipo NPN.Se puede utilizar cualquiera; los populares son el 2N3904 y el 2N2222.
El circuito del transistor se configurará como un seguidor de emisor (otro nombre es circuito de colector común).
Un circuito seguidor de emisor es un circuito de transistor en el que la tensión en el emisor sigue la tensión de entrada. Es una imagen especular, por así decirlo, de la tensión de entrada. Por lo tanto, la tensión en la salida es la misma que la tensión en la entrada.
Como la tensión de salida es una imagen especular de la tensión de entrada y la impedancia de entrada es grande y la impedancia de salida es pequeña, el seguidor de emisor funciona como un amortiguador.
Por lo tanto, si una línea de tensión necesita ser amortiguada se puede conectar a la entrada de este circuito y la carga que necesita ser alimentada se conecta a la salida de este circuito.
Esto es genial cuando no se dispone de un chip amortiguador o un chip lógico que se pueda convertir en un amortiguador.
En nuestro circuito, concretamente, la impedancia de entrada será de más de 50KΩ y la impedancia de salida será de unos 5Ω. Esto es crea un efecto amortiguador bastante bueno en cualquier voltaje que necesita ser amortiguado.
Construiremos este tipo de circuito de transistor para que actúe como amortiguador.
Para diseñar correctamente un circuito seguidor de emisor, hay que tener en cuenta varios factores, como la cantidad de tensión continua que se suministra al colector del transistor, la cantidad de corriente que se desea que pase por el transistor y el corte de frecuencia de las señales de CA que entran en la entrada.
A continuación repasaremos todos estos conceptos con mucha profundidad. Mostraremos en este circuito cómo configurarlo y cómo elegir los valores de las resistencias y condensadores, lo que se llama polarización del transistor.
Componentes necesarios
- 2N3904 transistor NPN
- 1KΩ resistencia
- 1.Resistencia de 1KΩ
- Resistencia de 500Ω
- Condensador electrolítico de 16μF
- Condensador electrolítico de 1600μF
El transistor que se elija puede ser realmente cualquier transistor BJT NPN. Para este circuito, elegimos el transistor 2N3904.
Para muchos de los valores de los componentes que realmente calculamos, no podrás encontrar esos valores precisos. Por ejemplo, a continuación calculamos que una de las resistencias es de 565Ω. Esta resistencia no existe. Así que hacemos una aproximación. Es posible encontrar una resistencia de 500Ω e incluso si no puedes puedes poner 2 resistencias de 1KΩ en paralelo para dar una resistencia equivalente de 500Ω.
Una resistencia de 1,1KΩ tampoco la encontrarás. Así que puedes aproximar hasta 1KΩ o poner una resistencia de 1KΩ en serie con una resistencia de 100Ω. Para todos los propósitos básicos, esto no es necesario. Puedes simplemente conectar una resistencia de 1KΩ en lugar de 1,1KΩ. Produce resultados similares.
Las mismas aproximaciones deben utilizarse para los valores de los condensadores. Encuentre un valor lo más cercano posible a los valores de los condensadores calculados y utilícelos.
Circuito tampón de transistor
El circuito tampón que construiremos con un solo transistor NPN BJTy unas pocas resistencias y condensadores se muestra a continuación.
El circuito de la protoboard del circuito anterior se muestra a continuación. 
Así que el circuito anterior actúa como un buffer. La línea que quieres amortiguar se conecta a la entrada y la carga que quieres alimentar se conecta a la salida del circuito.
Ahora entraremos en los detalles de por qué se necesitan los diversos componentes para el circuito y cómo elegir los valores para ellos.
Así que lo primero es decidir cuánto voltaje vamos a suministrar a este circuito. Este es el voltaje, VCC, aplicado al colector del transistor. Realmente puedes elegir cualquier valor por encima de VB, el voltaje de base, hasta el valor máximo que el transistor puede manejar en el colector. Esto es típicamente 40-60V en la mayoría de los transistores. Para nuestro circuito, elegiremos un valor de tensión razonable de 12 para VCC.Así que esta es la primera consideración.
A continuación, conociendo VCC, polarizamos la tensión de base del circuito, lo que significa que seleccionamos la tensión que queremos que caiga a través de la base del transistor. Para responder a esto, miramos el cuadro completo. La cantidad de voltaje AC que puede estar presente en la salida del transistor depende del rango de voltaje DC que tenga el circuito. En un extremo del espectro, el transistor puede oscilar hasta 12V, que es VCC. En el otro extremo del espectro, el transistor puede oscilar hasta casi tierra, unos 0,7V. La razón por la que el transistor no puede oscilar completamente a tierra es porque el transistor no se encenderá a menos que el diodo se encienda y eso ocurre a unos 0,7V, el voltaje de barrera para el diodo interno. Por lo tanto, 0,7V es el suelo del circuito, y no tierra o 0V. Por lo tanto, con una fuente de alimentación de 12V y una tierra de 0,7V, el transistor puede oscilar desde 0,7V hasta 12V. El motivo por el que esto es importante en lo que respecta al voltaje que suministramos a la base es que cualquier voltaje que entre en el circuito tiene un suelo de 0,7V y un techo de 12V. Por lo tanto, queremos polarizar el voltaje de la base para que caiga entre estos valores. Esto da una excursión máxima de pico a pico para la señal y le da el mayor espacio para operar sin recortar. Si la tensión de base se polariza de forma incorrecta o muy alejada del punto medio, el transistor puede tener un recorte significativo que produzca una salida pobre. Para un techo de 12V y un suelo de 0,7V, el valor medio sería (12 – 0,7V)/2 +0,7V= 6,35V. Tenemos que tener en cuenta la caída de tensión del diodo porque el valor en la base es 0,7V mayor que en la salida. Al polarizar la tensión de la base justo en el medio del techo y el suelo, permite la máxima oscilación de la señal de CA, llamada excursión máxima de pico a pico. Cuando se polariza un circuito de transistores que trabaja con señales de CA, la señal de CA que podrá aparecer en la salida sin recorte es equivalente a la polarización de la CD. La señal de CA sólo podrá oscilar hasta donde lo permita la polarización de la tensión de CC. Si la alimentación es de 20V y el piso es de 0,7V, el transistor puede oscilar desde un valor de pico de 20V hasta un piso de 0,7V. Posicionar el transistor en el punto medio de esas tensiones permite la máxima oscilación de la señal de corriente alterna desde el techo hasta el suelo. Este es el punto óptimo de funcionamiento de CC para el circuito, llamado punto Q o punto de reposo.Si selecciona un valor de CC demasiado bajo, hará que la señal se corte antes en la parte inferior de la forma de onda. Si eliges una tensión de funcionamiento de CC demasiado alta, harás que la señal se corte en la parte superior de la forma de onda.
Así que, basándonos en este punto, queremos que la tensión en la base esté a medio camino entre 12V, la tensión de alimentación, y 0,7V, que representa el suelo. De modo que el VB= 0,7V + (12V-0,7V)/2, que es 6,35V. Así que para obtener este voltaje, tenemos que elegir nuestras resistencias que permitan que este voltaje aparezca en la base. La tensión en la base se polariza a través de 2 resistencias. Las resistencias forman un divisor de tensión y dividen la tensión de alimentación. Podemos dividir nuestra tensión de alimentación en cualquier tensión inferior a la de alimentación eligiendo las resistencias de valor correcto. La tensión base, VB= VCC * (R2/R1+R2). Para resolver esta ecuación, elegimos el valor de una resistencia y luego, basándonos en el valor de esa resistencia, calculamos el valor de la otra resistencia basándonos en esta fórmula. Así, para la resistencia R2, se elige un valor de 1KΩ, como punto de referencia para la otra resistencia. Introduciendo estos valores en la fórmula, obtenemosVB= VCC * (R2/R1+R2)= 6,35V (12V) (1KΩ). /(R1+1KΩ). Haciendo las cuentas, esto computa a un valor de R1= 1,1KΩ. Así que para obtener un valor de 6,35V en la base, los valores de las resistencias son R1 igual a 1,1KΩ y R2=1KΩ.
A continuación, tenemos que decidir el valor de la resistencia RE. El valor que elegimos es integral para no sobrecalentar y posiblemente destruir el transistor. Cómo elegimos RE se basa en el valor de la corriente, IE que queremos seguir a través del transistor y lo que es una corriente segura para fluir a través del transistor. Así que elegiremos un rango que sea una corriente segura que pueda fluir a través del transistor y que no lo queme. Una corriente segura es de 10mA. Esa es una cantidad decente de corriente y una que no quemará el transistor. Así que la resistencia del emisor, RE= VE/IE, donde VE es el voltaje a través del emisor e IE es la corriente que fluye a través del emisor. VE=VB-0,7V = 5,65V. La única diferencia de tensión entre la tensión de la base y la del emisor es la caída de tensión del diodo entre las 2 uniones. Como el transistor tiene un diodo en él desde la base hasta el emisor, el transistor tiene una caída de tensión interna. Por lo tanto, la tensión de emisor es igual a la tensión de base menos la caída de tensión a través del diodo. Así que la fórmula, RE= VE/IE= 5,65V/10mA= 565Ω. Así que una resistencia RE de unos 500Ω bastaría bien para este circuito.
Ahora por último tenemos que elegir el valor de los condensadores en este circuito. Ambos condensadores tienen la misma función. Permiten el paso de la señal AC y bloquean el paso de la DC. Así que funcionan como condensadores de acoplamiento.
Primero mostraremos cómo calcular el valor del condensador en la entrada.
Para elegir correctamente un valor adecuado del condensador, tenemos que tener en cuenta muchas cosas, que ahora discutiremos.
En primer lugar, tenemos que decidir la frecuencia de corte del circuito. Esta es la frecuencia que queremos filtrar. Si se trata de señales de sonido, el rango de frecuencia que es audible para los seres humanos es de 20Hz a 20.000Hz. Si estamos construyendo nuestro transistor de manera que sólo queremos que pasen las señales audibles, 20Hz es una buena frecuencia de corte para elegir. Esto significa que cualquier frecuencia en ese rango o inferior se filtrará a tierra. Así que elegiremos 20Hz como nuestra frecuencia de corte. Si tomamos 20Hz y lo aplicamos a la frecuencia angular, ω=2πf, obtenemos ω=2πf≈125s-1. Esta es una parte de la ecuación.
Lo siguiente que debemos considerar es el valor de la resistencia que ve el condensador. La primera parte de este circuito desde el condensador y la resistencia que ve hasta tierra forma un filtro de paso alto, un filtro de paso alto RC. Un filtro de paso alto RC es un circuito compuesto por un condensador con una resistencia conectada a tierra.
Si usted visualizó la corriente que fluye en el circuito, la corriente puede ir en 1 de 3 maneras. La corriente puede pasar por el condensador y por la resistencia R2 y bajar a tierra. La corriente puede ir a través del condensador y a través de la resistencia R1. O la corriente puede fluir a través del transistor y fluir a través de la resistencia RE hasta tierra. Puede parecer extraño que la corriente pueda fluir a través de la resistencia R1, pero las señales de CA ven los niveles de tensión de CC como tierra también. Así que a pesar de que está en el nivel de CC de 12V (a través de R1), a las señales de CA, también puede ser una tierra; es por eso que esto puede ser un camino a tierra también.
Así que estos son los 3 caminos que la corriente puede fluir en el circuito. Aunque la corriente puede tomar esos caminos, es en última instancia lo que un condensador ve lo que determina la resistencia real que encuentra. Así que ahora hablaremos de esto. Las resistencias R1 y R2 están en paralelo. Por lo tanto, el condensador ve la resistencia equivalente de estas 2 resistencias en paralelo. Así que el condensador ve el 1KΩ en paralelo con la resistencia de 1,1KΩ. La resistencia equivalente de estas resistencias es aproximadamente 500Ω. Así que esta es la resistencia que los condensadores ve en una vía. La otra vía es cuando la corriente pasa por el transistor y por la resistencia RE. Esta resistencia será βRE. Con β igual a cerca de 100, haciendo esta matemática, esta resistencia computa a56KΩ.
Recuerda que la corriente siempre toma el camino de menor resistencia. Así que entre las opciones de 500Ω o 56KΩ, la corriente obviamente tomará el camino de 500Ω.
Así que 500Ω es la resistencia equivalente que ve la red de filtros RC de paso alto y sabemos que queremos una frecuencia de corte de 20Hz. Y calculando la frecuencia angular para 20Hz nos da, ω=2πf≈125s-1.
Así que yendo a la ecuación, REQC1= 1/125s-1= (500Ω)C1= 0,008s. Haciendo las cuentas, esto se computa en un valor de C1 de 16µF. Así que el primer condensador es de 16µF.
Ahora pasamos al segundo condensador. Y se elige de manera similar al primer condensador.
Queremos que el segundo condensador reaccione de manera similar al primero, con respecto a la frecuencia que estamos tratando. Esto es porque la misma señal de frecuencia que es de entrada es de salida. Así que quieres igualar la respuesta de frecuencia para ambos condensadores. Así que para el condensador de salida, también lo calculamos según su respuesta en frecuencia de 20Hz. Calculando la frecuencia angular, obtenemos de nuevo, ω=2πf≈125s-1.
Volvemos a utilizar la misma fórmula, REQC2= 1/125s-1.
¿Qué es REQ en este caso? REQ es la resistencia que ve el condensador de salida en el circuito. Mirando desde el condensador hacia el lado de entrada, el condensador ve una resistencia de (R1 || R2)/β= (1,1KΩ | 1KΩ)/100= (523Ω/100) ≈ 5Ω. Así que el condensador de salida ve una resistencia equivalente de 5Ω mirando hacia la entrada del circuito.
Así que enchufando estos valores en la ecuación, REQC2= 1/125s-1= (5Ω)C2= 0,008s. Resolviendo para C2, obtenemos 1600µF. Así que este es el valor del condensador de salida.
Y ahora hemos resuelto todos los valores de los componentes del circuito.
Puedes ver en base a los cálculos que el circuito tiene una alta impedancia de entrada y una baja impedancia de salida. Como hemos calculado, la impedancia de entrada es βRE, que calculamos que es de 56KΩ. La impedancia de salida la hemos calculado en 5Ω. Así que usted puede ver cómo este circuito tiene alta impedancia de entrada y baja impedancia de salida.
Por lo tanto, funciona muy bien como un buffer.
Este circuito se puede añadir a la línea de tensión que necesita ser amortiguado, lo que permite que todo el voltaje sea transferido, mientras que da una salida de baja impedancia para que una carga pueda ser alimentada.
Saber que este es un circuito buffer básico. No es tan preciso como un chip buffer real. Por un lado, un chip amortiguador tiene mayor impedancia y menor impedancia de salida. Por otro lado, no es un circuito seguidor de tensión completamente preciso. Siendo que el transistor tiene un diodo interno que tiene una caída de voltaje aproximadamente equivalente a 0.7V, pierde esta tensión en la salida. Así que la señal de salida es 0,7V más baja que la señal de entrada. Así que puedes ver que no es completamente un seguidor de voltaje.
Sin embargo, para todos los propósitos básicos, funciona muy bien como un buffer de baja precisión.