Tässä projektissa näytämme, miten rakentaa puskuri transistorilla. muutaman vastuksen ja kondensaattorin avulla.
Puskuri on laite, joka tuottaa saman jännitteen, joka syötetään siihen. sen voi palvella lukemattomia käyttötarkoituksia, kuten mahdollistaa maksimaalisen jännitteensiirron ja aiheuttaa alhaisen virran kuormituksen virtalähteestä.
Tämä piiri ei käytä integroitua piiriä kuten IC-puskuri.
Se käyttää vain yksinkertaisia komponentteja.
Käyttämämme transistorityyppi on NPN-tyyppinen bipolaarinen liitostransistori. mitä tahansa voidaan käyttää; suosittuja ovat 2N3904 ja 2N2222.
Transistoripiiri konfiguroidaan emitterin seuraajaksi (toinen nimi oncommon collector circuit).
Emitterin seuraaja on piiri on transistoripiiri, jossa emitterin jännite seuraa tulojännitettä. Se on niin sanotusti peilikuva tulojännitteestä. Siksi jännite ulostulossa on sama kuin jännite sisääntulossa.
Koska lähtöjännite on tulojännitteen peilikuvana ja tuloimpedanssi on suuri ja lähtöimpedanssi on pieni, emitteriseuraaja toimii puskurina.
Sen vuoksi, jos jännitelinjan on oltava puskuri, se voidaan kytkeä tämän piirin tuloon ja kuormitus, joka tarvitseevirtaa, kytkeytyy tämän piirin lähtöön.
Tämä on hyvä, kun sinulla ei ole käytettävissä puskurisirua tai logiikkasirua, jonka voit muuntaa puskuriksi.
Piirissämme erityisesti tuloimpedanssi on yli 50KΩ ja lähtöimpedanssi on noin 5Ω. Tämä luo melko hyvän puskurivaikutuksen mihin tahansa puskuroitavaan jännitteeseen.
Rakennamme tämäntyyppisen transistoripiirin toimimaan puskurina.
Jotta emitteriseuraaja-piiri voidaan suunnitella oikein, on otettava huomioon useita tekijöitä, mukaan lukien se, kuinka paljon tasavirtajännitettä syötetään transistorin kollektoriin, kuinka paljon virtaa halutaan kulkevan transistorin läpi ja tuloon tulevien vaihtovirtasignaalien taajuuden katkaisu.
Käsittelemme kaikkia näitä käsitteitä paljon syvällisemmin jäljempänä. Näytämme tässä piirissä, miten se konfiguroidaan ja miten vastusten ja kondensaattoreiden arvot valitaan, mitä kutsutaan transistorin biasoinniksi.
Tarvittavat komponentit
- 2N3904 NPN-transistori
- 1KΩ vastus
- 1.1KΩ vastus
- 500Ω vastus
- 16μF elektrolyyttikondensaattori
- 1600μF elektrolyyttikondensaattori
Transistori, joka valitaan, voi oikeastaan olla mikä tahansa BJT NPN transistori. Tähän piiriin valitsemme 2N3904-transistorin.
Paljon komponenttien arvoja, jotka itse asiassa laskemme, et pysty löytämään näitä tarkkoja arvoja. Esimerkiksi alla laskemme yhden vastuksen olevan 565Ω. Tätä vastusta ei ole olemassa. Joten käytämme likimääräistä arvoa. On mahdollista löytää 500Ω:n vastus, ja vaikka et löytäisikään, voit laittaa kaksi 1KΩ:n vastusta rinnakkain, jolloin saat 500Ω:n ekvivalenttisen vastuksen.
1,1KΩ vastusta et myöskään löydä. Joten voit joko approksimoida sen 1KΩ:iin tai laittaa 1KΩ vastuksen sarjaan 100Ω vastuksen kanssa. Kaikkiin perustarkoituksiin tämä ei ole välttämätöntä. Voit yksinkertaisesti kytkeä 1KΩ-vastuksen 1,1KΩ:n sijasta 1KΩ:n vastuksen. Sillä saadaan samanlaisia tuloksia.
Kondensaattoreiden arvoihin on käytettävä samoja likiarvoja. Etsi mahdollisimman lähellä laskettuja kondensaattoriarvoja olevat arvot ja käytä niitä.
Transistorin puskuripiiri
Alla on esitetty puskuripiiri, jonka rakennamme yhdestä NPN BJT-transistoristaja muutamasta vastuksesta ja kondensaattorista.
Alhaalla on esitetty edellä esitetyn piirin leipälaudan piiri. 
Oheinen piiri toimii siis puskurina. Johto, jonka haluat puskuroida, kytketään sisääntuloon ja kuorma, johon haluat kytkeä virran, kytketään piirin ulostuloon.
Menemme nyt yksityiskohtiin siitä, miksi piiriin tarvitaan eri komponentteja ja miten niiden arvot valitaan.
Aluksi siis päätämme, kuinka paljon jännitettä aiomme syöttää tähän piiriin. Tämä on jännite, VCC, joka kohdistuu transistorin kollektoriin. Voit todella valita minkä tahansa arvon VB:n, perusjännitteen, yläpuolelta maksimiarvoon, jota transistori voi käsitellä kollektorilla. Tämä on tyypillisesti 40-60 V useimmissa transistoreissa. Piirillemme valitsemme VCC: lle kohtuullisen jännitteen arvon 12. Tämä on siis ensimmäinen näkökohta.
Seuraavaksi, nyt kun tiedämme VCC:n, biasoimme piirin perusjännitteen, mikä tarkoittaa, että valitsemme jännitteen, jonka haluamme laskea transistorin pohjan yli. minkä arvon haluamme pohjan yli? Vastataksemme tähän, tarkastelemme kokonaiskuvaa. Vaihtojännitteen määrä, joka voi olla läsnä transistorin ulostulossa, riippuu piirin tasajännitealueesta. Yhden ääripään transistori voi heilua 12V:iin asti, joka on VCC. Spektrin toisessa päässä transistori voi heilahtaa lähes maahan, noin 0,7 V:iin. Syy siihen, miksi transistori ei voi heilua täysin maahan, on se, että transistori ei kytkeydy päälle, ellei diodi kytkeydy päälle, ja se tapahtuu noin 0,7V: n kohdalla, joka on sisäisen diodin estejännite. Siksi 0,7V on piirin pohja, eikä maa tai 0V. Siksi, kun virtalähde on 12V ja maa 0,7V, transistori voi heilua 0,7V: stä aina 12V: iin asti. Miksi tällä on merkitystä sen jännitteen suhteen, jonka syötämme pohjaan, on se, että mikä tahansa piiriin tuleva jännite on 0,7V:n lattia ja 12V:n katto. Haluamme siis biasoida perusjännitteen niin, että se jää näiden arvojen väliin. Tämä antaa signaalille maksimaalisen huipusta huipulle -liikkeen ja antaa sille eniten tilaa toimia ilman leikkausta. Jos perusjännite on vinoutettu väärin tai reilusti pois puolivälistä, transistorissa voi esiintyä merkittävää clippingiä, joka tuottaa huonon ulostulon. Jos yläraja on 12 V ja alaraja 0,7 V, keskiarvo olisi (12 – 0,7 V)/2 +0,7 V = 6,35 V. Meidän on otettava huomioon diodin jännitehäviö, koska arvo tyvessä on 0,7V suurempi kuin ulostulossa. Biasoimalla perusjännite aivan katon ja lattian keskellä, se mahdollistaa AC-signaalin maksimaalisen heilahtelun, jota kutsutaan maksimihuipusta huippuun -huipun ekskursioksi. Kun biasoidaan transistoripiiriä, joka käsittelee AC-signaaleja, AC-signaali, joka voi näkyä ulostulossa ilman leikkausta, vastaaDC-biasointia. Vaihtosignaali voi heilua vain niin pitkälle kuin tasajännitevaraus sallii sen. Jos virtalähde on 20V ja lattia on 0,7V, transistori voi heilua 20V:n huippuarvosta 0,7V:n lattiaan. Transistorin sijoittaminen näiden jännitteiden keskikohtaan mahdollistaa vaihtovirtasignaalin maksimaalisen heilahduksen katosta lattiaan. Tämä on piirin optimaalinen DC-toimintapiste, jota kutsutaan Q-pisteeksi tai lepopisteeksi.Jos valitset liian alhaisen DC-arvon, signaali leikataan aikaisemmin aaltomuodon alaosassa. Jos valitset liian korkean DC-toimintajännitteen, aiheutat sen, että signaali leikataan aaltomuodon yläosassa.
Tämän pisteen perusteella haluamme siis, että pohjan jännite on 12 V:n, syöttöjännitteen, ja 0,7 V:n, joka edustaa alarajaa, puolivälissä. Eli VB= 0,7V + (12V-0,7V)/2, joka on 6,35V. Joten saadaksemme tämän jännitteen, meidän on valittava vastukset, jotka mahdollistavat tämän jännitteen näkymisen kannassa. Jännite emäksen kohdalla jännitetään 2 vastuksen kautta. Vastukset muodostavat jännitteenjakajan ja jakavat syöttöjännitteen. Voimme jakaa syöttöjännitteemme mihin tahansa jännitteeseen, joka on pienempi kuin virtalähde, valitsemalla oikean arvoiset vastukset. Perusjännite, VB= VCC * (R2/R1+R2). Tämän yhtälön ratkaisemiseksi valitsemme yhden vastuksen arvon ja sitten tämän vastuksen arvon perusteella laskemme toisen vastuksen arvon tämän kaavan perusteella. R2-vastuksen arvoksi valitaan siis 1KΩ, joka on vertailukohta toiselle vastukselle. Kun nämä arvot liitetään kaavaan, saadaanVB= VCC * (R2/R1+R2)= 6,35V (12V) (1KΩ). /(R1+1KΩ). Matematiikan tekeminen johtaa R1= 1,1KΩ:n arvoon. Jotta saadaan 6,35V:n arvo emäksen kohdalla, vastusten arvot ovat siis R1 yhtä suuri kuin 1,1KΩ ja R2=1KΩ.
Jatkossa meidän on päätettävä RE-vastuksen arvo. Valitsemamme arvo on olennainen, jotta emme ylikuumene ja mahdollisesti tuhoa transistoria. Se, miten valitsemme RE:n, perustuu virran arvoon, IE, jonka haluamme seurata transistorin läpi ja mikä on turvallinen virta, joka virtaa transistorin läpi. Joten me vain valitsemme alueen, joka on turvallinen virta, joka voi virrata transistorin läpi, joka ei polta sitä loppuun. Turvallinen virta on 10mA. Se on kohtuullinen määrä virtaa ja sellainen, joka ei polta transistoria loppuun. Joten emitterivastus, RE= VE/IE, jossa VE on emitterin yli oleva jännite ja IE on emitterin läpi kulkeva virta. VE=VB-0,7V = 5,65V. Ainoa jännite-ero perusjännitteen ja emitterijännitteen välillä on diodin jännitehäviö kahden liitoskohdan välillä. Koska transistorissa on diodi tyvestä emitteriin, transistorissa on sisäinen jännitehäviö. Siksi emitterijännite on yhtä suuri kuin perusjännite vähennettynä diodin jännitehäviöllä. Kaava RE= VE/IE= 5,65V/10mA= 565Ω. Joten noin 500Ω:n RE-vastus riittäisi hyvin tähän piiriin.
Nyt viimeiseksi meidän on valittava kondensaattoreiden arvo tässä piirissä. Molemmilla kondensaattoreilla on sama tehtävä. Ne sallivat vain AC-signaalin läpäisemisen ja estävät DC: n läpäisemisen. Joten ne toimivat kytkentäkondensaattoreina.
Aluksi näytämme, miten lasketaan kondensaattorin arvo sisääntulossa.
Voidaksemme valita oikein sopivan kondensaattorin arvon, meidän on otettava huomioon monia asioita, joita käsittelemme nyt.
Yksi, meidän on päätettävä piirin katkaisutaajuus. Tämä on taajuus, jonka haluamme suodattaa pois. Jos olet tekemisissä äänisignaalien kanssa, ihmisten kuultavissa oleva taajuusalue on 20 Hz – 20 000 Hz. Jos rakennat transistorin niin, että haluamme vain kuultavissa olevien signaalien kulkevan läpi, 20 Hz on hyvä rajataajuus. Tämä tarkoittaa, että kaikki taajuudet tällä alueella tai sen alapuolella suodatetaan maahan. Valitsemme siis 20 Hz:n rajataajuudeksi. Jos otamme 20Hz ja sovellamme sitä kulmataajuuteen ω=2πf, saamme ω=2πf≈125s-1. Tämä on yksi osa yhtälöstä.
Seuraavaksi meidän on otettava huomioon kondensaattorin näkemän vastuksen arvo. Tämän piirin ensimmäinen osa kondensaattorista ja sen näkemästä vastuksesta alas maahan muodostaa korkeapäästösuodattimen, RC-korkeapäästösuodattimen. RC-korkeapäästösuodatin on piiri, joka koostuu kondensaattorista, jonka vastus on kytketty maahan.
Jos visualisoit virtapiiriin virtaavan virran, virta voi mennä joko 1 3 tavalla. Virta voi mennä kondensaattorin läpi ja R2-vastuksen läpi ja alas maahan. Virta voi mennä kondensaattorin läpi ja R1-vastuksen läpi. Tai virta voi virrata transistorin läpi ja virrata RE-vastuksen läpi alas maahan. Saattaa tuntua oudolta, että virta voi virrata R1-vastuksen läpi, mutta AC-signaalit näkevät myös DC-jännitetasot maana. Joten vaikka se on 12 V DC-tasolla (R1: n kautta), AC-signaaleille,se voi myös olla maa; siksi tämä voi olla myös polku alas maahan.
Nämä ovat siis ne 3 tapaa, joilla virta voi virrata piirissä. Vaikka virta voi kulkea näitä reittejä, se on viime kädessä se, mitä kondensaattori näkee, joka määrittää todellisen vastuksen, jonka se kohtaa. Joten puhumme tästä nyt. Vastukset R1ja R2 ovat rinnakkain. Siksi kondensaattori näkee näiden kahden rinnakkaisen vastuksen ekvivalenttiresistanssin. Joten kondensaattori näkee 1KΩ rinnakkain 1,1KΩ vastuksen kanssa. Näiden vastusten ekvivalenttiresistanssi on noin 500Ω. Tämä on siis vastus, jonka kondensaattori näkee yhdellä väylällä. Toinen polku on, kun virta kulkee transistorin ja vastuksen RE kautta. Tämä vastus on βRE. Kun β on yhtä suuri kuin noin 100, tekemällä tämän matematiikan, tämä vastus laskee56KΩ.
Muista, että virta kulkee aina pienimmän vastuksen polkua. Joten 500Ω:n tai 56KΩ:n vaihtoehtojen välillä virta ilmeisesti valitsee 500Ω:n reitin.
Siten 500Ω on ekvivalenttinen vastus, jonka RC-korkeapäästösuodatinverkko näkee, ja tiedämme, että haluamme 20 Hz:n katkaisutaajuuden. Ja kulmataajuuden laskeminen 20Hz:lle antaa meille, ω=2πf≈125s-1.
Mennään siis yhtälöön, REQC1= 1/125s-1= (500Ω)C1= 0,008s. Laskutoimitukset osoittavat, että C1:n arvoksi saadaan 16µF. Ensimmäinen kondensaattori on siis 16µF.
Nyt siirrytään toiseen kondensaattoriin. Ja se valitaan samalla tavalla kuin ensimmäinen kondensaattori.
Haluamme, että toinen kondensaattori reagoi samalla tavalla kuin ensimmäinen, sen taajuuden suhteen, jota käsittelemme. Tämä johtuu siitä, että sama taajuussignaali, joka syötetään, annetaan ulos. Haluamme siis sovittaa molempien kondensaattoreiden taajuusvasteen yhteen. Laskemme siis myös lähtökondensaattorin osalta sen 20 Hz:n taajuusvasteen mukaan. Laskemalla kulmataajuus saadaan jälleen ω=2πf≈125s-1.
Käytämme taas samaa kaavaa, REQC2= 1/125s-1.
Mikä on REQ tässä tapauksessa? REQ on vastus, jonka lähtökondensaattori näkee piirissä. Kun katsotaan kondensaattorista takaisin tulopuolelle, kondensaattori näkee vastuksen (R1 || R2)/β= (1,1KΩ || 1KΩ)/100= (523Ω/100) ≈ 5Ω. Lähtökondensaattori näkee siis 5Ω:n ekvivalenttiresistanssin piirin sisääntuloon päin katsottuna.
Kytkemällä nämä arvot yhtälöön saadaan REQC2= 1/125s-1= (5Ω)C2= 0,008s. Ratkaisemalla C2:n, saamme 1600µF. Tämä on siis lähtökondensaattorin arvo.
Ja nyt olemme ratkaisseet kaikki piirin komponenttien arvot.
Laskelmien perusteella näet, että piirillä on korkea tuloimpedanssi ja matala lähtöimpedanssi. Kuten laskimme, tuloimpedanssi on βRE, jonka laskimme olevan 56KΩ. Lähtöimpedanssi laskimme olevan 5Ω. Joten näet, kuinka tällä piirillä on korkea tuloimpedanssi ja matala lähtöimpedanssi.
Se toimii siis erittäin hyvin puskurina.
Tämä piiri voidaan lisätä jännitelinjaan, joka on puskuroitava, mikä mahdollistaa kaiken jännitteen siirtämisen yli, samalla kun se antaa matalan impedanssin ulostulon niin, että kuormaan voidaan syöttää virtaa.
Tiedä, että tämä on perus puskuripiiri. Se ei ole yhtä tarkka kuin todellinen puskurisiru. Ensinnäkin puskurisirulla on suurempi impedanssi ja pienempi lähtöimpedanssi. Toiseksi se ei ole täysin tarkka jänniteseurantapiiri. Koska transistorilla on sisäinen diodi, jonka jännitehäviö vastaa suunnilleen 0.7V, se menettää tämän jännitteen ulostulossa. Lähtösignaali on siis 0,7 V pienempi kuin tulosignaali. Voit siis nähdä, että se ei ole täysin jänniteseuraaja.
Kaikkiin perustarkoituksiin se toimii kuitenkin erittäin hyvin matalan tarkkuuden puskurina.
Kaikkiin perustarkoituksiin se toimii kuitenkin erittäin hyvin matalan tarkkuuden puskurina.