Dans ce projet, nous allons montrer comment construire un tampon avec un transistor. avec quelquesresistances et condensateurs.
Un tampon est un dispositif qui sort la même tension qui est alimentée en elle.Son peut servir une myriade d’utilisations telles que permettre le transfert de tension maximale et provoquer une faible charge de courant d’une alimentation.
Ce circuit n’utilise pas de circuit intégré comme un tampon IC.
Il n’utilise que des composants simples.
Le type de transistor que nous utilisons est un transistor à jonction bipolaire, de type NPN.N’importe lequel peut être utilisé ; les plus populaires sont le 2N3904 et le 2N2222.
Le circuit du transistor sera configuré comme un émetteur suiveur (un autre nom est circuit collecteur commun).
Un circuit émetteur suiveur est un circuit à transistors dans lequel la tension à l’émetteur suit la tension d’entrée. C’est une image miroir, pour ainsi dire, de la tension d’entrée. Par conséquent, la tension à la sortie est la même que la tension à l’entrée.
Puisque la tension de sortie est une image miroir de la tension d’entrée et que l’impédance d’entrée est grande et l’impédance de sortie est petite, l’émetteur suiveurfonctionne comme un tampon.
Par conséquent, si une ligne de tension doit être tamponnée, elle peut être connectée à l’entrée de ce circuit et la charge qui doit être alimentée se connecte à la sortie de ce circuit.
C’est génial lorsque vous n’avez pas de puce tampon disponible ou une puce logique que vous pouvez convertir en tampon.
Dans notre circuit, spécifiquement, l’impédance d’entrée sera de plus de 50KΩ et l’impédance de sortie sera d’environ 5Ω. Ceci est crée un assez bon effet tampon sur n’importe quelle tension qui a besoin d’être tamponnée.
Nous allons construire ce type de circuit à transistors pour agir comme un tampon.
Pour concevoir correctement un circuit émetteur-suiveur, plusieurs facteurs doivent être pris en compte, y compris la quantité de tension continue fournie au collecteur du transistor, la quantité de courant que l’on souhaite faire passer à travers le transistor, et la coupure de fréquence des signaux alternatifs entrant dans l’entrée.
Nous allons revoir tous ces concepts de manière très approfondie ci-dessous. Nous montrerons dans ce circuit comment le configurer et comment choisir les valeurs des résistances et des condensateurs, ce qu’on appelle la polarisation du transistor.
Composants nécessaires
- 2N3904 transistor NPN
- Résistance de 1KΩ
- 1.Résistance 1KΩ
- Résistance 500Ω
- Condensateur électrolytique 16μF
- Condensateur électrolytique 1600μF
Le transistor que l’on choisit peut vraiment être n’importe quel transistor BJT NPN. Pour ce circuit, nous choisissons le transistor 2N3904.
Pour beaucoup des valeurs des composants que nous calculons réellement, vous ne pourrez pas trouver ces valeurs précises. Par exemple, ci-dessous, nous calculons qu’une des résistances est de 565Ω. Cette résistance n’existe pas. Nous faisons donc une approximation. Il est possible de trouver une résistance de 500Ω et même si vous ne le pouvez pas, vous pouvez mettre 2 résistances de 1KΩ en parallèle pour obtenir une résistance équivalente de 500Ω.
Une résistance de 1,1KΩ aussi vous ne la trouverez pas. Vous pouvez donc soit faire une approximation jusqu’à 1KΩ, soit mettre une résistance de 1KΩ en série avec une résistance de 100Ω. Pour toutes les utilisations de base, ce n’est pas nécessaire. Vous pouvez simplement connecter une résistance de 1KΩ au lieu de 1,1KΩ. Cela donne des résultats similaires.
Les mêmes approximations doivent être utilisées pour les valeurs des condensateurs. Trouvez une valeur aussi proche que possible des valeurs de condensateurs calculées et utilisez-les.
Circuit tampon à transistors
Le circuit tampon que nous allons construire avec un seul transistor NPN BJTet quelques résistances et condensateurs est présenté ci-dessous.
Le circuit sur planche à pain du circuit ci-dessus est présenté ci-dessous. 
Donc le circuit ci-dessus agit comme un tampon. La ligne que vous voulez tamponner est connectée à l’entrée et la charge que vous voulez alimenter est connectée à la sortie du circuit.
Nous allons maintenant entrer dans les détails pour savoir pourquoi les différents composants sont nécessaires pour le circuit et comment choisir leurs valeurs.
Donc la première chose est que nous décidons de la tension que nous allons fournir à ce circuit. C’est la tension, VCC, appliquée au collecteur du transistor. Vous pouvez vraiment choisir n’importe quelle valeur au-dessus de VB, la tension de base, jusqu’à la valeur maximale que le transistor peut supporter sur le collecteur. Cette valeur est généralement comprise entre 40 et 60 V pour la plupart des transistors. Pour notre circuit, nous allons choisir une valeur de tension raisonnable de 12 pour VCC.C’est donc la première considération.
Puis, connaissant maintenant VCC, nous biaisons la tension de base du circuit, ce qui signifie que nous sélectionnons la tension que nous voulons faire tomber sur la base du transistor. quelle valeur voulons-nous sur la base ? Pour répondre à cette question, nous devons considérer l’ensemble du tableau. La quantité de tension alternative qui peut être présente à la sortie du transistor dépend de la plage de tension continue dont dispose le circuit. À une extrémité du spectre, le transistor peut osciller jusqu’à 12 V, ce qui correspond à VCC. À l’autre extrémité du spectre, le transistor peut osciller jusqu’à la terre, soit environ 0,7V. La raison pour laquelle le transistor ne peut pas basculer complètement vers la masse est que le transistor ne s’allume pas tant que la diode n’est pas activée, ce qui se produit à environ 0,7 V, la tension de barrière pour la diode interne. Par conséquent, 0,7V est le plancher du circuit, et non la terre ou 0V. Par conséquent, avec une alimentation de 12V et une masse de 0,7V, le transistor peut passer de 0,7V à 12V. La raison pour laquelle cela est important en ce qui concerne la tension que nous fournissons à la base est que toute tension entrant dans le circuit a un plancher de 0,7V et un plafond de 12V. Par conséquent, nous voulons polariser la tension de la base pour qu’elle se situe entre ces valeurs. Cela donne une excursion maximale de crête à crête pour le signal et lui donne le plus de place pour fonctionner sans écrêtage. Si la tension de base est polarisée de manière incorrecte ou bien en dehors du milieu, le transistor peut avoir un écrêtage important qui produit une mauvaise sortie. Pour un plafond de 12V et un plancher de 0,7V, la valeur médiane serait de (12 – 0,7V)/2 +0,7V= 6,35V. Nous devons prendre en compte la chute de tension de la diode car la valeur à la base est 0,7V plus élevée qu’à la sortie. En polarisant la tension de base au milieu du plafond et du plancher, on obtient une oscillation maximale du signal alternatif, appelée excursion maximale de crête à crête. Lors de la polarisation d’un circuit à transistors qui traite des signaux alternatifs, le signal alternatif qui pourra apparaître à la sortie sans écrêtage est équivalent à la polarisation de la base. Le signal alternatif ne pourra osciller que dans la mesure où la polarisation en courant continu le permet. Si l’alimentation est de 20V et que le plancher est de 0,7V, le transistor peut osciller d’une valeur de crête de 20V à un plancher de 0,7V. Le positionnement du transistor au point médian de ces tensions permet une oscillation maximale du signal CA du plafond au plancher. Il s’agit du point de fonctionnement optimal du circuit en courant continu, appelé point Q ou point de repos. Si vous choisissez une valeur de courant continu trop basse, le signal s’écrêtera plus tôt au bas de la forme d’onde. Si vous choisissez une tension de fonctionnement CC trop élevée, vous provoquerez l’écrêtage du singal au sommet de la forme d’onde.
Donc, sur la base de ce point, nous voulons que la tension à la base soit à mi-chemin entre 12V, la tension d’alimentation, et 0,7V, qui représente le plancher. Donc que le VB= 0.7V + (12V-0.7V)/2, ce qui est 6.35V. Pour obtenir cette tension, nous devons donc choisir nos résistances de manière à ce que cette tension apparaisse à la base. La tension à la base est polarisée à travers 2 résistances. Les résistances forment un diviseur de tension et divisent la tension d’alimentation. Nous pouvons diviser notre tension d’alimentation en n’importe quelle tension inférieure à celle de l’alimentation en choisissant les résistances de valeur correcte. La tension de base, VB= VCC * (R2/R1+R2). Pour résoudre cette équation, nous choisissons la valeur d’une résistance puis, en fonction de cette valeur, nous calculons la valeur de l’autre résistance selon cette formule. Ainsi, pour la résistance R2, on choisit une valeur de 1KΩ, comme point de référence pour l’autre résistance. En introduisant ces valeurs dans la formule, on obtientVB= VCC * (R2/R1+R2)= 6.35V (12V) (1KΩ). /(R1+1KΩ). En faisant le calcul, on obtient une valeur de R1= 1.1KΩ. Donc pour obtenir une valeur de 6,35V à la base, les valeurs des résistances sont R1 égale à 1,1KΩ et R2=1KΩ.
Puis, nous devons décider de la valeur de la résistance RE. La valeur que nous choisissons est intégrale afin de ne pas surchauffer et éventuellement détruire le transistor. La façon dont nous choisissons RE est basée sur la valeur du courant, IE que nous voulons suivre à travers le transistor et ce qui est un courant sûr pour circuler à travers le transistor. Nous allons donc choisir une plage de courant sûre qui peut traverser le transistor sans le brûler. Un courant sûr est de 10mA. C’est une quantité décente de courant qui ne brûlera pas le transistor. Donc la résistance de l’émetteur, RE= VE/IE, où VE est la tension aux bornes de l’émetteur et IE est le courant qui traverse l’émetteur. VE=VB-0,7V = 5,65V. La seule différence de tension entre la tension de la base et celle de l’émetteur est la chute de tension de la diode entre les 2 jonctions. Comme le transistor comporte une diode entre la base et l’émetteur, le transistor a une chute de tension interne. Par conséquent, la tension d’émetteur est égale à la tension de base moins la chute de tension à travers la diode. La formule RE= VE/IE= 5.65V/10mA= 565Ω. Donc une résistance RE d’environ 500Ω suffirait bien pour ce circuit.
En dernier lieu, nous devons choisir la valeur des condensateurs dans ce circuit. Les deux condensateurs ont la même fonction. Ils permettent uniquement le passage du signal alternatif et bloquent le passage du courant continu. Ils fonctionnent donc comme des condensateurs de couplage.
Nous allons d’abord montrer comment calculer la valeur du condensateur à l’entrée.
Pour choisir correctement une valeur appropriée du condensateur, nous devons prendre en compte de nombreux éléments, que nous allons maintenant aborder.
En premier lieu, nous devons décider de la fréquence de coupure du circuit. C’est la fréquence que nous voulons filtrer. Si vous avez affaire à des signaux sonores, la gamme de fréquences audibles par les humains est de 20Hz à 20 000Hz. Si l’on construit notre transistor de manière à ne laisser passer que les signaux audibles, 20 Hz est une bonne fréquence de coupure à choisir. Cela signifie que toute fréquence de cette gamme ou inférieure sera filtrée à la masse. Nous choisirons donc 20 Hz comme fréquence de coupure. Si nous prenons 20Hz et l’appliquons à la fréquence angulaire, ω=2πf, nous obtenons ω=2πf≈125s-1. Ceci est une partie de l’équation.
La prochaine chose que nous devons considérer est la valeur de la résistance que le condensateur voit. La première partie de ce circuit depuis le condensateur et la résistance qu’il voit jusqu’à la masse forme un filtre passe-haut, un filtre passe-haut RC. Un filtre passe-haut RC est un circuit composé d’un condensateur avec une résistance connectée à la masse.
Si vous avez visualisé le courant circulant dans le circuit, le courant peut aller soit 1 de 3 façons. Le courant peut passer par le condensateur et par la résistance R2 et descendre à la masse. Le courant peut passer par le condensateur et par la résistance R1. Ou le courant peut passer par le transistor et traverser la résistance RE jusqu’à la masse. Il peut sembler étrange que le courant puisse passer par la résistance R1, mais les signaux CA voient les niveaux de tension CC comme une masse. Donc même si c’est au niveau DC de 12V (à travers R1), pour les signaux AC,cela peut aussi être une masse ; c’est pourquoi cela peut être un chemin vers la masse également.
Ce sont donc les 3 façons dont le courant peut circuler dans le circuit. EVen though le courant peut prendre ces chemins, c’est finalement ce que voit un condensateur qui détermine la résistance réelle qu’il rencontre. Nous allons donc en parler maintenant. Les résistances R1et R2 sont en parallèle. Par conséquent, le condensateur voit la résistance équivalente de ces 2 résistances parallèles. Le condensateur voit donc la résistance 1KΩ en parallèle avec la résistance 1.1KΩ. La résistance équivalente de ces résistances est d’environ 500Ω. C’est donc la résistance que le condensateur voit sur un chemin. L’autre voie est celle où le courant passe par le transistor et par la résistance RE. Cette résistance sera βRE. Avec β égal à environ 100, en faisant ce calcul, cette résistance se calcule à56KΩ.
Rappellez-vous que le courant prend toujours le chemin de moindre résistance. Donc, entre les options de 500Ω ou 56KΩ, le courant prendra évidemment le chemin de 500Ω.
Donc 500Ω est la résistance équivalente que le réseau de filtre passe-haut RC voit et nous savons que nous voulons une fréquence de coupure de 20Hz. Et le calcul de la fréquence angulaire pour 20Hz nous donne, ω=2πf≈125s-1.
Alors, en passant à l’équation, REQC1= 1/125s-1= (500Ω)C1= 0,008s. En faisant le calcul, cela donne une valeur de C1 de 16µF. Donc le premier condensateur est de 16µF.
Nous voulons que le second condensateur réagisse de manière similaire au premier, en ce qui concerne la fréquence à laquelle nous avons affaire. C’est parce que le même signal de fréquence qui est en entrée est en sortie. Il faut donc faire correspondre la réponse en fréquence des deux condensateurs. Donc, pour le condensateur de sortie, nous le calculons également en fonction de sa réponse en fréquence de 20 Hz. En calculant la fréquence angulaire, nous obtenons à nouveau, ω=2πf≈125s-1.
Nous utilisons à nouveau la même formule, REQC2= 1/125s-1.
Qu’est ce que REQ dans ce cas ? REQ est la résistance que le condensateur de sortie voit dans le circuit. En regardant du condensateur vers le côté entrée, le condensateur voit une résistance de (R1 || R2)/β= (1,1KΩ || 1KΩ)/100= (523Ω/100) ≈ 5Ω. Donc le condensateur de sortie voit une résistance équivalente de 5Ω en regardant vers l’entrée du circuit.
Donc en branchant ces valeurs dans l’équation, REQC2= 1/125s-1= (5Ω)C2= 0,008s. En résolvant pour C2, on obtient 1600µF. C’est donc la valeur du condensateur de sortie.
Et maintenant nous avons résolu toutes les valeurs des composants du circuit.
Vous pouvez voir d’après les calculs que le circuit a une impédance d’entrée élevée et une faible impédance de sortie. Comme nous l’avons calculé, l’impédance d’entrée est βRE, que nous avons calculé pour être 56KΩ. L’impédance de sortie que nous avons calculée est de 5Ω. Vous pouvez donc voir comment ce circuit a une impédance d’entrée élevée et une faible impédance de sortie.
Il fonctionne donc très bien comme un tampon.
Ce circuit peut être ajouté à une ligne de tension qui doit être tamponnée, ce qui permet de transférer toute la tension, tout en donnant une sortie à faible impédance pour qu’une charge puisse être alimentée.
Sachez que c’est un circuit tampon de base. Il n’est pas aussi précis qu’une puce tampon réelle. Pour un, une puce tampon a une plus grande impédance et une impédance de sortie plus faible. D’autre part, ce n’est pas un circuit suiveur de tension complètement précis. Étant donné que le transistor possède une diode interne dont la chute de tension est à peu près équivalente à 0.7V, il perd cette tension à la sortie. Le signal de sortie est donc inférieur de 0,7V au signal d’entrée. Donc vous pouvez voir que ce n’est pas complètement un suiveur de tension.
Cependant, pour tous les objectifs de base, il fonctionne très bien comme un tampon de faible précision.