Ebben a projektben megmutatjuk, hogyan építsünk puffert tranzisztorral. néhány ellenállással és kondenzátorral.
A puffer olyan eszköz, amely ugyanazt a feszültséget adja ki, amelyet betáplálnak. számtalan felhasználási célt szolgálhat, például lehetővé teszi a maximális feszültségátvitelt és alacsony áramterhelést okoz egy tápegységből.
Ez az áramkör nem használ integrált áramkört, mint egy IC-puffer.
Csak egyszerű alkatrészeket használ.
Az általunk használt tranzisztortípus egy NPN típusú bipoláris csomóponti tranzisztor. bármelyik használható; népszerűek a 2N3904 és a 2N2222.
A tranzisztor áramkört emitterkövetőnek (másik nevecommon collector circuit) konfiguráljuk.
Az emitterkövető áramkör olyan tranzisztoráramkör, amelyben az emitteren lévő feszültség követi a bemeneti feszültséget. Ez úgymond a bemeneti feszültség tükörképe. Ezért a kimeneten lévő feszültség megegyezik a bemeneten lévő feszültséggel.
Mivel a kimeneti feszültség a bemeneti feszültség tükörképe, és a bemeneti impedancia nagy, a kimeneti impedancia pedig kicsi, az emitterkövető pufferként működik.
Ezért, ha egy feszültségvezetéket pufferelni kell, akkor ennek az áramkörnek a bemenetéhez csatlakoztatható, és a terhelés, amelyet táplálni kell, csatlakozik ennek az áramkörnek a kimenetéhez.
Ez nagyszerű, ha nem áll rendelkezésre pufferchip vagy logikai chip, amelyet pufferré alakíthat.
A mi áramkörünkben, konkrétan a bemeneti impedancia több mint 50KΩ lesz, és a kimeneti impedancia körülbelül 5Ω lesz. Ez elég jó pufferhatást hoz létre bármilyen feszültségen, amelyet pufferelni kell.
Egy ilyen típusú tranzisztoros áramkört fogunk építeni, hogy pufferként működjön.
Az emitterkövető áramkör helyes kialakításához több tényezőt kell figyelembe venni, beleértve azt, hogy mennyi egyenfeszültség kerül a tranzisztor kollektorára, mekkora áramot kívánunk átvezetni a tranzisztoron, és a bemenetre belépő váltakozó áramú jelek frekvenciavágását.
Mindezeket a fogalmakat az alábbiakban részletesen át fogjuk tekinteni. Ebben az áramkörben megmutatjuk, hogyan kell konfigurálni, és hogyan kell kiválasztani az ellenállások és a kondenzátorok értékeit, amit tranzisztor előfeszítésnek nevezünk.
Szükséges alkatrészek
- 2N3904 NPN tranzisztor
- 1KΩ ellenállás
- 1.1KΩ ellenállás
- 500Ω ellenállás
- 16μF elektrolitkondenzátor
- 1600μF elektrolitkondenzátor
A választott tranzisztor valóban bármilyen BJT NPN tranzisztor lehet. Ehhez az áramkörhöz a 2N3904 tranzisztort választjuk.
Az általunk ténylegesen kiszámított alkatrészek értékeinek nagy részéhez nem fogja tudni megtalálni ezeket a pontos értékeket. Az alábbiakban például az egyik ellenállást 565Ω-ra számítjuk. Ez az ellenállás nem létezik. Ezért közelítünk. Lehetséges, hogy találunk egy 500Ω-os ellenállást, és még ha nem is találunk, akkor is párhuzamba állíthatunk 2 1KΩ-os ellenállást, hogy 500Ω-os egyenértékű ellenállást kapjunk.
Egy 1,1KΩ-os ellenállást szintén nem fogsz találni. Tehát vagy 1KΩ-ra közelíted, vagy 1KΩ ellenállást teszel sorba egy 100Ω ellenállással. Minden alapvető célra ez nem szükséges. Egyszerűen csatlakoztathat egy 1KΩ ellenállást az 1,1KΩ helyett. Ez hasonló eredményt ad.
A kondenzátorértékek esetében ugyanezeket a közelítéseket kell alkalmazni. Keressen a számított kondenzátorértékekhez minél közelebbi értéket, és használja azokat.
Tranzisztoros pufferáramkör
A pufferáramkör, amelyet egyetlen NPN BJT tranzisztorralés néhány ellenállással és kondenzátorral építünk, az alábbiakban látható.
A fenti áramkör kenyértáblás áramköre az alábbiakban látható. 
A fenti áramkör tehát pufferként működik. A pufferelni kívánt vonalat a bemenetre csatlakoztatjuk, és az áramkör kimenetére csatlakoztatjuk a bekapcsolni kívánt terhelést.
Most belemegyünk a részletekbe, hogy miért van szükség a különböző alkatrészekre az áramkörhöz, és hogyan kell kiválasztani az értékeiket.
Az első dolog tehát az, hogy eldöntjük, mekkora feszültséget fogunk szolgáltatni ennek az áramkörnek. Ez a feszültség, VCC, a tranzisztor kollektorára alkalmazott feszültség. Valójában bármilyen értéket választhatunk a VB, a bázisfeszültség felett, a maximális értékig, amelyet a tranzisztor a kollektoron kezelni tud. Ez általában 40-60V a legtöbb tranzisztoron. A mi áramkörünkhöz egy ésszerű 12-es feszültségértéket fogunk választani a VCC-hez. így ez az első szempont.
A következő, most már ismerjük a VCC-t, előfeszítjük az áramkör bázisfeszültségét, ami azt jelenti, hogy kiválasztjuk azt a feszültséget, amelyet a tranzisztor bázisán akarunk esni. milyen értéket akarunk a bázison? Ennek megválaszolásához nézzük meg a teljes képet. A váltakozó feszültség mennyisége, amely a tranzisztor kimenetén jelen lehet, függ az áramkör egyenfeszültség-tartományától. A spektrum egyik végén a tranzisztor akár 12 V-ig is lenghet, ami a VCC. A spektrum másik végén a tranzisztor a földhöz közeli, körülbelül 0,7 V-ig lenghet le. Az ok, amiért a tranzisztor nem tud teljesen a földre lengni, az az, hogy a tranzisztor csak akkor kapcsol be, ha a dióda be van kapcsolva, és ez körülbelül 0,7V-nál történik, a belső dióda határfeszültségénél. Ezért a 0,7V az áramkör padlója, és nem a föld vagy a 0V. Ezért egy 12V-os tápegységgel és 0,7V-os talajjal a tranzisztor 0,7V-ról 12V-ig hintázhat. Miért fontos ez a feszültség tekintetében, amelyet a bázisra táplálunk, az, hogy bármilyen feszültség érkezik az áramkörbe, a padló 0,7V és a felső határ 12V. Ezért az alapfeszültséget úgy akarjuk előfeszíteni, hogy az ezen értékek közé essen. Ez adja a maximális csúcs-csúcs kitérést a jel számára, és a legnagyobb teret biztosítja a működéshez clipping nélkül. Ha az alapfeszültséget helytelenül vagy jóval a középtől eltérően előfeszítjük, akkor a tranzisztor jelentős klippeléssel járhat, ami gyenge kimenetet eredményez. Egy 12V-os felső határ és 0,7V-os alsó határ esetén a középső érték (12 – 0,7V)/2 +0,7V= 6,35V lenne. Figyelembe kell vennünk a dióda feszültségesését, mert az érték a bázison 0,7V-kal magasabb, mint a kimeneten. Azáltal, hogy az alapfeszültséget pontosan a plafon és a padló közepén előfeszíti, lehetővé teszi a váltakozó áramú jel maximális kilengését, amelyet maximális csúcs-csúcs kitérésnek nevezünk. Az AC jelekkel foglalkozó tranzisztoráramkör előfeszítésénél az AC jel, amely a kimeneten clipping nélkül megjelenhet, egyenértékű aDC előfeszítéssel. Az AC jel csak addig képes kilengeni, ameddig az egyenáramú feszültség előfeszítése lehetővé teszi. Ha a tápegység 20V és a padló 0,7V, akkor a tranzisztor 20V-os csúcsértéktől 0,7V-os padlóig hintázhat. A tranzisztor ezen feszültségek középpontjában történő elhelyezése lehetővé teszi a váltakozóáramú jel maximális kilengését a plafontól a padlóig. Ez az áramkör optimális egyenáramú működési pontja, amelyet Q-pontnak vagy nyugalmi pontnak nevezünk. ha túl alacsony egyenáramú értéket választ, akkor a jel a hullámforma aljánál korábban vágódik le. Ha túl magas egyenáramú működési feszültséget választ, akkor a szignál a hullámforma tetején fog levágódni.
Az alapján tehát azt akarjuk, hogy a bázison lévő feszültség a 12V, a tápfeszültség és a 0,7V között legyen, ami a padlót jelenti. Tehát a VB= 0,7V + (12V-0,7V)/2, ami 6,35V. Tehát ahhoz, hogy ezt a feszültséget kapjuk, meg kell választanunk az ellenállásainkat, amelyek lehetővé teszik, hogy ez a feszültség megjelenjen az alapon. A bázison lévő feszültséget 2 ellenálláson keresztül előfeszítjük. Az ellenállások feszültségosztót alkotnak, és elosztják a tápfeszültséget. A megfelelő értékű ellenállások kiválasztásával a tápegységnél kisebb feszültségre oszthatjuk a tápfeszültségünket. Az alapfeszültség, VB= VCC * (R2/R1 + R2). Ennek az egyenletnek a megoldásához kiválasztjuk az egyik ellenállás értékét, majd az ellenállás értéke alapján kiszámítjuk a másik ellenállás értékét a képlet alapján. Tehát az R2 ellenálláshoz 1KΩ értéket választunk, mint referenciapontot a másik ellenálláshoz. Ezeket az értékeket a képletbe beillesztve megkapjukVB= VCC * (R2 / R1 + R2)= 6,35V (12V) (1KΩ). /(R1+1KΩ). A matematikát elvégezve ez az R1= 1,1KΩ értéket jelenti. Tehát ahhoz, hogy 6,35V értéket kapjunk a bázison, az ellenállások értékei R1 egyenlő 1,1KΩ és R2=1KΩ.
A következőkben el kell döntenünk az RE ellenállás értékét. Az általunk választott érték integrál, hogy ne melegedjünk túl és esetleg tönkretegyük a tranzisztort. Az RE kiválasztásának módja az áram értékén alapul, IE, amelyet a tranzisztoron keresztül akarunk követni, és mi a biztonságos áram, amely a tranzisztoron keresztül folyik. Tehát mi csak egy olyan tartományt választunk, amely egy biztonságos áram, amely átfolyhat a tranzisztoron, amely nem égeti ki. A biztonságos áram 10mA. Ez egy tisztességes mennyiségű áramés olyan, amely nem égeti ki a tranzisztort. Tehát az emitter ellenállás, RE= VE/IE, ahol VE az emitteren keresztüli feszültség és IE az emitteren átfolyó áram. VE=VB-0,7V = 5,65V. Az egyetlen feszültségkülönbség az alapfeszültség és az emitterfeszültség között a 2 csomópont közötti dióda feszültségesés. Mivel a tranzisztorban a bázistól az emitterig dióda van, a tranzisztornak belső feszültségesése van. Ezért az emitterfeszültség egyenlő az alapfeszültséggel mínusz a diódán keresztüli feszültségesés. Tehát a képlet, RE= VE/IE= 5,65V/10mA= 565Ω. Tehát egy körülbelül 500Ω-os RE ellenállás jól elegendő lenne ehhez az áramkörhöz.
Most végül meg kell választanunk a kondenzátorok értékét ebben az áramkörben. Mindkét kondenzátornak ugyanaz a funkciója. Csak az AC jelet engedik át, és megakadályozzák az egyenáramú jelek áthaladását. Tehát csatolókondenzátorként működnek.
Először megmutatjuk, hogyan kell kiszámítani a kondenzátor értékét a bemeneten.
A kondenzátor megfelelő értékének helyes kiválasztásához számos dolgot kell figyelembe vennünk, amelyeket most tárgyalunk.
Egyrészt el kell döntenünk az áramkör határfrekvenciáját. Ez az a frekvencia, amelyet ki akarunk szűrni. Ha hangjelekkel foglalkozunk, akkor az ember számára hallható frekvenciatartomány 20 Hz és 20 000 Hz között van. Ha úgy építjük meg a tranzisztorunkat, hogy csak a hallható jeleket akarjuk átengedni, akkor a 20Hz egy jó választható határfrekvencia. Ez azt jelenti, hogy minden frekvencia ebben a tartományban vagy annál lejjebb kiszűrődik a földre. Tehát 20Hz-et fogunk választani a határfrekvenciánknak. Ha vesszük a 20Hz-et és alkalmazzuk a szögfrekvenciára, ω=2πf, akkor ω=2πf≈125s-1-et kapunk. Ez az egyenlet egyik része.
A következő dolog, amit figyelembe kell vennünk, az az ellenállás értéke, amit a kondenzátor lát. Ennek az áramkörnek az első része a kondenzátortól és az általa látott ellenállástól lefelé a földig egy magas átjárású szűrőt, egy RC magas átjárású szűrőt képez. Az RC magántompító szűrő egy kondenzátorból és egy földhöz csatlakoztatott ellenállásból álló áramkör.
Ha az áramkörbe áramló áramot vizualizálta, az áram 3 út közül 1 módon mehet. Az áram átmehet a kondenzátoron és az R2 ellenálláson keresztül a földre. Az áram átmehet a kondenzátoron és az R1 ellenálláson keresztül. Vagy az áram átfolyhat a tranzisztoron és az RE ellenálláson keresztül a földre. Furcsának tűnhet, hogy az áram átfolyhat az R1 ellenálláson, de a váltakozó áramú jelek az egyenáramú feszültségszinteket is földként látják. Tehát annak ellenére, hogy 12V egyenfeszültségi szinten van (az R1-en keresztül), az AC jelek számára,ez is lehet föld; ezért lehet ez egy út lefelé a földre is.
Ez tehát a 3 módja annak, hogy áram folyhat az áramkörben. EVen bár az áram ezeket az utakat igénybe veheti, végül is az, hogy mit lát egy kondenzátor, ami meghatározza a valódi ellenállást, amellyel találkozik. Tehát most erről fogunk beszélni. Az R1 és R2 ellenállások párhuzamosan vannak. Ezért a kondenzátor ennek a 2 párhuzamos ellenállásnak az egyenértékű ellenállását látja. Tehát a kondenzátor az 1KΩ-ot az 1,1KΩ ellenállással párhuzamosan látja. Ezeknek az ellenállásoknak az egyenértékű ellenállása nagyjából 500Ω. Tehát ez az az ellenállás, amelyet a kondenzátorok egy útvonalon látnak. A másik útvonal az, amikor az áram átmegy a tranzisztoron és az RE ellenálláson keresztül. Ez az ellenállás βRE lesz. A β körülbelül 100-nak felel meg, ezt a matematikát elvégezve ez az ellenállás kiszámítja56KΩ.
Ne feledje, hogy az áram mindig a legkisebb ellenállás útját veszi. Tehát az 500Ω vagy 56KΩ lehetőségek között az áram nyilvánvalóan az 500Ω útvonalat választja.
Az 500Ω tehát az az egyenértékű ellenállás, amelyet az RC magaspass szűrőhálózat lát, és tudjuk, hogy 20 Hz-es határfrekvenciát szeretnénk. És a 20 Hz-es szögfrekvencia kiszámítása azt adja, ω=2πf≈125s-1.
Az egyenlethez visszatérve tehát, REQC1= 1/125s-1= (500Ω)C1= 0,008s. A matematikát elvégezve ez 16µF C1 értéket jelent. Tehát az első kondenzátor 16µF.
Most lépjünk át a második kondenzátorra. És ezt hasonlóan választjuk ki, mint az első kondenzátort.
Azt akarjuk, hogy a második kondenzátor hasonlóan reagáljon, mint az első, tekintettel arra a frekvenciára, amivel foglalkozunk. Ez azért van, mert ugyanazt a frekvenciájú jelet, amely bemenetre kerül, kimenetre is kerül. Tehát mindkét kondenzátor frekvenciaválaszát meg akarjuk egyezni. Tehát a kimeneti kondenzátor esetében is a 20 Hz-es frekvenciaválasz szerint számoljuk ki. A szögfrekvenciát kiszámítva ismét megkapjuk, ω=2πf≈125s-1.
Még egyszer ugyanazt a képletet használjuk, REQC2= 1/125s-1.
Mi a REQ ebben az esetben? A REQ az az ellenállás, amit a kimeneti kondenzátor lát az áramkörben. A kondenzátortól visszatekintve a bemeneti oldalra, a kondenzátor (R1 || R2)/β= (1,1KΩ || 1KΩ)/100= (523Ω/100) ≈ 5Ω ellenállással találkozik. Tehát a kimeneti kondenzátor az áramkör bemenetére visszatekintve 5Ω egyenértékű ellenállást lát.
Az egyenletbe ezeket az értékeket bedugva tehát REQC2= 1/125s-1= (5Ω)C2= 0,008s. A C2-t megoldva 1600µF-ot kapunk. Ez tehát a kimeneti kondenzátor értéke.
És most már megoldottuk az áramkörben lévő összes alkatrész értékét.
A számítások alapján láthatjuk, hogy az áramkörnek magas a bemeneti impedanciája és alacsony a kimeneti impedanciája. Ahogy kiszámoltuk, a bemeneti impedancia βRE, amit 56KΩ-ra számítottunk. A kimeneti impedancia kiszámítottuk, hogy 5Ω. Tehát láthatjuk, hogy ez az áramkör magas bemeneti impedanciával és alacsony kimeneti impedanciával rendelkezik.
Ez tehát nagyon jól működik pufferként.
Ez az áramkör hozzáadható a pufferelendő feszültségvezetékhez, amely lehetővé teszi az összes feszültség átvitelét, miközben alacsony impedanciájú kimenetet ad ki, így egy terhelés táplálható.
Tudjuk, hogy ez egy alapvető pufferáramkör. Nem olyan pontos, mint egy tényleges pufferchip. Egyrészt egy pufferchip nagyobb impedanciával és alacsonyabb kimeneti impedanciával rendelkezik. Másrészt ez nem egy teljesen pontos feszültségkövető áramkör. Mivel a tranzisztornak van egy belső diódája, amelynek feszültségesése nagyjából 0-nak felel meg.7V, akkor ezt a feszültséget elveszíti a kimeneten. Így a kimeneti jel 0,7V-kal alacsonyabb, mint a bemeneti jel. Tehát láthatja, hogy ez nem teljesen feszültségkövető.
Mindenesetre minden alapvető célra nagyon jól működik, mint egy alacsony pontosságú puffer.