În acest proiect, vom arăta cum să construim un tampon cu un tranzistor. cu câteva rezistențe și condensatoare.
Un buffer este un dispozitiv care emite aceeași tensiune care este alimentat în el. sale poate servi o multitudine de utilizări, cum ar fi permite transferul maxim de tensiune și provoacă o încărcare cu curent redus de la o sursă de alimentare.
Acest circuit nu utilizează un circuit integrat ca un buffer IC.
Utilizează doar componente simple.
Tipul de tranzistor pe care îl folosim este un tranzistor bipolar de joncțiune, de tip NPN. poate fi folosit oricare; cele mai populare sunt 2N3904 și 2N2222.
Circuitul tranzistorului va fi configurat ca un urmăritor de emitor (o altă denumire este circuit cu colector comun).
Un circuit emitor follower este este un circuit cu tranzistor în care tensiunea la emitor urmează tensiunea de intrare. Este o imagine în oglindă, ca să spunem așa, a tensiunii de intrare. Prin urmare, tensiunea de la ieșire este aceeași cu cea de la intrare.
Din moment ce tensiunea de ieșire este o imagine în oglindă a tensiunii de intrare, iar impedanța de intrare este mare și impedanța de ieșire este mică, emițătorul urmăritor funcționează ca un buffer.
De aceea, dacă o linie de tensiune trebuie să fie tamponată, ea poate fi conectată la intrarea acestui circuit, iar sarcina care trebuie alimentată se conectează la ieșirea acestui circuit.
Acest lucru este grozav atunci când nu aveți la dispoziție un cip tampon sau un cip logic pe care să îl puteți converti într-un tampon.
În circuitul nostru, în mod specific, impedanța de intrare va fi de peste 50KΩ și impedanța de ieșire va fi de aproximativ 5Ω. Acest lucru creează un efect de tampon destul de bun asupra oricărei tensiuni care trebuie să fie tamponată.
Vom construi acest tip de circuit cu tranzistor pentru a acționa ca un buffer.
Pentru a proiecta corect un circuit emitor-succesor, trebuie luați în considerare mai mulți factori, inclusiv câtă tensiune continuă este furnizată la colectorul tranzistorului, cât de mult curent se dorește să treacă prin tranzistor și frecvența de tăiere a semnalelor de curent alternativ care intră la intrare.
Am să trecem în revistă toate aceste concepte mult mai în profunzime mai jos. Vom arăta în acest circuit cum să îl configurăm și cum să alegem valorile rezistențelor și condensatoarelor, ceea ce se numește polarizarea tranzistorului.
Componente necesare
- 2N3904 NPN tranzistor
- 1KΩ rezistor
- 1.Rezistor de 1KΩ
- 500Ω rezistor
- Condensator electrolitic de 16μF
- Condensator electrolitic de 1600μF
Transistorul care se alege poate fi într-adevăr orice tranzistor BJT NPN. Pentru acest circuit, noi alegem tranzistorul 2N3904.
Pentru o mulțime de valori ale componentelor pe care le calculăm efectiv, nu veți putea găsi aceste valori precise. De exemplu, mai jos calculăm că una dintre rezistențe este de 565Ω. Acest rezistor nu există. Așa că facem o aproximare. Este posibil să găsiți un rezistor de 500Ω și, chiar dacă nu puteți, puteți pune 2 rezistențe de 1KΩ în paralel pentru a obține o rezistență echivalentă de 500Ω.
Un rezistor de 1,1KΩ, de asemenea, nu veți găsi. Așa că puteți fie să o aproximați până la 1KΩ, fie să puneți o rezistență de 1KΩ în serie cu o rezistență de 100Ω. Pentru toate scopurile de bază, acest lucru nu este necesar. Puteți conecta pur și simplu un rezistor de 1KΩ în loc de 1,1KΩ. Se obțin rezultate similare.
Aceleași aproximări ar trebui să fie folosite pentru valorile condensatorului. Găsiți o valoare cât mai apropiată de valorile calculate ale condensatorului și folosiți-le pe acelea.
Circuitul tampon cu tranzistor
Circuitul tampon pe care îl vom construi cu un singur tranzistor NPN BJTși câteva rezistențe și condensatoare este prezentat mai jos.
Circuitul breadboard al circuitului de mai sus este prezentat mai jos. 
Atunci circuitul de mai sus acționează ca un buffer. Linia pe care doriți să o tamponați se conectează la intrare, iar sarcina pe care doriți să o alimentați se conectează la ieșirea circuitului.
Acum vom intra în detaliile de ce sunt necesare diferitele componente pentru circuit și cum să alegem valorile pentru ele.
Primul lucru este să decidem câtă tensiune vom alimenta acest circuit. Aceasta este tensiunea, VCC, aplicată la colectorul tranzistorului. Puteți alege într-adevăr orice valoare de deasupra VB, tensiunea de bază, până la valoarea maximă pe care tranzistorul o poate suporta pe colector. Aceasta este de obicei de 40-60V la majoritatea tranzistoarelor. Pentru circuitul nostru, vom alege o valoare rezonabilă a tensiunii de 12 pentru VCC. așadar, acesta este primul aspect de luat în considerare.
În continuare, cunoscând acum VCC, polarizăm tensiunea de bază a circuitului, ceea ce înseamnă că selectăm tensiunea care dorim să cadă peste baza tranzistorului. ce valoare dorim să avem peste bază? Pentru a răspunde la această întrebare, ne uităm la imaginea completă. Cantitatea de tensiune de curent alternativ care poate fi prezentă la ieșirea tranzistorului depinde de domeniul de tensiune continuă pe care îl are circuitul. La un capăt al spectrului, tranzistorul poate oscila până la 12V, care este VCC. La celălalt capăt al spectrului, tranzistorul poate oscila până aproape de masă, aproximativ 0,7V. Motivul pentru care tranzistorul nu poate oscila complet până la masă este acela că tranzistorul nu va porni decât dacă dioda este activată, iar acest lucru se întâmplă la aproximativ 0,7V, tensiunea de barieră pentru dioda internă. Prin urmare, 0,7V este podeaua circuitului, și nu masa sau 0V. Prin urmare, cu o sursă de alimentare de 12V și o masă de 0,7V, tranzistorul poate oscila de la 0,7V până la 12V. De ce contează acest lucru în ceea ce privește tensiunea pe care o furnizăm bazei este faptul că orice voltaj intră în circuit are o podea de 0,7V și un plafon de 12V. Prin urmare, dorim să polarizăm tensiunea de bază astfel încât să se încadreze între aceste valori. Acest lucru oferă o excursie maximă de la vârf la vârf pentru semnal și îi oferă cel mai mult spațiu de manevră pentru a funcționa fără tăiere. În cazul în care tensiunea de bază este polarizată incorect sau foarte departe de mijloc, tranzistorul poate avea o tăiere semnificativă care produce o ieșire slabă. Pentru un plafon de 12V și o podea de 0,7V, valoarea de mijloc ar fi (12 – 0,7V)/2 +0,7V= 6,35V. Trebuie să luăm în considerare căderea de tensiune a diodei, deoarece valoarea de la bază este cu 0,7V mai mare decât cea de la ieșire. Prin polarizarea tensiunii de bază chiar în mijlocul plafonului și podelei, se permite o oscilație maximă a semnalului de curent alternativ, numită excursie maximă de la vârf la vârf. La polarizarea unui circuit de tranzistor care se ocupă cu semnale de curent alternativ, semnalul de curent alternativ care va putea apărea la ieșire fără tăiere este echivalent cu polarizareaDC. Semnalul de curent alternativ va putea să oscileze doar atât cât îi permite polarizarea tensiunii de curent continuu. Dacă sursa de alimentare este de 20V și limita inferioară este de 0,7V, tranzistorul poate oscila de la o valoare de vârf de 20V la o limită inferioară de 0,7V. Poziționarea tranzistorului la mijlocul acestor tensiuni permite o oscilație maximă a semnalului de curent alternativ de la plafon la podea. Acesta este punctul optim de funcționare în curent continuu pentru circuit, numit punctul Q sau punctul de quiescență. dacă selectați o valoare de curent continuu prea mică, veți face ca semnalul să se întrerupă mai devreme în partea de jos a formei de undă. Dacă alegeți o tensiune de operare DC prea mare, veți face ca semnalul să se clipească în partea de sus a formei de undă.
Atunci, pe baza acestui punct, dorim ca tensiunea la bază să fie la jumătatea distanței dintre 12V, tensiunea de alimentare, și 0,7V, care reprezintă podeaua. Astfel încât VB= 0,7V + (12V-0,7V)/2, ceea ce înseamnă 6,35V. Așadar, pentru a obține această tensiune, trebuie să ne alegem rezistențele care să permită ca această tensiune să apară la bază. Tensiunea la bază este polarizată prin 2 rezistențe. Rezistențele formează un divizor de tensiune și împart tensiunea de alimentare. Putem împărți tensiunea noastră de alimentare în orice tensiune mai mică decât cea de alimentare prin alegerea rezistențelor de valoare corectă. Tensiunea de bază, VB= VCC * (R2/R1+R2). Pentru a rezolva această ecuație, alegem valoarea unui rezistor și apoi, pe baza acestei valori a rezistorului, calculăm valoarea celuilalt rezistor pe baza acestei formule. Astfel, pentru rezistorul R2 se alege o valoare de 1KΩ, ca punct de referință pentru celălalt rezistor. Introducând aceste valori în formulă, obținemVB= VCC * (R2/R1+R2)= 6,35V (12V) (1KΩ). /(R1+1KΩ). Făcând calculele, acest lucru se calculează la o valoare de R1= 1,1KΩ. Deci, pentru a obține o valoare de 6,35V la bază, valorile rezistențelor sunt R1 egală cu 1,1KΩ și R2=1KΩ.
În continuare, trebuie să decidem valoarea rezistenței RE. Valoarea pe care o alegem este integrală, astfel încât să nu supraîncălzim și eventual să distrugem tranzistorul. Modul în care alegem RE se bazează pe valoarea curentului, IE pe care dorim să urmeze prin tranzistor și care este un curent sigur care să treacă prin tranzistor. Așadar, vom alege un interval care este un curent sigur care poate trece prin tranzistor și care nu îl va arde. Un curent sigur este de 10mA. Aceasta este o cantitate decentă de curent și una care nu va arde tranzistorul. Deci, rezistența emitorului, RE= VE/IE, unde VE este tensiunea pe emitor și IE este curentul care trece prin emitor. VE=VB-0.7V = 5.65V. Singura diferență de tensiune între tensiunea de bază și tensiunea de emitor este căderea de tensiune a diodei între cele 2 joncțiuni. Deoarece tranzistorul are o diodă în el de la bază la emitor, tranzistorul are o cădere de tensiune internă. Prin urmare, tensiunea de emitor este egală cu tensiunea de bază minus căderea de tensiune prin diodă. Deci formula, RE= VE/IE= 5,65V/10mA= 565Ω. Așadar, o rezistență RE de aproximativ 500Ω ar fi suficientă pentru acest circuit.
Acum, în cele din urmă, trebuie să alegem valoarea condensatoarelor din acest circuit. Ambele condensatoare au aceeași funcție. Ei lasă să treacă doar semnalul de curent alternativ și blochează trecerea curentului continuu. Deci, ele funcționează ca și condensatori de cuplare.
Vom arăta mai întâi cum să calculăm valoarea condensatorului de la intrare.
Pentru a alege corect o valoare adecvată a condensatorului, trebuie să luăm în considerare mai multe lucruri, pe care le vom discuta acum.
Unul, trebuie să decidem frecvența de cutoff a circuitului. Aceasta este frecvența pe care dorim să o eliminăm prin filtrare. Dacă aveți de-a face cu semnale sonore, gama de frecvențe care este audibilă pentru oameni este cuprinsă între 20Hz și 20.000Hz. Dacă construim tranzistorul nostru astfel încât să nu dorim să treacă decât semnale audibile, 20Hz este o frecvență de cutoff bună de ales. Acest lucru înseamnă că orice frecvență în acest interval sau mai mică va fi filtrată la masă. Așadar, vom alege 20Hz ca frecvență de cutoff. Dacă luăm 20Hz și o aplicăm la frecvența unghiulară, ω=2πf, obținem ω=2πf≈125s-1. Aceasta este o parte a ecuației.
Următorul lucru pe care trebuie să-l luăm în considerare este valoarea rezistenței pe care o vede condensatorul. Prima parte a acestui circuit, de la condensator și rezistența pe care o vede până la masă, formează un filtru trece-înalt, un filtru trece-înalt RC. Un filtru trece-înalt RC este un circuit compus dintr-un condensator cu o rezistență conectată la masă.
Dacă ați vizualizat curentul care curge în circuit, curentul poate merge în 1 din 3 moduri. Curentul poate trece prin condensator și prin rezistorul R2 și până la masă. Curentul poate trece prin condensator și prin rezistorul R1. Sau curentul poate să treacă prin tranzistor și să curgă prin rezistorul RE până la masă. Poate părea ciudat că curentul poate trece prin rezistorul R1, dar semnalele de curent alternativ văd nivelurile de tensiune continuă ca și masă. Deci, chiar dacă este la nivelul de curent continuu de 12 V (prin R1), pentru semnalele de curent alternativ poate fi, de asemenea, o masă; acesta este motivul pentru care poate fi o cale de coborâre la masă.
Deci acestea sunt cele 3 moduri în care curentul poate circula în circuit. Chiar dacă curentul poate lua aceste căi, în cele din urmă ceea ce vede un condensator este ceea ce determină rezistența reală pe care o întâlnește. Așa că vom vorbi despre acest lucru acum. Rezistențele R1și R2 sunt în paralel. Prin urmare, condensatorul vede rezistența echivalentă a acestor 2 rezistențe paralele. Așadar, condensatorul vede 1KΩ în paralel cu rezistența de 1,1KΩ. Rezistența echivalentă a acestor rezistențe este de aproximativ 500Ω. Deci aceasta este rezistența pe care o vede condensatorul la o cale. Cealaltă cale este atunci când curentul trece prin tranzistor și prin rezistorul RE. Această rezistență va fi βRE. Cu β egal cu aproximativ 100, făcând acest calcul, această rezistență se calculează la56KΩ.
Amintiți-vă că curentul ia întotdeauna calea cu cea mai mică rezistență. Deci, între opțiunile de 500Ω sau 56KΩ, curentul va lua în mod evident calea de 500Ω.
Așa că 500Ω este rezistența echivalentă pe care o vede rețeaua de filtrare RC de trecere înaltă și știm că dorim o frecvență de tăiere de 20Hz. Și calculând frecvența unghiulară pentru 20Hz ne dă, ω=2πf≈125s-1.
Prin urmare, mergând la ecuație, REQC1= 1/125s-1= (500Ω)C1= 0,008s. Făcând calculele, acest lucru se calculează la o valoare C1 de 16µF. Așadar, primul condensator este de 16µF.
Acum trecem la al doilea condensator. Și este ales în mod similar cu primul condensator.
Vrem ca al doilea condensator să reacționeze în mod similar cu primul, în ceea ce privește frecvența cu care ne confruntăm. Acest lucru se datorează faptului că același semnal de frecvență care este la intrare este la ieșire. Așadar, doriți să potriviți răspunsul de frecvență pentru ambele condensatoare. Deci, pentru condensatorul de ieșire, îl calculăm, de asemenea, în funcție de răspunsul său în frecvență de 20Hz. Calculând frecvența unghiulară, obținem din nou, ω=2πf≈125s-1.
Utilizăm din nou aceeași formulă, REQC2= 1/125s-1.
Ce este REQ în acest caz? REQ este rezistența pe care o vede condensatorul de ieșire în circuit. Privind de la condensator înapoi la partea de intrare, condensatorul vede o rezistență de (R1 || R2)/β= (1,1KΩ || 1KΩ)/100= (523Ω/100) ≈ 5Ω. Așadar, condensatorul de ieșire vede o rezistență echivalentă de 5Ω privind înapoi la intrarea circuitului.
Prin urmare, introducând aceste valori în ecuație, REQC2= 1/125s-1= (5Ω)C2= 0,008s. Rezolvând pentru C2, obținem 1600µF. Așadar, aceasta este valoarea condensatorului de ieșire.
Și acum am rezolvat pentru toate valorile componentelor din circuit.
Puteți vedea, pe baza calculelor, că circuitul are o impedanță de intrare mare și o impedanță de ieșire mică. După cum am calculat, impedanța de intrare este βRE, pe care am calculat-o ca fiind de 56KΩ. Impedanța de ieșire am calculat că este de 5Ω. Deci, puteți vedea cum acest circuit are o impedanță de intrare mare și o impedanță de ieșire mică.
Așa că funcționează foarte bine ca un buffer.
Acest circuit poate fi adăugat la linia de tensiune care trebuie să fie tamponată, ceea ce permite ca toată tensiunea să fie transferată, oferind în același timp o ieșire de impedanță mică, astfel încât o sarcină să poată fi alimentată.
Să știți că acesta este un circuit buffer de bază. Nu este la fel de precis ca un cip tampon real. Pentru început, un cip tampon are o impedanță mai mare și o impedanță de ieșire mai mică. Pe de altă parte, nu este un circuit urmăritor de tensiune complet precis. Având în vedere că tranzistorul are o diodă internă care are o cădere de tensiune aproximativ echivalentă cu 0.7V, acesta pierde această tensiune la ieșire. Astfel, semnalul de ieșire este cu 0,7V mai mic decât semnalul de intrare. Deci, puteți vedea că nu este complet un urmăritor de tensiune.
Cu toate acestea, pentru toate scopurile de bază, funcționează foarte bine ca un buffer de mică precizie.