Amplificador de voltaje

Un amplificador de voltaje en la forma más simple es cualquier circuito que emite un voltaje más alto que el voltaje de entrada. Cuando se ve obligado a trabajar con una cantidad de voltaje establecida, estos amplificadores se usan comúnmente para aumentar el voltaje y, por lo tanto, la cantidad de energía que sale de un circuito. Esto es útil para leer y adaptar señales pequeñas, como aumentar una señal de audio antes de enviarla a los altavoces. El amplificador de voltaje es una forma del amplificador emisor común, que se basa en el transistor; La amplificación del voltaje depende de la relación de resistencias en el colector y el emisor de este transistor.

Los siguientes materiales son para un amplificador con una ganancia de 10. Si desea aumentar o disminuir este factor, consulte el paso 2.

Materiales

Para construir este circuito, necesitará los materiales enumerados a continuación. Los nombres de los instrumentos específicos utilizados en este circuito en particular se incluyen entre paréntesis.

- generador de funciones (BK Precision 4011A 5MHz Function Generator)

- placa de pruebas (Global Specialties Proto-Board PB-503)

- Fuente de alimentación de CC (15V, incluida en nuestra placa de pruebas)

- transistor (Q1 2N3904)

- condensador - 100nF

- resistencias - 56 kOhm, 5.6 kOhm, 6.8 kOhm, 680 Ohm

Si utiliza este circuito para fines prácticos, puede utilizar cualquier fuente de alimentación de CC que desee; tenga en cuenta que su voltaje de salida no puede ser mayor que el voltaje proporcionado por esta fuente de alimentación de CC. Por lo tanto, recomendaría fuentes de alimentación en el rango de 9 a 15V DC. La entrada sinusoidal del generador de funciones es simplemente la entrada que desea amplificar.

Además, es probable que desee leer algo o usar el voltaje de salida producido por este circuito, dependiendo de sus razones para querer construir un amplificador de voltaje. Si simplemente está buscando investigar el circuito, se puede usar un osciloscopio para leer el voltaje de salida.

Nuevamente, este circuito tiene una ganancia de voltaje de 10. Para diferentes valores de ganancia, se necesitarán diferentes resistencias (vea el paso 2).

Paso 1: construcción del circuito

La primera imagen es el esquema del circuito; la parte inferior derecha es la vista del tablero; y la parte inferior izquierda es nuestro producto final.

Hablemos un poco sobre el circuito antes de comenzar a construirlo. Si ignoramos por completo la entrada sinusoidal, podemos ver que todavía habrá un circuito completo y, por lo tanto, un voltaje en la salida. Basado en las relaciones de las resistencias usadas aquí, este voltaje (llamado voltaje de reposo) calcula que es aproximadamente la mitad del voltaje de entrada. Con el voltaje ya en una cantidad tan grande, tiene sentido que la adición de este voltaje de entrada sinusoidal, incluso si es pequeño, conduzca a un voltaje de salida mucho mayor. De ahí el amplificador!

Una nota sobre el condensador:
Las dos primeras resistencias son las que establecen el voltaje de CC de la base. El condensador actúa para filtrar la corriente de CC del generador de funciones, dejando solo una onda sinusoidal para evitar que el voltaje de CA interfiera con los voltajes de CC.

¡Así que ahora comencemos a construir la cosa! La forma más eficiente y sin cables de hacerlo sería dejar todos los conectores hasta el final. Comenzando con el transistor y las resistencias, el circuito parece bastante fácil, así que no intentaré guiarte a través de él. Una vez que se hace esta base, el generador de funciones (abajo a la izquierda en rojo y negro) se puede conectar y luego emitir (que se muestra aquí como el cable morado conectado a una sonda).

Si va a ver los resultados en un osciloscopio, le recomiendo usar la salida TTL del generador de funciones como disparador externo para el osciloscopio. Si realmente vas a conectarlo en algún momento, todavía estoy de acuerdo con comprobar tu trabajo primero, ¡nunca sabes qué puede salir mal!

Paso 2: Calcular la ganancia

¡Una parte esencial de la construcción de un amplificador de voltaje es saber cuánto se amplificará su voltaje! Puede determinar la ganancia de su amplificador de voltaje eligiendo resistencias apropiadas (imagen superior), y un osciloscopio le dirá cuánto se está amplificando realmente su voltaje (imagen inferior).

La ganancia de este amplificador de voltaje es simplemente la relación del voltaje del colector del transistor (Vout) a su voltaje base (Vin). Esta relación es equivalente a la negativa de la relación de las resistencias de colector y emisor RC y RE de manera que Gain = Vout / Vin = - RC / RE. En nuestro circuito de ejemplo (ver imagen superior), la relación de estas dos resistencias fue de 6800 ohmios (en rojo) / 680 ohmios (en azul) = 10, por lo que nuestro amplificador de voltaje tenía una ganancia de -10; así, la señal de salida es el producto de invertir la señal de entrada y aumentar su amplitud en un factor de 10.

Para construir amplificadores de voltaje con otras ganancias, elija resistencias RC y RE de modo que su relación sea igual a la ganancia deseada.

El factor negativo en la ganancia indica que las señales de entrada y salida estarán completamente desfasadas una de la otra. Otra forma de pensar acerca de los signos invertidos de la señal de salida es imaginar que el circuito desplazó la señal horizontalmente por un desplazamiento de fase de radianes pi, o 180 grados. Esta inversión de cambio de fase / signo se puede confirmar al ver los voltajes de entrada y salida en una pantalla de osciloscopio. En la imagen de visualización del osciloscopio anterior, el Canal 1 y el Canal 2 leen las señales de salida y entrada, respectivamente. Tenga en cuenta que las dos señales se muestran con una diferencia de escala, de modo que la señal de salida del Canal 1 se amplifica, aunque parece ser aproximadamente del mismo tamaño que la señal de entrada del Canal 2.

Paso 3: problemas potenciales

Uno de los problemas más comunes que rodean a los transistores es la aparición de recorte. En este caso específico, el recorte ocurrirá cuando el voltaje en la base sea mayor que el del colector; esto hará que parte de la corriente fluya desde la base al colector en lugar de la base deseada a tierra.

La corriente comenzará a recortarse con ganancias muy bajas, alrededor de 1 más o menos. Para obtener una descripción más detallada sobre cómo se calculó esto, pruébelo usted mismo o vea a continuación *. Afortunadamente, no creo que esto sea un problema demasiado grande para nadie porque ¿por qué molestarse con un amplificador de voltaje que no funciona para amplificar el voltaje?

Otros problemas generalmente son causados ​​por desafortunados errores en el cableado. Además, es importante tener en cuenta que si bien su relación de resistencia puede indicar una ganancia deseada de cierta cantidad, los circuitos casi nunca son perfectos, por lo que habrá alguna variación. Para una ganancia alta, la ganancia real vista será ligeramente más pequeña que la relación, mientras que para ganancias más bajas, la ganancia real será ligeramente mayor que la relación de resistencias.

* Explicación más detallada:
Si observamos las resistencias de 5.6k y 56k como formadoras de un divisor de voltaje, podemos calcular que el voltaje en la base será de 1.36 voltios en promedio. Por lo tanto, el recorte ocurrirá cuando el colector sea 0.6 voltios más pequeño que esto (lo que representa la caída de voltaje sobre un diodo). Esto resulta ser de aproximadamente 0, 8 voltios. Dado que el voltaje de salida es solo la ganancia, el circuito comenzará a recortarse a pequeñas ganancias en la vecindad de 0.8 o menos.

Paso 4: Aplicaciones y comentarios finales

El amplificador de emisor común puede ser un circuito muy útil no solo porque invierte y amplifica una señal de voltaje, sino también porque el capacitor en su entrada le permite ignorar el componente constante de una señal de entrada (el desplazamiento de CC) y captar débilmente, bajo señales de frecuencia (el componente de CA de la entrada).

Sus aplicaciones incluyen el uso en altavoces para amplificar señales de audio y en radios para amplificar señales de radio débiles captadas por una antena.

¡Buena suerte y disfruta de tu amplificador de voltaje! Edificio feliz!