Amplificateur de tension

Un amplificateur de tension sous sa forme la plus simple est tout circuit qui produit une tension supérieure à la tension d'entrée. Lorsque vous êtes obligé de travailler avec une quantité de tension définie, ces amplificateurs sont couramment utilisés pour augmenter la tension et donc la quantité de puissance sortant d'un circuit. Ceci est utile pour lire et adapter de petits signaux tels que l'amplification d'un signal audio avant de l'envoyer vers les haut-parleurs. L'amplificateur de tension est une forme de l'amplificateur à émetteur commun, qui repose sur le transistor; l'amplification de la tension dépend du rapport des résistances sur le collecteur et l'émetteur de ce transistor.

Les matériaux suivants sont destinés à un amplificateur avec un gain de 10. Si vous souhaitez augmenter ou diminuer ce facteur, reportez-vous à l'étape 2.

Matériaux

Pour construire ce circuit, vous aurez besoin des matériaux énumérés ci-dessous. Les noms des instruments spécifiques utilisés dans ce circuit particulier sont inclus entre parenthèses.

- générateur de fonctions (générateur de fonctions BK Precision 4011A 5 MHz)

- planche à pain (Global Specialties Proto-Board PB-503)

- Alimentation DC (15V, incluse dans notre maquette)

- transistor (Q1 2N3904)

- condensateur - 100nF

- résistances - 56 kOhm, 5, 6 kOhm, 6, 8 kOhm, 680 Ohm

Si vous utilisez ce circuit à des fins pratiques, vous pouvez utiliser n'importe quelle alimentation CC que vous désirez; gardez à l'esprit que votre tension de sortie ne peut pas être supérieure à la tension fournie par cette alimentation CC. Par conséquent, je recommanderais des alimentations de 9 à 15 V CC. L'entrée sinus du générateur de fonctions est simplement l'entrée que vous souhaitez amplifier.

De plus, vous souhaiterez probablement que quelque chose lise ou utilise la tension de sortie produite par ce circuit, selon vos raisons de vouloir construire un amplificateur de tension. Si vous cherchez simplement à étudier le circuit, un oscilloscope peut être utilisé pour lire la tension de sortie.

Encore une fois, ce circuit a un gain de tension de 10. Pour différentes valeurs de gain, différentes résistances seront nécessaires (voir étape 2).

Étape 1: Construction du circuit

La première image est le schéma du circuit; en bas à droite est la vue de la maquette; et en bas à gauche est notre produit final.

Parlons un peu du circuit avant de commencer à le construire. Si nous ignorons complètement l'entrée sinusoïdale, nous pouvons voir qu'il y aura toujours un circuit complet et donc une tension à la sortie. Sur la base des rapports des résistances utilisées ici, cette tension (appelée tension de repos) se calcule comme étant environ la moitié de la tension d'entrée. Avec la tension déjà à une telle quantité, il est logique que l'ajout de cette tension d'entrée sinusoïdale, même petite, conduise à une tension de sortie beaucoup plus élevée. D'où l'amplificateur!

Une note sur le condensateur:
Les deux premières résistances définissent la tension continue de la base. Le condensateur agit pour filtrer le courant continu du générateur de fonctions, ne laissant qu'une onde sinusoïdale afin d'empêcher la tension alternative d'interférer avec les tensions continues.

Alors maintenant, commençons à construire la chose! La façon la plus efficace et sans fil de procéder consiste à laisser tous les connecteurs jusqu'à la fin. En commençant par le transistor et les résistances, le circuit semble assez facile, donc je n'essaierai pas de vous guider à travers. Une fois cette base terminée, le générateur de fonctions (en bas à gauche en rouge et noir) peut être connecté puis sorti (qui est représenté ici comme le fil violet connecté à une sonde).

Si vous allez regarder les résultats sur un oscilloscope, je recommande d'utiliser la sortie TTL du générateur de fonctions comme déclencheur externe pour l'oscilloscope. Si vous comptez le connecter à un moment donné, je suis toujours prêt à vérifier votre travail en premier - vous ne savez jamais ce qui peut mal se passer!

Étape 2: Calcul du gain

Une partie essentielle de la construction d'un amplificateur de tension est de savoir à quel point votre tension sera amplifiée! Vous pouvez déterminer le gain de votre amplificateur de tension en choisissant les résistances appropriées (image du haut), et un oscilloscope vous dira combien votre tension est réellement amplifiée (image du bas).

Le gain de cet amplificateur de tension est simplement le rapport de la tension du collecteur du transistor (Vout) à sa tension de base (Vin). Ce rapport est équivalent au négatif du rapport des résistances collecteur et émetteur RC et RE tel que Gain = Vout / Vin = - RC / RE. Dans notre exemple de circuit (voir l'image du haut), le rapport de ces deux résistances était de 6800 Ohms (en rouge) / 680 Ohms (en bleu) = 10, donc notre amplificateur de tension avait un gain de -10; ainsi, le signal de sortie est le produit de l'inversion du signal d'entrée et de l'augmentation de son amplitude d'un facteur 10.

Pour construire des amplificateurs de tension avec d'autres gains, choisissez des résistances RC et RE de telle sorte que leur rapport soit égal au gain souhaité.

Le facteur négatif du gain indique que les signaux d'entrée et de sortie seront complètement déphasés l'un de l'autre. Une autre façon de penser les signes inversés du signal de sortie est d'imaginer que le circuit a décalé le signal horizontalement d'un décalage de phase de pi radians, ou 180 degrés. Ce décalage de phase / inversion de signe peut être confirmé en visualisant les tensions d'entrée et de sortie sur un écran d'oscilloscope. Dans l'image d'affichage de l'oscilloscope ci-dessus, les canaux 1 et 2 lisent respectivement les signaux de sortie et d'entrée. Notez que les deux signaux sont affichés avec une différence d'échelle, de sorte que le signal de sortie du canal 1 est amplifié, bien qu'il semble avoir à peu près la même taille que le signal d'entrée du canal 2.

Étape 3: problèmes potentiels

L'un des problèmes les plus courants entourant les transistors est l'occurrence d'écrêtage. Dans ce cas spécifique, un écrêtage se produit lorsque la tension à la base est supérieure à celle du collecteur; cela fera circuler une partie du courant de la base vers le collecteur, par opposition à la base souhaitée vers la terre.

Le courant commencera à couper à des gains très faibles - ceux autour de 1 environ. Pour une description plus détaillée de la façon dont cela a été calculé, essayez-le vous-même ou voyez ci-dessous *. Heureusement, je ne pense pas que ce sera un problème trop important pour quiconque, car pourquoi s'embêter avec un amplificateur de tension qui ne fonctionne pas pour amplifier la tension?

D'autres problèmes sont généralement causés par de malheureuses erreurs de câblage. En outre, il est important de noter que bien que votre rapport de résistance puisse signaler un gain souhaité d'une certaine quantité, les circuits ne sont presque jamais parfaits, il y aura donc une certaine variation. Pour un gain élevé, le gain réel observé sera légèrement inférieur au rapport, tandis que pour des gains plus faibles, le gain réel réel sera légèrement supérieur au rapport des résistances.

* Explication plus détaillée:
En regardant les résistances 5, 6k et 56k comme formant un diviseur de tension, nous pouvons calculer que la tension à la base sera de 1, 36 volt en moyenne. Un écrêtage se produira donc lorsque le collecteur est inférieur de 0, 6 volt (ce qui tient compte de la chute de tension sur une diode). Cela se révèle être d'environ 0, 8 volts. Étant donné que la tension de sortie n'est que le gain, le circuit commencera à se couper à de petits gains au voisinage de 0, 8 ou moins.

Étape 4: Demandes et commentaires finaux

L'amplificateur à émetteur commun peut être un circuit très utile non seulement parce qu'il inverse et amplifie un signal de tension, mais aussi parce que le condensateur à son entrée lui permet d'ignorer la composante constante d'un signal d'entrée (le décalage CC) et de capter un signal faible, faible -des signaux de fréquence (la composante alternative de l'entrée).

Ses applications incluent l'utilisation dans les haut-parleurs pour amplifier les signaux audio et dans les radios pour amplifier les signaux radio faibles captés par une antenne.

Bonne chance et profitez de votre amplificateur de tension! Construction heureuse!

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