Penguat Voltage Follower: Panduan Desain, Pembuatan, dan Pengukuran

BAHAN DAN MATERI

• Satu transistor NPN – model 2N2222 atau 2N3403 direkomendasikan. Paket 15 potong (katalog Radio Shack # 276-1617) ideal untuk ini dan proyek lain.
• Dua baterai 6 volt
• Dua resistor 1 kΩ
• Satu potensiometer linier satu putar 10 kΩ (katalog Radio Shack # 271-1715)

Pinout transistor bervariasi bahkan di antara paket yang tampak identik. Selalu konsultasikan datasheet produsen sebelum merangkai. Verifikasi cepat dengan fungsi diode-check multimeter sangat disarankan.

Untuk panduan langkah demi langkah tentang mengidentifikasi terminal transistor bipolar dengan multimeter, lihat bab 4 dari seri Semiconductor Volume III.

REFERENSI SILANG

Lessons In Electric Circuits, Volume 3, bab 4: “Transistor Bipolar Junction.”

TUJUAN PEMBELAJARAN

• Memahami peran “ground” rangkaian ketika tidak ada koneksi bumi.
• Menggunakan resistor shunt untuk mengukur arus dengan voltmeter.
• Menentukan gain tegangan penguat.
• Menentukan gain arus penguat.
• Menjelajahi transformasi impedansi dalam penguat.

DIAGRAM SKEMATIK

 

 

ILUSTRASI

 

 

INSTRUKSI

Karena transistor yang dipilih mungkin tidak memiliki pinout yang ditunjukkan di sini, tata letak breadboard dalam ilustrasi mungkin perlu disesuaikan. Dalam gambar, semua transistor TO-92 dilabeli “CBE” – Kolektor, Basis, Emitter – dari kiri ke kanan. Ini berlaku untuk 2N2222 dan bagian serupa, tetapi tidak untuk setiap perangkat NPN. Verifikasi penugasan pin untuk komponen spesifik yang Anda gunakan.

Dengan transistor bipolar junction, multimeter dapat dengan cepat mengonfirmasi pinout. Voltage follower adalah penguat transistor yang paling sederhana dan aman untuk dibuat.

Tujuannya adalah untuk memberikan tegangan yang sama ke beban seperti input, namun dengan kemampuan arus yang jauh lebih tinggi. Ia tidak memiliki gain tegangan, namun menawarkan gain arus yang besar.

Dalam skematik, terminal negatif supply ditandai sebagai “ground.” Titik referensi ini tidak selaras dengan ground bumi; ia hanya mendefinisikan baseline tegangan untuk rangkaian.

Misalnya, tegangan basis (V_B) diukur relatif terhadap referensi ground ini. Sambil berbicara tentang tegangan “pada” satu titik biasanya tidak bermakna, titik referensi umum membuat pernyataan tersebut berguna.

 

 

Bangun rangkaian dan catat output voltage versus input voltage untuk beberapa pengaturan potensiometer. Input voltage adalah tegangan di penggeser potensiometer relatif terhadap ground; output voltage adalah tegangan di seluruh resistor beban (atau tegangan emitter).

Anda harus mengamati korelasi yang dekat: perubahan input menghasilkan perubahan output yang hampir sama, dengan penurunan kecil (~0,6 V) karena saturasi transistor. Hubungan 1:1 ini menunjukkan AC voltage gain sekitar unity.

Selanjutnya, bandingkan arus basis (input) dengan arus beban (output). Alih-alih memasukkan ammeter, ukur tegangan di seluruh resistor 1 kΩ dan gunakan Hukum Ohm (I = E/R). Dengan resistor 1 kΩ, 1 mA mengalir per volt penurunan.

Untuk akurasi maksimal, ukur nilai sebenarnya setiap resistor, meskipun variasi biasanya dapat diabaikan untuk eksperimen ini. Resistor shunt ini mengubah arus menjadi tegangan yang dapat diukur.

Anda akan menemukan perbedaan besar antara arus input dan output – gain arus sering melebihi 200 pada tingkat sinyal rendah. Ini adalah keuntungan inti voltage follower: ia memperkuat arus tanpa mengubah tegangan.

Dalam hal impedansi, penguat menyajikan input impedance yang tinggi (tarik arus minimal) dan output impedance yang rendah (cukup memberikan arus tinggi). Ini menjadikannya ideal untuk buffering sinyal antara tahap.

SIMULASI KOMPUTER

Skematik dengan nomor node SPICE:

 

 

Netlist (salin teks berikut ke dalam file .cir dan jalankan dengan SPICE):

 Voltage follower v1 1 0 rpot1 1 2 5k rpot2 2 0 5k rbase 2 3 1k rload 4 0 1k q1 1 3 4 mod1 .model mod1 npn bf=200 .dc v1 12 12 1 .print dc v(2,0) v(4,0) v(2,3) .end 

Simulasi menghasilkan input voltage 5,937 V dan output 5,095 V, dengan arus input 25,35 µA (dari resistor basis 1 kΩ) dan arus output 5,095 mA (dari beban 1 kΩ). Menyesuaikan nilai potensiometer (R_pot1 dan R_pot2) sambil menjaga jumlahnya tetap 10 kΩ mengubah input voltage sesuai.

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Rangkaian Biasing Transistor Bipolar