Funkce zesilovače reproduktoru BJT

Pojďme do diagramu umístit některé označení odkazů na součásti.

Všechny součásti vždy očíslujte. Pak je snadné diskutovat o diagramu. Místo „emitorového rezistoru druhého tranzistoru“ řekneme pouze R5.

• C1: Toto je vazební kondenzátor, který umožňuje průchod střídavého signálu, ale blokuje stejnosměrný proud. Chrání cívku mikrofonu před přijetím stejnosměrného proudu z předpěťového obvodu zesilovače a chrání předpínací obvod zesilovače před rušením impedancí mikrofonu. C1 přenáší kolísání napětí z mikrofonu a ukládá je na předpětí mezi R1 a R2.

• R1 a R2: Tyto odpory tvoří dělič napětí, který vytváří předpětí děliče napětí pro základnu tranzistoru Q1. Ze zdroje 9V , R2 vyvine asi 1V. To stačí k předpětí základního spojení Q1 a zapnutí tranzistoru.

• Q1: Tento BJT je srdcem prvního zesílení stupeň, napěťový zesilovač společného emitoru (CE). Jeho úkolem je transformovat variace základního proudu způsobené změnami napětí mikrofonu přicházejícími přes C1 na variace proudu přes obvod kolektor-emitor R3, R4 a C2.

• R3: Toto je zatěžovací rezistor pro stupeň zesílení napětí CE. Změny proudu řízené Q1 způsobují, že R3 vyvine napětí. Toto napětí je výstupem stupně Q1 a je přímo přenášeno na základnu Q2. Napětí je invertováno vzhledem k signálu mikrofonu. Když signál kolísá kladně, protéká R3 více proudu, což vede k většímu poklesu napětí. Horní část R3 je připevněna k 9V napájecí liště, takže větší pokles napětí znamená, že spodní část R3 se houpá negativněji.

• R4: Tento emitorový rezistor poskytuje zpětnou vazbu ke stabilizaci stejnosměrného zkreslení Q1. Předpětí poskytované R1 a R2 zapíná Q1 pomocí napětí přibližně 1 V, uvedeného výše. To způsobí, že proud protéká tranzistorem. Tento proud způsobuje napětí v R4. Tranzistor „jezdí“ na tomto napětí. Napětí je tedy proti 1V zkreslení. Podle některých obecných výpočtů bude R4 vyvíjet přibližně 0,3 V, což je napětí, které zbylo, když vezmeme zkreslené napětí 1 V mezi R1 a R2, a odečteme pokles napětí základny-emitoru o 0,7 V. Toto 0,3 V nad 1 500 ohmů znamená, že tranzistorem bude při klidovém stavu protékat asi 0,2 mA kolektorového proudu. Tento zkreslený proud také protéká rezistorem 10K R3, kde vede k napětí 2V. Takže výstup Q1 je předpjatý přibližně 2V pod 9V napájecí lištou.

• C2: Tento kondenzátor obchází rezistor R4 pro střídavé signály. Rezistor R4 má účinek zpětné vazby. Zesílený proud prochází R4 a vyvíjí napětí a Q1 jezdí nad tímto napětím. Zesilované napětí je rozdíl mezi vstupem a emitorem. R4 tedy poskytuje negativní zpětnou vazbu, která snižuje zisk. Zavedením C2 se zbavíme této zpětné vazby pro střídavé signály. AC signály nemají negativní zpětnou vazbu, a tak je zisk pro tyto signály mnohem vyšší. R3 a R4 poskytují stabilní stejnosměrné předpětí pro Q1 a C2 „podvádí“ kolem něj, čímž vytváří vyšší zisk pro AC, takže zesilovač má širší houpačku kolem předpětí (což je, připomeňme, asi 2 V pod napájecí lištou ). Je zapotřebí hodně zesílení napětí, protože mikrofony vydávají poměrně malý signál a celé zesílení se provádí v jediném stupni.

• Q2: Tento tranzistor je nastaven jako stupeň zesilování proudu emitor-sledovač . Všimněte si, že v předchozí fázi není žádný odpor zátěže podobný R3. Místo toho je výstup odebírán z horní části emitorového rezistoru R5.

• R5: Zde se stane, že horní část rezistoru R5 sleduje napětí přivedené na základnu Q2 . Je to prostě to napětí, minus 0,7V. Jak se napětí na základně houpá, napětí v horní části odporu R5 prochází stejným houpáním.Toto napětí je přiváděno do reproduktoru přes C3.

• C3: Další blokovací kondenzátor. Zabraňuje proudění stejnosměrného proudu do reproduktoru, což by poškodilo reproduktor a také způsobilo protékání mnohem většího zkresleného proudu přes Q2, protože impedance reproduktoru je mnohem nižší než impedance R5.

• C2: Toto je oddělovací kondenzátor napájecího zdroje. Na několika místech v obvodu se střídavé signály vracejí do napájecího zdroje buď přes 9V lištu, nebo přes společný zpětný vodič (zem). Tyto proudy mohou vyvinout napětí přes vnitřní impedanci napájecího zdroje. C2 poskytuje zkrat pro tyto střídavé signály. Bez oddělení napájecího napětí by se změny proudu v Q2 mohly vracet zpět do fáze Q1, což by vedlo k oscilacím. C2 také pomáhá zabránit rozptýlenému šumu napájení, jako je zvlnění zdroje, ovlivnění obvodu. Dalším způsobem, jak se na to podívat, je to, že kondenzátor poskytuje proud v reakci na náhlé požadavky Q2.

Stupeň Q2 je potřebný, protože i když nezesiluje napětí, zesiluje výkon protože je schopen dodávat více proudu než Q1. Q1 má zatěžovací rezistor R3, což mu dává poměrně vysokou výstupní impedanci. Pokud by byl reproduktor připojen k výstupu stupně Q1, téměř by z něj nevycházel žádný zvuk, protože stupeň Q1 nedokáže udržet své napětí pouze na zátěži 8 ohmů. Q2 nemá kolektorový odpor, a proto je výstupní impedance nízká. Fluktuace proudu volně proudí ze zdroje napájení, přes tranzistorový kolektor a přes C3 k reproduktoru.

Fáze Q1 je nutná, protože proudová fáze, jako je ta postavená kolem Q2, nemá žádné zisk napětí. Samotný stupeň Q2 mohl odebírat napětí z mikrofonu a přenášet jej přes reproduktor. Nyní by to bylo lepší než připojit mikrofon přímo k reproduktoru, protože mikrofon by byl izolován od řízení nízké impedance reproduktoru. Ale přesto by prostě nebyl dost hlasitý. Získání přiměřeně hlasitého zvuku z reproduktoru vyžaduje mnohem vyšší úroveň napětí.

Úlohy zesilovat napětí a poté zesilovat proud, což umožňuje přenášet toto napětí na zátěž s nízkou impedancí, například reproduktor, jsou nejlépe implementovány samostatně.

Komentáře

• Jen rychlá pedantská poznámka o R5, C3 a reproduktoru. U signálů vidí emitor “ “ paralelní kombinaci R5 a impedance reproduktoru (za předpokladu, že impedance vazby C3 je zanedbatelná pro signály). Vzhledem k tomu, že impedance reproduktoru je z hlediska signálu relativně malá, R5 v podstatě “ není „. Jinými slovy, R5, stejně jako R4, je účinně obcházen pro signály. Z pohledu analýzy střídavého proudu vidí vysílač Q1 ‚ zem a vysílač Q2 ‚ mírně pod 8 ohmů. ‚ tedy není úplně správné říkat, že výstupní napětí je na reproduktor přivedeno prostřednictvím C3.

BJT tranzistor je proudový zesilovač, když je napětí základního emitoru 0,6 ~ 0,7 V jako pokles diody. Sběratelská základna je také dioda, ale je jen mírně dotovaná a reverzně předpjatá, aby fungovala jako zesilovač proudu řízeného základním proudem. Používáme imddance k převodu proudu na napěťový zisk v 1. stupni a ve druhém stupni je potřeba zesílit proud, aby poháněl vyšší výkon (nízký odpor) zatížení.

První stupeň, který nazýváme „H bias“, protože se podobá schématu, kde poměr vstupního odporu 2 vstupních bází nastavuje základnu, pak je emitorové napětí o 0,65 V nižší, a proto lze stejnosměrný proud emitoru předvídat z hFE.

Z poměru kolektor / emitor je větší pokles na kolektoru, takže pro stejný proud nyní existuje zesílení napětí pro stejnosměrný i střídavý proud. ALE protože emitorový kondenzátor poskytuje mnohem nižší „impedanci: Tento poměr pro AC je mnohem vyšší a je omezen interním odporem emitoru (není schematicky zobrazen). Můžeme odhadnout zisk napětí při pohledu na specifikace a odhadnout vnitřní odpor pro Re. To funguje dobře pro malé vstupní signály menší než 10% poklesu Vbe, protože pro AC víčko emitoru neumožňuje velké kolísání napětí. 100mV max je již docela zkreslené. Takže převádíme napětí na proud s impedancí (V = I * R), a tedy pomocí zesilovače výstupního napětí kolektoru s impedančním poměrem a proudovým ziskem tranzistoru.

Ve 2. stupni jde o čistý proudový zisk a střídavé napětí na emitoru odpovídá základna, pokud Vbe zůstane na 0,6 ~ 0,7 Vdc. Vytvoření příliš velké (příliš nízké hodnoty) zátěže jako 8 ohmů nebude fungovat na zkreslení emitoru 1Kohm a selže.

Proč? Protože tranzistor ve skutečnosti řídí proud vytažením do napájení.Aby byl zesilovač obousměrný pro střídavé signály, musí se odpor stáhnout dolů. Bez rezistoru emitoru k zemi by napětí emitoru jen plavalo na maximálním střídavém napětí jako detektor poitivního špičkového výkonu.

Společné reproduktorové zesilovače tedy používají doplňková párová výstupní schémata se zařízeními PNP a NPN.

Tento simulátor umožňuje změnit libovolnou hodnotu a napětí sondy, proud & výkon.

Protože odpor kolektoru je přibližně stejný jako vstupní odpor, říkáme, že jde spíše o zesilovač napětí, zatímco druhý stupeň s výstupem emitoru je proudový zesilovač s < jednotným napěťovým ziskem. Střídavé zatížení nesmí být < než stejnosměrný odpor.

Postranní komentář: uvedení 2 doplňkových (v sérii) následovníků vysílače (NPN, PNP pro + PNP pak NPN pro -ve) s velkými odpory a velkými kondenzátory vytváří nulový offsetový špičkový detektor.

Můj široký a odpověď pro začátečníky: Prvním stupněm je zesilovač „třídy A“, který poskytuje určitý zisk napětí. Tento zisk je úměrný tranzistoru beta. Druhý stupeň je sledovač emitoru a v podstatě pouze zvyšuje proud: jeho napěťový zisk je asi 1, ale umožňuje vám řídit zatížení reproduktoru bez ovlivnění prvního stupně. Sledovač emitoru známý také jako společný kolektor , má velkou výstupní impedanci přibližně \ $ \ beta * R_ {load} \ $ a nízkou výstupní impedanci přibližně \ $ R_ {load} \ $ paralelně s \ $ R_ {input} / \ beta \ $.

Komentáře

• Druhé fázi pořád nerozumím, proč je to nutné?
• protože můžete ‚ t připojit zátěž 8 Ohm přímo k prvnímu stupni, protože to není “ výkon “ stupeň, ale poskytuje pouze napěťový zisk.
• Nemůžete ani připojit AC vázanou zátěž nižší než hodnota DC Re.
• @FlorianOtt, výstupní impedance prvního stupně je zhruba 10k ohmů. Pokud připojíte reproduktor (se sériovým kondenzátorem) přímo na výstup prvního stupně, více než 99% zesílení napětí je ztraceno v důsledku dělení napětí. Druhý stupeň představuje relativně vysokou impedanci vůči prvnímu stupni a má relativně nízkou výstupní impedanci. Taková fáze se běžně nazývá “ vyrovnávací zesilovač „: en.wikipedia. org / wiki / Buffer_amplifier # Voltage_buffer

„Fáze“ v zesilovači znamená “ aktivní zařízení (zde tranzistor) společně se všemi jeho podpůrnými obvody „. Jedná se o dvoustupňový zesilovač. Vzhledem k tomu, že máte ještě něco …

Výstup mikrofonu je velmi malá variance v napětí. Dělič napětí to předurčuje směrem nahoru, takže je vycentrován kolem 0,9V. To stačí k zapnutí prvního tranzistoru do jeho „lineární“ oblasti, kde svisle proudící proud (přes 10k rezistor) je násobkem proudu proudícího dovnitř skrz základnu. To produkuje invertovaný zesílený signál. Druhý tranzistor jej dále zesiluje.

(„muset analyzovat“ – je to domácí otázka?)

Komentáře

• Ne, druhý stupeň se neinvertuje.
• Pokud je tedy invertován pouze první stupeň, je výstup invertován? má to nějaký vliv na zvuk?
• Odstranili jsme chybnou inverzi.

ale nemohu přijít na to, co je druhá fáze nebo jak funguje? V jaké fázi probíhá zesílení?

Určitě na to přijdete, potřebujete jen malou pomoc.

Pokud si vzpomenete, že napětí báze-emitor tranzistoru pracujícího v aktivní oblasti je téměř konstantní, pak můžete zjistit, že druhý tranzistor nemůže být napěťový zesilovač; signální napětí na emitoru je téměř stejné jako signální napětí na základně.

Takže zesílení napětí musí být způsobeno 1. tranzistorový obvod. Tento tranzistor je konfigurován jako klasický společný zesilovač emitoru .

Důvod druhého tranzistorového obvodu nemusí být hned zřejmý ale ve skutečnosti je zásadní pro správnou funkci tohoto zesilovače.

Reproduktor má velmi nízkou impedanci. Pro významné zesílení napětí musí být kolektor 1. tranzistoru připojen k relativně vysoké impedanci, protože zisk je úměrný této impedanci.

Pokud připojíte reproduktor (přes vazební kondenzátor) přímo k kolektoru 1. tranzistoru, impedance reproduktoru je paralelně s kolektorovým rezistorem, takže kolektor je nyní připojen k velmi nízké impedanci a tím zesílení napětí klesne téměř na nulu.

Druhý tranzistor je však konfigurován jako společný kolektorový zesilovač , který funguje jako napěťová vyrovnávací paměť . Při pohledu do základny druhého tranzistoru je impedance reproduktoru 8 ohmů v zásadě vynásobena beta (plus 1) druhého tranzistoru.

Je-li beta 100, impedance reproduktoru „vypadá“ 101krát větší přes základnu, takže připojením základny 2. tranzistoru ke kolektoru 1. tranzistoru je stále možné určité zvýšení napětí z 1. fáze.

Komentáře

• Něco pozdě na večírek, ale vypadá to, že vstupní impedance reproduktoru bude asi 800 ohmů, takže w na ‚ t většina napětí sedí na 10k rezistoru? Zdá se mi, že to ‚ nic nezesiluje.
• @Vrisk, ne, ‚ znovu nemyslet na to správně. Z hlediska střídavého signálu malého signálu je 10k kolektorový rezistor (v podstatě) v paralelním s 800 ohmy spíše než v sérii, takže žádné dělení napětí.
• Aha, ale a co 1k rezistor na výstupním tranzistoru, nemyslím si, že by výstupní kondenzátor mohl přes něj protlačit velký proud (0,5 A přes 1k rezistor pro 4 V na záporném pólu) poloviční cyklus?)

Zde je nejvyšší hlasovaná odpověď dostatečná, ale chci přidat komentář, který výstupní odpor (R5), který je také známý jako „Re“ pro „odpor emitoru“ ve vašem obvodu sledovače napětí, je příliš velký.

Toto je problém zesilovačů třídy A (sledovač emitoru, který máte), je to, že výstupní proud bude stejný jako zkreslený proud. V podstatě, protože vaše zátěž je AC spojená s výstupním kondenzátorem a vaše zátěž je 8 ohmů, R5 bude také muset být 8 ohmů, jinak tranzistor nebude schopen poskytnout vám dostatek záporného výkyvu, aby byl symetrický.

Změna R5 na 8 ohmů rozptýlí spoustu energie. Pokud tedy máte předpětí stejnosměrného proudu při 6 V (6/8 ohmů = 0,75), výkon je 4,5 W … takže rezistor se velmi zahřeje. Druhou možností je nespojit zátěž střídavým proudem, ale většina reproduktorů nedokáže zpracovat stejnosměrný proud, takže to ve skutečnosti není možnost. Chtěl jsem to jen zmínit, protože se jedná o běžný problém s tutoriály a schématy zesilovače třídy A na internetu – nebude fungovat, pokud to simulujete v LT spice, protože Re musí odpovídat zatížení.