Højttaler BJT forstærkerfunktion

Lad os sætte nogle delreferencer på dit diagram.

Nummer altid alle delene. Så er det let at diskutere diagrammet. I stedet for “den anden transistors emittermodstand” siger vi bare R5.

• C1: Dette er en koblingskondensator, der tillader vekselstrømssignalet at passere, men blokerer jævnstrøm. Det beskytter mikrofonens spole mod at modtage en jævnstrøm fra forstærkerens forspændingskredsløb og beskytter forstærkerens forspændingskredsløb mod at blive forstyrret af mikrofonens impedans. C1 transmitterer spændingsudsving fra mikrofonen og overlejrer dem på forspænding mellem R1 og R2.

• R1 og R2: Disse modstande danner en spændingsdeler, der etablerer en spændingsdeler forspænding for basen af transistoren Q1. Fra en 9V strømforsyning , R2 vil udvikle sig omkring 1 V. Det er nok til at forspænde basiskrydsningen af Q1 ved at tænde transistoren.

• Q1: Denne BJT er hjertet i den første forstærkning fase, en fælles-emitter (CE) spændingsforstærker. Dets opgave er at transformere variationer i basisstrømmen forårsaget af mikrofonspændingsvariationer, der ankommer over C1, til strømvariationer gennem kollektor-emitterkredsløbet R3, R4 og C2.

• R3: Dette er belastningsmodstanden for CE-spændingsforstærkningstrinnet. Variationer i strøm kontrolleret af Q1 får R3 til at udvikle en spænding. Denne spænding er output fra Q1-trinnet, direkte transporteret til basen af Q2. Spændingen er inverteret i forhold til mikrofonsignalet. Når signalet svinger positivt, strømmer mere strøm gennem R3 og udvikler et større spændingsfald. Toppen af R3 er fastgjort til 9V-strømskinnen, så mere spændingsfald betyder, at bunden af R3 svinger mere negativt.

• R4: Denne emittermodstand giver feedback til stabilisering af DC-bias i Q1. Bias tilvejebragt af R1 og R2 tænder Q1 ved hjælp af en spænding på ca. 1V, nævnt ovenfor. Dette får strøm til at strømme gennem transistoren. Denne strøm forårsager en spænding i R4. Transistoren “kører” på denne spænding. Så spændingen modsætter sig 1V bias. I henhold til nogle tommelfingerregelberegninger udvikler R4 ca. 0,3 V, hvilket er den spænding, der er tilbage, når vi tager 1V-forspændingen mellem R1 og R2, og trækker basis-emitterens spændingsfald på 0,7V. Denne 0,3 V over 1500 ohm betyder, at ca. 0,2 mA kollektorstrøm flyder gennem transistoren ved ro. Denne forspændingsstrøm flyder også gennem 10K R3-modstanden, hvor den giver anledning til en spænding på 2V. Så output af Q1 er forspændt ca. 2V under 9V power rail.

• C2: Denne kondensator omgår R4-modstanden for AC-signaler. R4-modstanden har effekten af feedback. Den forstærkede strøm passerer gennem R4 og udvikler en spænding, og Q1 kører oven på denne spænding. Den spænding, der forstærkes, er forskellen mellem indgangen og emitteren. Så R4 giver negativ feedback, hvilket reducerer forstærkning. Ved at introducere C2 slipper vi for denne feedback for AC-signaler. AC-signaler oplever ikke negativ feedback, og forstærkningen er derfor meget højere for disse signaler. R3 og R4 giver en stabil DC-bias for Q1, og C2 “snyder” omkring den, hvilket skaber en højere forstærkning for AC, så forstærkeren har et bredere sving omkring forspændingspunktet (som, husker, er ca. 2V under power rail ). En masse spændingsforøgelse er nødvendig, fordi mikrofoner udsender et ret lille signal, og al forstærkning sker ved et enkelt trin.

• Q2: Denne transistor er indstillet som en strømforstærkende emitter-follower scene. Bemærk, at der ikke er nogen belastningsmodstand svarende til R3 i det foregående trin. I stedet tages output fra toppen af emittermodstanden R5.

• R5: Hvad der sker her er, at toppen af modstanden R5 følger spændingen, der påføres basen af Q2 . Det er simpelthen den spænding minus 0,7V. Da spændingen ved basen svinger, går spændingen øverst på modstanden R5 gennem den samme svingning.Denne spænding påføres højttaleren gennem C3.

• C3: En anden blokeringskondensator. Det forhindrer jævnstrøm i at strømme ind i højttaleren, hvilket ville beskadige højttaleren og også medføre, at der strømmer meget mere forspændingsstrøm gennem Q2, da højttalerens impedans er meget lavere end R5.

• C2: Dette er en strømforsyningskoblingskondensator. Flere steder i kredsløbet vender AC-signaler tilbage til strømforsyningen enten gennem 9V-skinnen eller gennem den fælles retur (jord). Disse strømme kan udvikle en spænding over strømforsyningens interne impedans. C2 tilvejebringer en kortslutning for disse vekselstrømssignaler. Uden frakobling af strømforsyningen kan strømvariationer i Q2 strømme tilbage til Q1-trinnet, hvilket giver anledning til svingninger. C2 hjælper også med at holde svindel fra strømforsyningen, såsom strømforsyningsryper, påvirker kredsløbet. En anden måde at se på det er, at kondensatoren giver strøm som reaktion på pludselige krav fra Q2.

Q2-trinnet er nødvendigt, for selvom det ikke forstærker spændingen, forstærker det strømmen. Det gør det fordi det er i stand til at levere mere strøm end Q1. Q1 har belastningsmodstand R3, hvilket giver den en ret høj outputimpedans. Hvis højttaleren var tilsluttet Q1-scenen output, ville næppe nogen lyd komme ud af det, fordi Q1 scenen ikke kan opretholde sin spænding til kun en 8 ohm belastning. Q2 har ingen kollektormodstand, og udgangsimpedansen er derfor lav. Strømudsving flyder frit fra strømforsyningen, gennem transistorens kollektor og over C3 til højttaleren.

Q1-trinnet er nødvendigt, fordi et nuværende drivtrin som det, der er bygget omkring Q2, ikke har nogen spændingsforstærkning. Q2-scenen alene kunne tage spændingen fra mikrofonen og lægge den over højttaleren. Nu ville det være bedre end at slutte mikrofonen direkte til højttaleren, fordi mikrofonen ville være isoleret fra at drive højttalerens lave impedans. Men på trods af det ville det simpelthen ikke være højt nok. At få en rimelig høj lyd ud af højttaleren kræver et meget højere spændingsniveau.

Jobbet med at forstærke spændingen og derefter forstærke strømmen, der gør det muligt at lægge denne spænding over en lavimpedansbelastning såsom en højttaler, implementeres bedst separat.

Kommentarer

• Bare en hurtig pedantisk note om R5, C3 og højttaleren. For signaler ser emitteren ” ” den parallelle kombination af R5 og højttalerimpedansen (forudsat at impedansen af koblingen C3 er ubetydelig for signaler). Da højttalerimpedansen er relativt lille set fra et signalperspektiv, er R5 effektivt ” ikke der “. Med andre ord omgåes R5, ligesom R4, effektivt til signaler. Fra et AC-analyseperspektiv ser Q1 ‘ s emitter jorden og Q2 ‘ s emitter ser lidt mindre end 8 ohm. Så det er ‘ ikke helt korrekt at sige, at udgangsspændingen påføres højttaleren gennem C3.

BJT-transistoren er en strømforstærker, når basissenderspændingen er 0,6 ~ 0,7V som et diodefald. Samlerbasen er også en diode, men er kun let dopet og omvendt forspændt til at fungere som en basestrømstyret strømforstærker. Vi bruger imepdance til at konvertere strøm til spændingsforstærkning i 1. trin, og det andet trin er behov for at forstærke strømmen for at drive højere effekt (lav resistiv) belastninger.

Det første trin, vi kalder “H-forspændt”, da det ligner skematisk, hvor 2-input-base-reistorforholdet indstiller basen, så er emitterspændingen 0,65V lavere, og emitterens jævnstrøm kan således forudsiges fra hFE.

Fra samler / emitter-forholdet er der mere fald på samleren, så for den samme strøm er der nu en spændingsforstærkning for DC såvel som AC. MEN da emitterkondensatoren giver en meget lavere “impedans: Dette forhold for vekselstrøm er meget højere og er begrænset af den interne emittermodstand (ikke vist i skematisk). Vi kan estimere spændingsgevinsten ved at se på specifikationerne og estimere den interne modstand til Re. Dette fungerer godt for små indgangssignaler mindre end 10% af Vbe-faldet, da for AC tillader emitterhætten ikke meget spændingssving. 100mV max er allerede forvrænget ganske lidt. Så vi konverterer spænding til strøm med impedans (V = I * R) og dermed ved hjælp af kollektoroutputforstærkningsspændingen med impedansforholdet og transistorens strømforstærkning.

I 2. trin er det ren strømforstærkning og vekselspændingen på emitteren svarer til base, så længe Vbe forbliver på 0,6 ~ 0,7Vdc. At lægge for meget (for lav værdi) af en belastning som 8 ohm fungerer ikke på en 1Kohm emitter bias og vil mislykkes.

Hvorfor? Fordi transistoren faktisk styrer strømmen ved pullup til forsyningen.Modstanden skal trækkes ned for at forstærkeren skal være tovejs for vekselstrømssignaler. Uden emittermodstand til jord ville emitterspændingen bare flyde ved den maksimale vekselstrøm som en poitiv spidsdetektor.

Således bruger almindelige højttalerforstærkere komplementære parudgangsplaner med PNP- og NPN-enheder. p> Denne simulator gør det muligt at ændre enhver værdi og sonde spænding, strøm & effekt.

Da kollektormodstanden er omtrent den samme som indgangsmodstanden, siger vi, at det mere er en spændingsforstærker, mens 2. scene med emitteroutput er en strømforstærker med < enhedsspændingsforstærkning. AC-belastningen må ikke være < end DC-modstanden.

Sidekommentar: sætter 2 supplerende (i serie) emitterfølge (NPN, PNP for + PNP så udgør NPN for -ve) med store modstande og store kondensatorer en nul-offset AC peak detektor.

Min brede og nybegynder svar: Den første fase er en “klasse A” forstærker, der giver en vis spændingsforøgelse. Denne forstærkning er proportional med transistoren beta. Den anden fase er en emitter-tilhænger, og den forstærker i bund og grund bare strømmen: dens spændingsforøgelse er ca. 1, men det giver dig mulighed for at køre belastningen på højttaleren uden at påvirke den første fase. , har en stor outputimpedens på omkring \ $ \ beta * R_ {load} \ $ og en lav outputimpedens på ca. \ $ R_ {load} \ $ parallelt med \ $ R_ {input} / \ beta \ $.

Kommentarer

• jeg forstår stadig ikke det andet trin, hvorfor er det nødvendigt?
• fordi du kan ‘ t forbinder 8 Ohm belastningen direkte til det første trin, da det ikke er et ” power ” etape, men det giver bare spændingsforstærkning.
• Du kan heller ikke tilslutte en AC-koblet belastning, der er lavere end DC Re-værdien.
• @FlorianOtt, outputimpedansen fra det første trin er omtrent 10k ohm. Hvis du tilslutter højttaleren (med seriekondensator) direkte til udgangen fra første trin, over 99% af spændingsforøgelsen går tabt på grund af spændingsdeling. Det andet trin præsenterer en relativt høj impedans til det første trin og har en relativt lav outputimpedans. Et sådant trin kaldes almindeligvis en ” bufferforstærker “: en.wikipedia. org / wiki / Buffer_amplifier # Voltage_buffer

“Stage” i en forstærker betyder ” aktiv enhed (her en transistor) sammen med alle dens supportkredsløb “. Så dette er en 2-trins forstærker. I betragtning af at skal du prøve igen …

Mikrofonens output er en meget lille varians i spænding. Spændingsdeleren forspænder dette opad, så det er centreret omkring 0,9 V. Det er nok til at tænde den første transistor i sin “lineære” region, hvor strømmen, der flyder lodret (gennem modstanden på 10 k), er et multiplum af strømmen, der strømmer ind gennem basen. Det producerer et inverteret, forstærket signal. Den anden transistor forstærker den yderligere.

(“nødt til at analysere” – er dette et hjemmearbejdsspørgsmål?)

Kommentarer

• Nej, det andet trin inverterer ikke.
• så hvis kun det første trin inverterer er output inverteret? har dette nogen effekt på lyden?
• Fjernet fejlagtig inversion.

men jeg kan ikke finde ud af, hvad det andet trin er, eller hvordan det fungerer? I hvilket trin finder amplifikationen sted?

Sikker på, at du kan finde ud af det, har du bare brug for lidt hjælp.

Hvis du husker, at base-emitter-spændingen på en transistor, der fungerer i det aktive område, er næsten konstant, så kan du finde ud af, at 2. transistor ikke kan være en spændingsforstærker; signalets spænding på emitteren er næsten den samme som signalets spænding på basen.

Så spændingsforstærkningen skal skyldes 1. transistorkredsløb. Denne transistor er konfigureret som en klassisk fælles emitterforstærker .

Årsagen til det 2. transistorkredsløb er muligvis ikke umiddelbart åbenbar men det er faktisk afgørende for, at denne forstærker fungerer korrekt.

Højttaleren har en meget lav impedansbelastning. For signifikant spændingsforstærkning skal kollektoren til 1. transistor være forbundet med relativt høj impedans, da forstærkningen er proportional med denne impedans.

Hvis du tilslutter højttaleren (gennem koblingskondensatoren) direkte til kollektoren på 1. transistor, er højttalerens impedans parallelt med kollektormodstanden, så kollektoren er nu forbundet med en meget lav impedans og således falder spændingsforstærkningen til næsten nul.

Imidlertid er den 2. transistor konfigureret som en fælles kollektorforstærker , der fungerer som en spændingsbuffer . I det væsentlige ser man på bunden af 2. transistor, 8 ohm højttalerimpedansen ganges med beta (plus 1) af 2. transistor.

Hvis beta er 100, “ser” højttalerimpedansen 101 gange større ud gennem basen, så ved at forbinde bunden af den 2. transistor til kollektoren for den 1. transistor, er der stadig en vis spændingsforøgelse mulig fra 1. etape.

Kommentarer

• Lidt sent til festen, men det ser ud til, at indgangsimpedensen til højttaleren vil være omkring 800 ohm, så w på ‘ t sidder det meste af spændingen på 10k-modstanden? Ser ud til mig, at dette ikke ‘ ikke vil forstærke noget.
• @Vrisk, nej, du ‘ re ikke tænker rigtigt på det. Fra et AC-signal med mindre signal er 10k kollektormodstanden (i det væsentlige) i parallel med 800 ohm snarere end i serie, så ingen spændingsdeling.
• Ah jeg ser, men hvad med 1k-modstanden på udgangstransistoren, jeg tror ikke ‘ t tror, at udgangskondensatoren er i stand til at skubbe meget strøm gennem den (.5 ampere gennem 1k modstand til 4 volt på negativ halv cyklus?)

Det højest stemt svar her er tilstrækkeligt, men jeg vil tilføje en kommentar, der outputmodstanden (R5), som også er kendt som “Re” for “emittermodstanden” i dit spændingsfølgerkredsløb, er for stor.

Dette er problemet med klasse A-forstærkere (emitterfølgeren, du har) er, at udgangsstrømmen vil være lig med forspændingsstrømmen. Dybest set, da din belastning er vekselstrøm kombineret med udgangskondensatoren, og din belastning er 8 ohm, skal R5 også være 8 ohm, ellers vil transistoren ikke kunne give dig nok negativ svingning til at være symmetrisk.

Ændring af R5 til 8 ohm vil sprede en masse strøm. Så hvis du er DC-forspændt ved 6V (6 / 8ohms = 0,75), så effekten er 4,5Watt … så modstanden bliver meget varm. Den anden mulighed er ikke at vekselstrømsadaptere, men de fleste højttalere kan ikke håndtere jævnstrøm, så dette er ikke rigtig en mulighed. Jeg ville bare nævne dette, fordi dette er et almindeligt problem med klasse A forstærkervejledninger og skemaer på internettet – det fungerer ikke, hvis du simulerer det i LT krydderi, fordi Re skal matche belastningen.