Lautsprecher-BJT-Verstärkerfunktion

Fügen Sie Ihrem Diagramm einige Teilereferenzbezeichner hinzu.

Nummerieren Sie immer alle Teile. Dann ist es einfach, das Diagramm zu diskutieren. Anstelle von „dem Emitterwiderstand des zweiten Transistors“ sagen wir nur R5.

• C1: Dies ist ein Koppelkondensator, der das Wechselstromsignal durchlässt, aber Gleichstrom blockiert. Es schützt die Spule des Mikrofons vor dem Empfang eines Gleichstroms von der Vorspannungsschaltung des Verstärkers und schützt die Vorspannungsschaltung des Verstärkers vor Störungen durch die Impedanz des Mikrofons. C1 überträgt die Spannungsschwankungen vom Mikrofon und überlagert sie dem Vorspannung zwischen R1 und R2.

• R1 und R2: Diese Widerstände bilden einen Spannungsteiler, der eine Spannungsteilervorspannung für die Basis des Transistors Q1 herstellt. Aus einer 9-V-Stromversorgung , R2 wird ungefähr 1 V entwickeln. Dies reicht aus, um den Basisübergang von Q1 in Vorwärtsrichtung vorzuspannen und den Transistor einzuschalten.

• Q1: Dieser BJT ist das Herzstück der ersten Verstärkung Stufe, ein Common-Emitter (CE) Spannungsverstärker. Seine Aufgabe besteht darin, Änderungen des Basisstroms, die durch die über C1 eintreffenden Änderungen der Mikrofonspannung verursacht werden, in Stromänderungen durch die Kollektor-Emitter-Schaltung R3, R4 und C2 umzuwandeln.

• R3: Dies ist der Lastwiderstand für die CE-Spannungsverstärkungsstufe. Durch Q1 gesteuerte Stromschwankungen führen dazu, dass R3 eine Spannung entwickelt. Diese Spannung ist der Ausgang der Stufe Q1, der direkt zur Basis von Q2 übertragen wird. Die Spannung wird in Bezug auf das Mikrofonsignal invertiert. Wenn das Signal positiv schwingt, fließt mehr Strom durch R3 und entwickelt einen größeren Spannungsabfall. Die Oberseite von R3 ist mit der 9-V-Stromschiene verbunden, sodass ein größerer Spannungsabfall bedeutet, dass die Unterseite von R3 negativer schwingt.

• R4: Dieser Emitterwiderstand liefert eine Rückkopplung, um die Gleichstromvorspannung von Q1 zu stabilisieren. Die durch R1 und R2 bereitgestellte Vorspannung schaltet Q1 unter Verwendung einer oben erwähnten Spannung von etwa 1 V ein. Dadurch fließt Strom durch den Transistor. Dieser Strom verursacht eine Spannung in R4. Der Transistor „fährt“ mit dieser Spannung. Die Spannung ist also der Vorspannung von 1 V entgegengesetzt. Nach einigen Faustregelberechnungen entwickelt R4 ungefähr 0,3 V, was die Spannung ist, die übrig bleibt, wenn wir die 1 V-Vorspannung zwischen R1 und R2 nehmen und den Basis-Emitter-Spannungsabfall von 0,7 V subtrahieren. Diese 0,3 V über 1500 Ohm bedeuten, dass im Ruhezustand etwa 0,2 mA Kollektorstrom durch den Transistor fließen. Dieser Vorspannungsstrom fließt auch durch den 10K R3-Widerstand, wo eine Spannung von 2 V entsteht. Der Ausgang von Q1 ist also ungefähr 2 V unter der 9-V-Stromschiene vorgespannt.

• C2: Dieser Kondensator umgeht den Widerstand R4 für Wechselstromsignale. Der Widerstand R4 bewirkt eine Rückkopplung. Der verstärkte Strom fließt durch R4 und entwickelt eine Spannung, und Q1 läuft über dieser Spannung. Die zu verstärkende Spannung ist die Differenz zwischen dem Eingang und dem Emitter. R4 liefert also eine negative Rückkopplung, die die Verstärkung verringert. Durch die Einführung von C2 wird diese Rückkopplung für Wechselstromsignale beseitigt. Wechselstromsignale erfahren keine negative Rückkopplung, daher ist die Verstärkung für diese Signale viel höher. R3 und R4 liefern eine stabile Gleichstromvorspannung für Q1, und C2 „betrügt“ sie, wodurch eine höhere Verstärkung für Wechselstrom erzeugt wird, so dass der Verstärker einen breiteren Schwung um den Vorspannungspunkt hat (der, wie wir uns erinnern, etwa 2 V unter der Stromschiene liegt ). Eine große Spannungsverstärkung ist erforderlich, da Mikrofone ein eher kleines Signal ausgeben und die gesamte Verstärkung in einer einzigen Stufe erfolgt.

• Q2: Dieser Transistor ist als eingerichtet eine stromverstärkende Emitter-Follower -Stufe. Beachten Sie, dass es in der vorherigen Stufe keinen Lastwiderstand ähnlich R3 gibt. Stattdessen wird der Ausgang von der Oberseite des Emitterwiderstands R5 genommen.

• R5: Was hier passiert, ist, dass die Oberseite des Widerstands R5 der an die Basis von Q2 angelegten Spannung folgt . Es ist einfach diese Spannung minus 0,7V. Wenn die Spannung an der Basis schwingt, durchläuft die Spannung an der Oberseite des Widerstands R5 denselben Schwung.Diese Spannung wird über C3 an den Lautsprecher angelegt.

• C3: Ein weiterer Sperrkondensator. Es verhindert, dass Gleichstrom in den Lautsprecher fließt, was den Lautsprecher beschädigen und auch dazu führen würde, dass viel mehr Vorspannungsstrom durch Q2 fließt, da die Impedanz des Lautsprechers viel niedriger als die von R5 ist.

• C2: Dies ist ein Entkopplungskondensator für die Stromversorgung. An mehreren Stellen in der Schaltung werden Wechselstromsignale entweder über die 9-V-Schiene oder über die gemeinsame Rückleitung (Masse) zur Stromversorgung zurückgeführt. Diese Ströme können a entwickeln Spannung über der internen Impedanz des Netzteils. C2 liefert einen Kurzschluss für diese Wechselstromsignale. Ohne Entkopplung des Netzteils könnten Stromschwankungen in Q2 in die Q1-Stufe zurückgeführt werden und Schwingungen verursachen. C2 hilft auch, Streurauschen fernzuhalten Die Stromversorgung, wie z. B. die Welligkeit der Stromversorgung, wirkt sich nicht auf die Schaltung aus. Eine andere Sichtweise besteht darin, dass der Kondensator als Reaktion auf plötzliche Anforderungen von Q2 Strom liefert.

Die Q2-Stufe wird benötigt, weil sie zwar die Spannung nicht verstärkt, aber die Leistung verstärkt weil es in der Lage ist, mehr Strom als Q1 zu liefern. Q1 hat einen Lastwiderstand R3, der ihm eine ziemlich hohe Ausgangsimpedanz verleiht. Wenn der Lautsprecher an den Ausgang der Q1-Stufe angeschlossen wäre, würde kaum ein Ton herauskommen, da die Q1-Stufe ihre Spannung nicht auf eine Last von nur 8 Ohm halten kann. Q2 hat keinen Kollektorwiderstand und daher ist die Ausgangsimpedanz niedrig. Stromschwankungen fließen frei von der Stromversorgung über den Kollektor des Transistors und über C3 zum Lautsprecher.

Die Q1-Stufe wird benötigt, da eine Stromantriebsstufe wie die um Q2 herum keine hat Spannungsverstärkung. Die Q2-Stufe allein könnte die Spannung vom Mikrofon nehmen und über den Lautsprecher legen. Jetzt wäre es besser, als das Mikrofon direkt an den Lautsprecher anzuschließen, da das Mikrofon von der Ansteuerung der niedrigen Impedanz des Lautsprechers isoliert wäre. Aber trotzdem wäre es einfach nicht laut genug. Um einen einigermaßen lauten Klang aus dem Lautsprecher zu erhalten, ist ein viel höherer Spannungspegel erforderlich.

Die Aufgabe, die Spannung zu verstärken und dann den Strom zu verstärken, der es ermöglicht, diese Spannung über eine niederohmige Last wie z Sprecher, werden am besten separat implementiert.

Kommentare

• Nur eine kurze pedantische Anmerkung zu R5, C3 und dem Sprecher. Für Signale sieht der Emitter “ “ die parallele Kombination von R5 und der Lautsprecherimpedanz (unter der Annahme, dass die Impedanz der Kopplung C3 für vernachlässigbar ist Signale). Da die Lautsprecherimpedanz aus Signalperspektive relativ klein ist, ist R5 effektiv “ nicht vorhanden „. Mit anderen Worten, R5 wird wie R4 für Signale effektiv umgangen. Aus Sicht der Wechselstromanalyse sieht der Emitter von Q1 ‚ Masse und der Emitter von Q2 ‚ etwas weniger als 8 Ohm. Daher ist es ‚ nicht ganz richtig zu sagen, dass die Ausgangsspannung über C3 an den Lautsprecher angelegt wird.

Der BJT-Transistor ist ein Stromverstärker, wenn die Basis-Emitter-Spannung wie ein Diodenabfall 0,6 ~ 0,7 V beträgt. Die Kollektorbasis ist ebenfalls eine Diode, ist jedoch nur leicht dotiert und in Sperrrichtung vorgespannt, um als basstromgesteuerter Stromverstärker zu fungieren. Wir verwenden Impedanz, um Strom in Spannungsverstärkung in der ersten Stufe umzuwandeln, und in der zweiten Stufe muss der Strom verstärkt werden, um Lasten mit höherer Leistung (niedriger Widerstand) anzutreiben.

Die erste Stufe, die wir als „H vorgespannt“ bezeichnen, ähnelt dem Schema, bei dem das Basiswiderstandsverhältnis von 2 Eingängen die Basis festlegt, dann ist die Emitterspannung um 0,65 V niedriger und somit kann der Emittergleichstrom vorhergesagt werden hFE.

Ausgehend vom Kollektor / Emitter-Verhältnis fällt der Kollektor stärker ab, sodass bei gleichem Strom jetzt sowohl für Gleichstrom als auch für Wechselstrom eine Spannungsverstärkung vorliegt. ABER da der Emitterkondensator eine viel niedrigere „Impedanz“ liefert: Dieses Verhältnis für Wechselstrom ist viel höher und wird durch den internen Emitterwiderstand (nicht im Schema gezeigt) begrenzt. Wir können die Spannungsverstärkung anhand der technischen Daten und des Innenwiderstands schätzen für Re. Dies funktioniert gut für kleine Eingangssignale, die weniger als 10% des Vbe-Abfalls betragen, da für AC die Emitterkappe nicht viel Spannungshub zulässt. Maximal 100 mV sind bereits ziemlich verzerrt. Wir wandeln also Spannung in Impedanzstrom um (V = I * R) und somit Verwendung der Kollektorausgangsverstärkungsspannung mit Impedanzverhältnis und Stromverstärkung des Transistors.

In der 2. Stufe ist es reine Stromverstärkung und die Wechselspannung am Emitter stimmt mit der überein Basis, solange die Vbe bei 0,6 ~ 0,7 VDC bleibt. Wenn zu viel (zu niedriger Wert) einer Last wie 8 Ohm an eine 1-kOhm-Emittervorspannung angelegt wird, fällt dies nicht aus.

Warum? Weil der Transistor steuert tatsächlich den Strom durch Hochziehen zur Versorgung.Der Widerstand muss heruntergezogen werden, damit der Verstärker für Wechselstromsignale bidirektional ist. Ohne einen Emitterwiderstand gegen Masse würde die Emitterspannung nur bei der maximalen Wechselspannung schweben wie ein positiver Spitzendetektor.

Daher verwenden übliche Lautsprecherverstärker komplementäre Paarausgangsschemata mit PNP- und NPN-Geräten.

Mit diesem Simulator können Sie jeden Wert und ändern Sondenspannung, Strom & Leistung.

Da der Kollektorwiderstand ungefähr dem Eingangswiderstand entspricht, ist er eher ein Spannungsverstärker, während der zweite Stufe mit Emitterausgang ist ein Stromverstärker mit < Einheitsspannungsverstärkung. Die Wechselstromlast darf nicht < als der Gleichstromwiderstand sein.

Nebenkommentar: 2 komplementäre (in Reihe geschaltete) Emitterfolger (NPN, PNP für + PNP) dann macht NPN für -ve) mit großen Widerständen und großen Kondensatoren einen Nullpunktversatz-Wechselstromspitzendetektor.

Mein breites und Anfängerantwort: Die erste Stufe ist ein Verstärker der Klasse A, der eine gewisse Spannungsverstärkung bietet. Diese Verstärkung ist proportional zum Transistor beta. Die zweite Stufe ist ein Emitterfolger und erhöht im Grunde nur den Strom: Die Spannungsverstärkung beträgt ungefähr 1, aber Sie können die Last des Lautsprechers ansteuern, ohne die erste Stufe zu beeinflussen. Der Emitterfolger wird auch als gemeinsamer Kollektor bezeichnet hat eine große Ausgangsimpedanz von ungefähr \ $ \ beta * R_ {load} \ $ und eine niedrige Ausgangsimpedanz von ungefähr \ $ R_ {load} \ $ parallel zu \ $ R_ {input} / \ beta \ $.

Kommentare

• Ich verstehe die zweite Stufe immer noch nicht wirklich, warum ist sie notwendig?
• weil Sie ‚ Verbinden Sie die 8-Ohm-Last nicht direkt mit der ersten Stufe, da es sich nicht um eine “ Leistung “ handelt. Es wird jedoch nur die Spannungsverstärkung bereitgestellt.
• Sie können auch keine AC-gekoppelte Last anschließen, die unter dem DC Re-Wert liegt.
• @FlorianOtt, die Ausgangsimpedanz der ersten Stufe beträgt ungefähr 10 k Ohm. Wenn Sie den Lautsprecher (mit Serienkondensator) direkt an den Ausgang der ersten Stufe anschließen, Über 99% der Spannungsverstärkung gehen durch Spannungsteilung verloren. Die zweite Stufe weist der ersten Stufe eine relativ hohe Impedanz auf und weist eine relativ niedrige Ausgangsimpedanz auf. Eine solche Stufe wird üblicherweise als “ Pufferverstärker “ bezeichnet: en.wikipedia. org / wiki / Buffer_amplifier # Voltage_buffer

„Stufe“ in einem Verstärker bedeutet “ aktives Gerät (hier ein Transistor) zusammen mit all seinen Unterstützungsschaltungen „. Das ist also ein 2-stufiger Verstärker. Versuchen Sie es noch einmal …

Die Ausgabe des Mikrofons ist eine sehr kleine Varianz in Spannung. Der Spannungsteiler spannt dies nach oben vor, so dass es um 0,9 V zentriert ist. Dies reicht aus, um den ersten Transistor in seinen „linearen“ Bereich einzuschalten, in dem der vertikal (durch den 10k-Widerstand) fließende Strom ein Vielfaches des fließenden Stroms ist durch die Basis. Das erzeugt ein invertiertes, verstärktes Signal. Der andere Transistor verstärkt es weiter.

(„muss analysieren“ – ist dies eine Hausaufgabenfrage?)

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• Nein, die zweite Stufe wird nicht invertiert.
• Wenn also nur die erste Stufe invertiert wird, wird der Ausgang invertiert? Hat dies Auswirkungen auf das Audio?
• Fehlerhafte Inversion entfernt.

, aber ich kann nicht herausfinden, was die zweite Stufe ist oder wie sie funktioniert? In welcher Stufe findet die Verstärkung statt?

Sicher können Sie es herausfinden, Sie brauchen nur ein wenig Hilfe.

Wenn Sie sich daran erinnern, dass die Basis-Emitter-Spannung eines im aktiven Bereich arbeitenden Transistors nahezu konstant ist, Dann können Sie herausfinden, dass der 2. Transistor kein Spannungsverstärker sein kann. Die Signalspannung am Emitter entspricht fast der Signalspannung an der Basis.

Die Spannungsverstärkung muss also auf die zurückzuführen sein 1. Transistorschaltung. Dieser Transistor ist als klassischer gemeinsamer Emitterverstärker konfiguriert.

Der Grund für die 2. Transistorschaltung ist möglicherweise nicht sofort offensichtlich Tatsächlich ist es jedoch für den ordnungsgemäßen Betrieb dieses Verstärkers entscheidend

Der Lautsprecher hat eine sehr niedrige Impedanz. Für eine signifikante Spannungsverstärkung muss der Kollektor des 1. Transistors mit einer relativ hohen Impedanz verbunden werden, da die Verstärkung proportional zu dieser Impedanz ist.

Wenn Sie den Lautsprecher (über den Koppelkondensator) direkt an den Kollektor des 1. Transistors anschließen, ist die Impedanz des Lautsprechers parallel zum Kollektorwiderstand, sodass der Kollektor jetzt mit einer sehr niedrigen Impedanz verbunden ist und somit fällt die Spannungsverstärkung auf nahezu Null.

Der 2. Transistor ist jedoch als gemeinsamer Kollektorverstärker konfiguriert, der als Spannungspuffer Wenn man in die Basis des 2. Transistors schaut, wird die 8-Ohm-Lautsprecherimpedanz im Wesentlichen mit dem Beta (plus 1) des 2. Transistors multipliziert.

Wenn das Beta 100 ist, „sieht“ die Lautsprecherimpedanz durch die Basis 101-mal größer aus, so dass durch Verbinden der Basis des 2. Transistors mit dem Kollektor des 1. Transistors noch eine gewisse Spannungsverstärkung von der Basis möglich ist 1. Stufe.

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• Ein bisschen zu spät zur Party, aber es sieht so aus, als würde die Eingangsimpedanz für den Lautsprecher etwa 800 Ohm betragen, also w on ‚ sitzt der größte Teil der Spannung am 10k-Widerstand? Sieht für mich so aus, als würde dies ‚ nichts verstärken.
• @Vrisk, nein, Sie ‚ sind nicht richtig darüber nachdenken. Aus der Perspektive eines AC-Kleinsignals ist der 10k-Kollektorwiderstand (im Wesentlichen) parallel zu den 800 Ohm und nicht in Reihe, also keine Spannungsteilung. Ah, ich verstehe, aber Was ist mit dem 1k-Widerstand am Ausgangstransistor? Ich glaube nicht, dass der Ausgangskondensator viel Strom durch ihn drücken kann (0,5 Ampere durch den 1k-Widerstand für 4 Volt auf negativ) halber Zyklus?)

Die Antwort mit der höchsten Stimme hier ist ausreichend, aber ich möchte einen Kommentar hinzufügen, der Der Ausgangswiderstand (R5), der auch als „Re“ für den „Emitterwiderstand“ in Ihrer Spannungsfolgerschaltung bezeichnet wird, ist zu groß.

Dies ist das Problem bei Verstärkern der Klasse A (der Emitterfolger, den Sie haben), dass der Ausgangsstrom gleich dem Vorspannungsstrom ist. Da Ihre Last mit dem Ausgangskondensator wechselstromgekoppelt ist und Ihre Last 8 Ohm beträgt, muss R5 grundsätzlich auch 8 Ohm betragen, da der Transistor sonst nicht genug negativen Schwung liefern kann, um symmetrisch zu sein.

Wenn Sie R5 auf 8 Ohm ändern, wird viel Strom verbraucht. Wenn Sie also mit 6 V (6/8 Ohm = 0,75) Gleichstrom vorgespannt sind, beträgt die Leistung 4,5 Watt … so dass der Widerstand sehr heiß wird. Die andere Option besteht darin, die Last nicht mit Wechselstrom zu koppeln, aber die meisten Lautsprecher können keinen Gleichstrom verarbeiten, sodass dies nicht wirklich eine Option ist. Ich wollte dies nur erwähnen, da dies ein häufiges Problem bei Tutorials und Schaltplänen für Verstärker der Klasse A im Internet ist – Es funktioniert nicht, wenn Sie es in LT-Gewürzen simulieren, da Re der Last entsprechen muss.