Función del amplificador BJT del altavoz

Pongamos algunos designadores de referencia de partes en su diagrama.

Siempre numere todas las partes. Entonces es fácil discutir el diagrama. En lugar de «la resistencia emisora del segundo transistor», simplemente decimos R5.

• C1: Este es un condensador de acoplamiento que permite que pase la señal de CA pero bloquea la CC. Protege la bobina del micrófono de recibir una corriente continua del circuito de polarización del amplificador y protege el circuito de polarización del amplificador de ser perturbado por la impedancia del micrófono. C1 transmite las fluctuaciones de voltaje desde el micrófono, superponiéndolas a la voltaje de polarización entre R1 y R2.

• R1 y R2: Estas resistencias forman un divisor de voltaje, estableciendo una polarización del divisor de voltaje para la base del transistor Q1. Desde una fuente de alimentación de 9V , R2 desarrollará alrededor de 1V. Eso es suficiente para desviar hacia adelante la unión base de Q1, encendiendo el transistor.

• Q1: Este BJT es el corazón de la primera amplificación etapa, un amplificador de voltaje de emisor común (CE). Su trabajo es transformar las variaciones en la corriente base causadas por las variaciones de voltaje del micrófono que llegan a C1 en variaciones de corriente a través del circuito colector-emisor R3, R4 y C2.

• R3: Esta es la resistencia de carga para la etapa de amplificación de voltaje CE. Las variaciones en la corriente controladas por Q1 hacen que R3 desarrolle un voltaje. Este voltaje es la salida de la etapa Q1, que se transmite directamente a la base de Q2. El voltaje se invierte con respecto a la señal del micrófono. Cuando la señal cambia a positivo, fluye más corriente a través de R3, desarrollando una mayor caída de voltaje. La parte superior de R3 está fijada al riel de alimentación de 9 V, por lo que una mayor caída de voltaje significa que la parte inferior de R3 oscila más negativamente.

• R4: Esta resistencia de emisor proporciona retroalimentación para estabilizar la polarización de CC de Q1. La polarización proporcionada por R1 y R2 enciende Q1 usando un voltaje de aproximadamente 1V, mencionado anteriormente. Esto hace que la corriente fluya a través del transistor. Esta corriente provoca un voltaje en R4. El transistor «funciona» con este voltaje. Entonces el voltaje se opone al 1V de polarización. De acuerdo con algunos cálculos de la regla de oro, R4 desarrollará aproximadamente 0.3V, que es el voltaje que queda cuando tomamos el voltaje de polarización de 1V entre R1 y R2, y restamos la caída de voltaje base-emisor de 0.7V. Este 0,3 V sobre 1500 ohmios significa que aproximadamente 0,2 mA de corriente del colector fluirá a través del transistor, en reposo. Esta corriente de polarización también fluye a través de la resistencia R3 de 10K, donde da lugar a un voltaje de 2V. Por lo tanto, la salida de Q1 está polarizada aproximadamente 2 V por debajo del riel de alimentación de 9 V.

• C2: Este capacitor pasa por alto la resistencia R4 para señales de CA. La resistencia R4 tiene el efecto de retroalimentación. La corriente amplificada pasa a través de R4 y desarrolla un voltaje, y Q1 se superpone a este voltaje. El voltaje que se amplifica es la diferencia entre la entrada y el emisor. Entonces, R4 proporciona retroalimentación negativa, lo que reduce la ganancia. Al introducir C2, nos deshacemos de esta retroalimentación para las señales de CA. Las señales de CA no experimentan retroalimentación negativa, por lo que la ganancia es mucho mayor para esas señales. R3 y R4 proporcionan un sesgo de CC estable para Q1, y C2 «engaña» a su alrededor, creando una ganancia más alta para CA, de modo que el amplificador tiene una oscilación más amplia alrededor del punto de sesgo (que, recordemos, está aproximadamente 2 V por debajo del riel de potencia). ). Se necesita mucha ganancia de voltaje porque los micrófonos emiten una señal bastante pequeña y toda la amplificación se realiza en una sola etapa.

• Q2: Este transistor está configurado como una etapa emisor-seguidor amplificador de corriente. Tenga en cuenta que no hay una resistencia de carga similar a R3 en la etapa anterior. En cambio, la salida se toma de la parte superior de la resistencia del emisor R5.

• R5: Lo que sucede aquí es que la parte superior de la resistencia R5 sigue el voltaje aplicado a la base de Q2 . Es simplemente ese voltaje, menos 0,7 V. A medida que oscila el voltaje en la base, el voltaje en la parte superior de la resistencia R5 pasa por el mismo oscilación.Este voltaje se aplica al altavoz a través de C3.

• C3: Otro capacitor de bloqueo. Evita que la CC fluya hacia el altavoz, lo que dañaría el altavoz y también haría que fluya mucha más corriente de polarización a través de Q2, ya que la impedancia del altavoz es mucho más baja que la de R5.

• C2: Este es un condensador de desacoplamiento de la fuente de alimentación. En varios lugares del circuito, las señales de CA regresan a la fuente de alimentación a través del riel de 9 V o del retorno común (tierra). Estas corrientes pueden desarrollar un voltaje a través de la impedancia interna de la fuente de alimentación. C2 proporciona un cortocircuito para estas señales de CA. Sin el desacoplamiento de la fuente de alimentación, las variaciones de corriente en Q2 podrían retroalimentar a la etapa Q1, dando lugar a oscilaciones. C2 también ayuda a evitar el ruido parásito la fuente de alimentación, como la ondulación de la fuente de alimentación, no afecte al circuito. Otra forma de verlo es que el condensador proporciona corriente en respuesta a las demandas repentinas de Q2.

La etapa Q2 es necesaria porque, aunque no amplifica el voltaje, amplifica la potencia. porque puede entregar más corriente que Q1. Q1 tiene una resistencia de carga R3, lo que le da una impedancia de salida bastante alta. Si el altavoz estuviera conectado a la salida de la etapa Q1, casi no saldría ningún sonido porque la etapa Q1 no puede mantener su voltaje en una carga de solo 8 ohmios. Q2 no tiene resistencia de colector, por lo que la impedancia de salida es baja. Las fluctuaciones de corriente fluyen libremente desde la fuente de alimentación, a través del colector del transistor y a través de C3 hasta el altavoz.

La etapa Q1 es necesaria porque una etapa de conducción de corriente como la construida alrededor de Q2 no tiene ninguna ganancia de voltaje. La etapa Q2 por sí sola podría tomar el voltaje del micrófono y pasarlo por el altavoz. Ahora sería mejor que conectar el micrófono directamente al altavoz, porque el micrófono estaría aislado de conducir la baja impedancia del altavoz. Pero, a pesar de eso, simplemente no sería lo suficientemente fuerte. Obtener un sonido razonablemente alto del altavoz requiere un nivel de voltaje mucho más alto.

El trabajo de amplificar el voltaje y luego amplificar la corriente que permite que ese voltaje se transfiera a una carga de baja impedancia como un hablante, se implementan mejor por separado.

Comentarios

• Solo una nota pedante sobre R5, C3 y el hablante. Para las señales, el emisor » ve » la combinación en paralelo de R5 y la impedancia del altavoz (asumiendo que la impedancia del acoplamiento C3 es insignificante para señales). Dado que la impedancia del altavoz es relativamente pequeña, desde la perspectiva de la señal, R5 efectivamente » no está «. En otras palabras, R5, al igual que R4, se omite de manera efectiva para las señales. Desde la perspectiva del análisis de CA, el emisor de Q1 ‘ s ve el suelo y el emisor de Q2 ‘ s ve un poco menos de 8 ohmios. Entonces, ‘ no es del todo correcto decir que el voltaje de salida se aplica al altavoz a través de C3.

El transistor BJT es un amplificador de corriente cuando el voltaje del emisor base es 0.6 ~ 0.7V como una caída de diodo. La base del colector también es un diodo, pero solo está ligeramente dopada y con polarización inversa para funcionar como un amplificador de corriente controlado por corriente baja. Usamos la impedancia para convertir la corriente en ganancia de voltaje en la primera etapa y la segunda etapa es necesaria para amplificar la corriente para impulsar cargas de mayor potencia (baja resistencia).

La primera etapa que llamamos «polarización H» ya que se asemeja al esquema, donde la relación del reistor de base de 2 entradas establece la base, luego el voltaje del emisor es 0.65V menor y, por lo tanto, la corriente CC del emisor se puede predecir a partir de hFE.

Desde la relación colector / emisor, hay más caída en el colector, por lo que para la misma corriente, ahora hay una ganancia de voltaje tanto para CC como para CA. PERO dado que el capacitor del emisor proporciona una impedancia mucho más baja: esta relación para CA es mucho más alta y está limitada por la resistencia interna del emisor (no se muestra en el esquema). Podemos estimar la ganancia de voltaje mirando las especificaciones y estimar la resistencia interna para Re. Esto funciona bien para señales de entrada pequeñas inferiores al 10% de la caída de Vbe, ya que para CA la tapa del emisor no permite mucha oscilación de voltaje. 100mV máx. ya está bastante distorsionado. Así que estamos convirtiendo voltaje a corriente con impedancia (V = I * R) y, por lo tanto, utilizando la salida del colector amplificando el voltaje con la relación de impedancia y la ganancia de corriente del transistor.

En la segunda etapa es la ganancia de corriente pura y el voltaje de CA en el emisor coincide con el base siempre que el Vbe se mantenga en 0.6 ~ 0.7Vdc. Poner demasiado (valor demasiado bajo) de una carga como 8 ohmios no funcionará en una polarización de emisor de 1Kohm y fallará.

¿Por qué? Porque el transistor realmente controla la corriente por pullup al suministro.La resistencia debe bajar para que el amplificador sea bidireccional para señales de CA. Sin una resistencia de emisor a tierra, el voltaje del emisor simplemente flotaría en el voltaje de CA máximo como un detector de pico positivo.

Por lo tanto, los amplificadores de altavoz comunes usan esquemas de salida de par complementarios con dispositivos PNP y NPN.

Este simulador permite cambiar cualquier valor y voltaje de la sonda, corriente & potencia.

Dado que la resistencia del colector es aproximadamente la misma que la resistencia de entrada, decimos que es más un amplificador de voltaje, mientras que el segundo La etapa con salida de emisor es un amplificador de corriente con < ganancia de voltaje unitaria. La carga de CA no debe ser < que la resistencia de CC.

Comentario lateral: poniendo 2 seguidores emisores complementarios (en serie) (NPN, PNP para + PNP luego NPN para -ve) con resistencias grandes y condensadores grandes hace un detector de pico de CA de compensación cero.

Mi amplia y Respuesta de principiante: La primera etapa es un amplificador de «clase A» que proporciona cierta ganancia de voltaje. Esta ganancia es proporcional al transistor beta. La segunda etapa es un seguidor de emisor y básicamente solo aumenta la corriente: su ganancia de voltaje es de aproximadamente 1, pero le permite conducir la carga del altavoz sin afectar la primera etapa. El seguidor de emisor también conocido como colector común , tiene una impedancia de salida grande de aproximadamente \ $ \ beta * R_ {load} \ $ y una impedancia de salida baja de aproximadamente \ $ R_ {load} \ $ en paralelo con \ $ R_ {input} / \ beta \ $.

Comentarios

• Todavía no entiendo realmente la segunda etapa, ¿por qué es necesaria?
• porque puedes ‘ t conecte la carga de 8 ohmios directamente a la primera etapa, ya que no es una etapa » power «, pero solo proporciona la ganancia de voltaje.
• Tampoco puede conectar una carga acoplada de CA menor que el valor DC Re.
• @FlorianOtt, la impedancia de salida de la primera etapa es de aproximadamente 10k ohmios. Si conecta el altavoz (con condensador en serie) directamente a la salida de la primera etapa, más del 99% de la ganancia de voltaje se pierde debido a la división de voltaje. La segunda etapa presenta una impedancia relativamente alta a la primera etapa y tiene una impedancia de salida relativamente baja. Esta etapa se denomina comúnmente » amplificador de búfer «: en.wikipedia. org / wiki / Buffer_amplifier # Voltage_buffer

«Stage» en un amplificador significa » dispositivo activo (aquí, un transistor) junto con todos sus circuitos de soporte «. Entonces este es un amplificador de 2 etapas. Dado eso, intente otra vez …

La salida del micrófono es una variación muy pequeña en voltaje. El divisor de voltaje polariza esto hacia arriba para que esté centrado alrededor de 0.9V. Eso es suficiente para encender el primer transistor en su región «lineal», donde la corriente que fluye verticalmente (a través de la resistencia de 10k) es un múltiplo de la corriente que fluye adentro a través de la base. Eso produce una señal amplificada invertida. El otro transistor lo amplifica aún más.

(«tengo que analizar» – ¿es esta una pregunta de tarea?)

Comentarios

• No, la segunda etapa no se invierte.
• Entonces, si solo la primera etapa se invierte, ¿se invierte la salida? ¿Esto tiene algún efecto en el audio?
• Se eliminó la inversión errónea.

pero no puedo entender cuál es la segunda etapa o cómo funciona. ¿En qué etapa tiene lugar la amplificación?

Seguro que puede resolverlo, solo necesita un poco de ayuda.

Si recuerda que el voltaje base-emisor de un transistor que opera en la región activa es casi constante, entonces puede darse cuenta de que el segundo transistor no puede ser un amplificador de voltaje; el voltaje de la señal en el emisor es casi el mismo que el voltaje de la señal en la base.

Entonces, la amplificación de voltaje debe deberse a la Primer circuito de transistor. Este transistor está configurado como un amplificador de emisor común clásico.

Es posible que la razón del segundo circuito de transistor no sea obvia de inmediato pero, de hecho, es crucial para el correcto funcionamiento de este amplificador.

El altavoz tiene una carga de impedancia muy baja. Para una ganancia de voltaje significativa, el colector del primer transistor debe estar conectado a una impedancia relativamente alta ya que la ganancia es proporcional a esta impedancia.

Si conecta el altavoz (a través del condensador de acoplamiento) directamente al colector del primer transistor, la impedancia del altavoz está en paralelo con la resistencia del colector, por lo que el colector ahora está conectado a una impedancia muy baja. y por lo tanto, la ganancia de voltaje cae a casi cero.

Sin embargo, el segundo transistor está configurado como un amplificador colector común que actúa como un búfer de voltaje . Básicamente, al observar la base del segundo transistor, la impedancia del altavoz de 8 ohmios se multiplica por la beta (más 1) del segundo transistor.

Si la beta es 100, la impedancia del altavoz «parece» 101 veces mayor a través de la base, por lo que, al conectar la base del segundo transistor al colector del primer transistor, aún es posible obtener cierta ganancia de voltaje del 1ª etapa.

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• Un poco tarde para la fiesta, pero parece que la impedancia de entrada al altavoz será de unos 800 ohmios, así que w en ‘ ¿t la mayor parte del voltaje se encuentra en la resistencia de 10k? Me parece que esto no ‘ va a amplificar nada.
• @Vrisk, no, usted ‘ re no pensar en ello correctamente. Desde una perspectiva de señal pequeña de CA, la resistencia del colector de 10k está (esencialmente) en paralelo con los 800 ohmios en lugar de en serie, por lo que no hay división de voltaje.
• Ah, ya veo, pero ¿Qué pasa con la resistencia de 1k en el transistor de salida? No ‘ no creo que el capacitor de salida pueda empujar mucha corriente a través de él (.5 amperios a través de la resistencia de 1k para 4 voltios en negativo ¿medio ciclo?)

La respuesta más votada aquí es suficiente, pero quiero agregar un comentario que la resistencia de salida (R5) que también se conoce como «Re» para la «resistencia de emisor» en su circuito seguidor de voltaje es demasiado grande.

Este es el problema con los amplificadores de Clase A (el seguidor de emisor que tiene) es que la corriente de salida será igual a la corriente de polarización. Básicamente, dado que su carga es de CA acoplada con el capacitor de salida, y su carga es de 8 ohmios, R5 también deberá ser de 8 ohmios; de lo contrario, el transistor no podrá darle suficiente oscilación negativa para ser simétrico.

Cambiar R5 a 8 ohmios disipará una gran cantidad de energía. Por lo tanto, si está polarizado en CC a 6 V (6/8 ohmios = 0,75), la potencia es de 4,5 vatios … de modo que la resistencia se calentará mucho. La otra opción es no acoplar la carga de CA, pero la mayoría de los altavoces no pueden manejar la corriente de CC, por lo que esta no es realmente una opción. Solo quería mencionar esto porque este es un problema común con los tutoriales y esquemas de amplificadores de clase A en Internet. – No funcionará si lo simula en LT spice porque Re debe coincidir con la carga.