Funzione amplificatore BJT altoparlante

Mettiamo alcuni designatori di riferimento delle parti nel diagramma.

Numerare sempre tutte le parti. Quindi è facile discutere il diagramma. Invece di “il resistore di emettitore del secondo transistor” diciamo solo R5.

• C1: Questo è un condensatore di accoppiamento che consente il passaggio del segnale AC ma blocca DC. Protegge la bobina del microfono dalla ricezione di una corrente continua dal circuito di polarizzazione dellamplificatore e protegge il circuito di polarizzazione dellamplificatore da essere disturbati dallimpedenza del microfono. C1 trasmette le fluttuazioni di tensione dal microfono, sovrapponendole al tensione di polarizzazione tra R1 e R2.

• R1 e R2: questi resistori formano un partitore di tensione, stabilendo una polarizzazione del divisore di tensione per la base del transistor Q1. Da un alimentatore da 9V , R2 svilupperà circa 1V. Ciò è sufficiente per polarizzare in avanti la giunzione base di Q1, accendendo il transistor.

• D1: Questo BJT è il cuore della prima amplificazione stage, un amplificatore di tensione a emettitore comune (CE). Il suo compito è trasformare le variazioni della corrente di base causate dalle variazioni di tensione del microfono che arrivano su C1 in variazioni di corrente attraverso i circuiti collettore-emettitore R3, R4 e C2.

• R3: Questa è la resistenza di carico per lo stadio di amplificazione della tensione CE. Le variazioni di corrente controllate da Q1 fanno sì che R3 sviluppi una tensione. Questa tensione è luscita dello stadio Q1, convogliata direttamente alla base di Q2. La tensione è invertita rispetto al segnale del microfono. Quando il segnale oscilla in positivo, più corrente fluisce attraverso R3, sviluppando una maggiore caduta di tensione. La parte superiore di R3 è fissata alla barra di alimentazione da 9 V, quindi una maggiore caduta di tensione significa che la parte inferiore di R3 oscilla in modo più negativo.

• R4: questo resistore di emettitore fornisce feedback per stabilizzare la polarizzazione CC di Q1. La polarizzazione fornita da R1 e R2 accende Q1 utilizzando una tensione di circa 1V, menzionata sopra. Ciò fa sì che la corrente fluisca attraverso il transistor. Questa corrente provoca una tensione in R4. Il transistor “cavalca” su questa tensione. Quindi la tensione si oppone a 1V di polarizzazione. Secondo alcuni calcoli di regole pratiche, R4 svilupperà circa 0,3 V, che è la tensione che rimane quando prendiamo la tensione di polarizzazione di 1 V tra R1 e R2 e sottraiamo la caduta di tensione base-emettitore di 0,7 V. Questo 0,3 V su 1500 ohm significa che circa 0,2 mA di corrente del collettore fluiranno attraverso il transistor, a riposo. Questa corrente di polarizzazione fluisce anche attraverso il resistore R3 da 10K, dove dà origine a una tensione di 2V. Quindi luscita di Q1 è polarizzata di circa 2 V al di sotto della barra di alimentazione da 9 V.

• C2: questo condensatore bypassa il resistore R4 per i segnali AC. Il resistore R4 ha leffetto di feedback. La corrente amplificata passa attraverso R4 e sviluppa una tensione, e Q1 cavalca sopra questa tensione. La tensione che viene amplificata è la differenza tra lingresso e lemettitore. Quindi R4 fornisce un feedback negativo, che riduce il guadagno. Introducendo C2, ci liberiamo di questo feedback per i segnali AC. I segnali AC non subiscono feedback negativo, quindi il guadagno è molto più alto per quei segnali. R3 e R4 forniscono un bias CC stabile per Q1, e C2 “imbroglia” attorno ad esso, creando un guadagno maggiore per AC, in modo che lamplificatore abbia unoscillazione più ampia attorno al punto di bias (che, ricordiamo, è di circa 2 V sotto ). È necessario un notevole guadagno di tensione perché i microfoni emettono un segnale piuttosto piccolo e tutta lamplificazione viene eseguita da un singolo stadio.

• D2: Questo transistor è configurato come una fase di amplificazione della corrente inseguitore di emettitore . Si noti che non esiste un resistore di carico simile a R3 nella fase precedente. Invece, luscita è presa dalla parte superiore del resistore di emettitore R5.

• R5: Quello che succede qui è che la parte superiore del resistore R5 segue la tensione applicata alla base di Q2 . È semplicemente quella tensione, meno 0,7 V. Quando la tensione alla base oscilla, la tensione nella parte superiore del resistore R5 passa attraverso la stessa oscillazione.Questa tensione viene applicata allaltoparlante tramite C3.

• C3: un altro condensatore di blocco. Impedisce alla corrente continua di fluire nellaltoparlante, il che danneggerebbe laltoparlante e causerebbe anche molta più corrente di polarizzazione attraverso Q2, poiché limpedenza dellaltoparlante è molto inferiore a quella di R5.

• C2: Questo è un condensatore di disaccoppiamento dellalimentazione. In diversi punti del circuito, i segnali CA ritornano allalimentatore tramite la guida 9V o attraverso il ritorno comune (massa). Queste correnti possono sviluppare un tensione attraverso limpedenza interna dellalimentatore. C2 fornisce un cortocircuito per questi segnali CA. Senza il disaccoppiamento dellalimentazione, le variazioni di corrente in Q2 potrebbero retrocedere nello stadio Q1, dando origine a oscillazioni. C2 aiuta anche a mantenere il rumore vagante da lalimentatore, come il ripple dellalimentatore, influisce sul circuito. Un altro modo per vederlo è che il condensatore fornisce corrente in risposta alle richieste improvvise di Q2.

Lo stadio Q2 è necessario perché, anche se non amplifica il voltaggio, amplifica la potenza perché è in grado di fornire più corrente di Q1. Q1 ha una resistenza di carico R3, che gli conferisce unimpedenza di uscita piuttosto elevata. Se laltoparlante fosse collegato alluscita dello stadio Q1, non ne uscirà quasi alcun suono perché lo stadio Q1 non può mantenere la sua tensione in un carico di soli 8 ohm. Q2 non ha una resistenza del collettore, quindi limpedenza di uscita è bassa. Le fluttuazioni di corrente fluiscono liberamente dallalimentatore, attraverso il collettore del transistor e attraverso C3 verso laltoparlante.

Lo stadio Q1 è necessario perché uno stadio di pilotaggio corrente come quello costruito attorno a Q2 non ne ha guadagno di tensione. Il solo stadio Q2 potrebbe prendere la tensione dal microfono e metterla attraverso laltoparlante. Ora sarebbe meglio che collegare il microfono direttamente allaltoparlante, perché il microfono sarebbe isolato dal pilotaggio della bassa impedenza dellaltoparlante. Ma, nonostante ciò, semplicemente non sarebbe abbastanza forte. Per ottenere un suono ragionevolmente alto dallaltoparlante è necessario un livello di tensione molto più alto.

I lavori di amplificazione della tensione e quindi amplificazione della corrente che consentono a quella tensione di essere trasferita attraverso un carico a bassa impedenza come un altoparlante, sono implementati al meglio separatamente.

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• Solo una breve nota pedante su R5, C3 e loratore. Per i segnali, lemettitore ” vede ” la combinazione parallela di R5 e limpedenza dellaltoparlante (supponendo che limpedenza dellaccoppiamento C3 sia trascurabile per segnali). Poiché limpedenza degli altoparlanti è relativamente piccola, dal punto di vista del segnale, R5 è effettivamente ” non presente “. In altre parole, R5, come R4, è effettivamente bypassato per i segnali. Dal punto di vista dellanalisi CA, lemettitore di Q1 ‘ vede la massa e lemettitore di Q2 ‘ vede leggermente meno di 8 ohm. Quindi, ‘ non è del tutto corretto affermare che la tensione di uscita viene applicata allaltoparlante tramite C3.

Il transistor BJT è un amplificatore di corrente quando la tensione di base dellemettitore è 0,6 ~ 0,7 V come una caduta di diodi. Anche la base del collettore è un diodo, ma è solo leggermente drogata e polarizzata inversamente per funzionare come un amplificatore di corrente controllato dalla corrente di base. Usiamo limepdance per convertire la corrente in guadagno di tensione nel 1 ° stadio e il secondo stadio è necessario per amplificare la corrente per pilotare carichi di maggiore potenza (bassa resistenza).

Il primo stadio che chiamiamo “polarizzato H” in quanto assomiglia allo schema, dove il rapporto del resistore di base a 2 ingressi imposta la base, quindi la tensione dellemettitore è inferiore di 0,65 V e quindi la corrente CC dellemettitore può essere prevista da hFE.

Dal rapporto collettore / emettitore cè più caduta sul collettore, quindi per la stessa corrente, ora cè un guadagno di tensione per CC e CA. MA poiché il condensatore dellemettitore fornisce unimpedenza “molto più bassa: questo rapporto per AC è molto più alto ed è limitato dalla resistenza interna dellemettitore (non mostrata nello schema). Possiamo stimare il guadagno di tensione osservando le specifiche e stimare la resistenza interna per Re. Questo funziona bene per piccoli segnali di ingresso inferiori al 10% della caduta di Vbe, poiché per AC il cappuccio dellemettitore non consente molte oscillazioni di tensione. 100 mV max sono già distorti un po . Quindi stiamo convertendo la tensione in corrente con impedenza (V = I * R) e quindi utilizzando luscita del collettore che amplifica la tensione con il rapporto di impedenza e il guadagno di corrente del transistor.

Nel 2 ° stadio è puro guadagno di corrente e la tensione CA sullemettitore corrisponde al fintanto che la Vbe rimane a 0.6 ~ 0.7Vdc. Mettere troppo (valore troppo basso) di un carico come 8 ohm non funzionerà su un bias dellemettitore da 1Kohm e fallirà.

Perché? Perché il transistor controlla effettivamente la corrente accostando lalimentazione.Il resistore deve abbassarsi affinché lamplificatore sia bidirezionale per i segnali CA. Senza alcuna resistenza dellemettitore a terra, la tensione dellemettitore fluttuerebbe alla massima tensione CA come un rilevatore di picco positivo.

Pertanto gli amplificatori per altoparlanti comuni utilizzano schemi di uscita a coppie complementari con dispositivi PNP e NPN.

Questo simulatore consente di modificare qualsiasi valore e tensione della sonda, corrente & potenza.

Poiché la resistenza del collettore è più o meno la stessa della resistenza di ingresso, diciamo che è più una tensione più ampia, mentre la seconda lo stadio con uscita dellemettitore è un amplificatore di corrente con < guadagno di tensione unitario. Il carico CA non deve essere < del resistore CC.

Commento laterale: mettendo 2 follower emettitori complementari (in serie) (NPN, PNP per + PNP quindi NPN per -ve) con grandi resistori e grandi condensatori crea un rilevatore di picco AC con offset zero.

Il mio ampio e risposta del principiante: il primo stadio è un amplificatore di “classe A” che fornisce un certo guadagno di tensione. Questo guadagno è proporzionale al transistor beta. Il secondo stadio è un inseguitore di emettitore e fondamentalmente sta solo aumentando la corrente: il suo guadagno di tensione è di circa 1, ma ti permette di pilotare il carico dellaltoparlante senza influenzare il primo stadio. Linseguitore di emettitore noto anche come collettore comune , ha una grande impedenza di uscita di circa \ $ \ beta * R_ {load} \ $ e una bassa impedenza di uscita di circa \ $ R_ {load} \ $ in parallelo con \ $ R_ {input} / \ beta \ $.

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• Ancora non capisco bene la seconda fase, perché è necessario?
• perché puoi ‘ t collegare il carico da 8 Ohm direttamente al primo stadio poiché non è uno stadio ” power “, ma fornisce solo il guadagno di tensione.
• Non puoi nemmeno collegare un carico accoppiato AC inferiore al valore DC Re.
• @FlorianOtt, limpedenza di uscita del primo stadio è di circa 10k ohm. Se si collega laltoparlante (con condensatore in serie) direttamente alluscita del primo stadio, oltre il 99% del guadagno di tensione viene perso a causa della divisione della tensione. Il secondo stadio presenta unimpedenza relativamente alta al primo stadio e ha unimpedenza di uscita relativamente bassa. Tale fase è comunemente chiamata ” buffer amplifier “: en.wikipedia. org / wiki / Buffer_amplifier # Voltage_buffer

“Stage” in un amplificatore significa ” dispositivo attivo (qui, un transistor) insieme a tutta la sua circuiteria di supporto “. Quindi questo è un amplificatore a 2 stadi. Detto questo, riprova …

Luscita del microfono è una varianza in tensione. Il divisore di tensione lo polarizza verso lalto in modo che sia centrato intorno a 0,9 V. Ciò è sufficiente per accendere il primo transistor nella sua regione “lineare”, dove la corrente che scorre verticalmente (attraverso il resistore da 10k) è un multiplo della corrente che scorre attraverso la base. Ciò produce un segnale invertito e amplificato. Laltro transistor lo amplifica ulteriormente.

(“deve analizzare” – è una domanda da fare a casa?)

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• No, il secondo stadio non si inverte.
• quindi se solo il primo stadio si inverte luscita è invertita? questo ha effetto sullaudio?
• Rimossa inversione errata.

ma non riesco a “capire qual è il secondo stadio o come funziona? In quale fase avviene lamplificazione?

Certo che puoi capirlo, hai solo bisogno di un piccolo aiuto.

Se ricordi che la tensione base-emettitore di un transistor che opera nella regione attiva è quasi costante, quindi puoi capire che il 2 ° transistor non può essere un amplificatore di tensione; la tensione del segnale sullemettitore è quasi la stessa della tensione del segnale sulla base.

Quindi, lamplificazione della tensione deve essere dovuta al Primo circuito a transistor. Questo transistor è configurato come un classico amplificatore a emettitore comune .

Il motivo del secondo circuito a transistor potrebbe non essere immediatamente ovvio ma è, in effetti, cruciale per il corretto funzionamento di questo amplificatore.

Laltoparlante è un carico di impedenza molto bassa. Per un guadagno di tensione significativo, il collettore del primo transistor deve essere collegato a unimpedenza relativamente elevata poiché il guadagno è proporzionale a questa impedenza.

Se si collega laltoparlante (tramite il condensatore di accoppiamento) direttamente al collettore del 1 ° transistor, limpedenza dellaltoparlante è in parallelo con il resistore del collettore, quindi il collettore è ora collegato a unimpedenza molto bassa e quindi, il guadagno di tensione scende quasi a zero.

Tuttavia, il 2 ° transistor è configurato come un amplificatore collettore comune che funge da buffer di tensione . Essenzialmente, guardando nella base del secondo transistor, limpedenza dellaltoparlante da 8 ohm viene moltiplicata per il beta (più 1) del secondo transistor.

Se il beta è 100, limpedenza dellaltoparlante “sembra” 101 volte maggiore attraverso la base, quindi, collegando la base del 2 ° transistor al collettore del 1 ° transistor, è ancora possibile un guadagno di tensione dal 1 ° stadio.

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• Un po in ritardo per la festa ma sembra che limpedenza di ingresso allaltoparlante sarà di circa 800 ohm, quindi w su ‘ la maggior parte della tensione si trova sul resistore da 10k? Mi sembra che questo ‘ non amplifichi nulla.
• @Vrisk, no, tu ‘ re non pensarci correttamente. Dal punto di vista del piccolo segnale CA, il resistore del collettore da 10k è (essenzialmente) in parallelo con gli 800 ohm invece che in serie, quindi nessuna divisione di tensione.
• Ah capisco, ma che dire del resistore da 1k sul transistor di uscita, io non ‘ penso che il condensatore di uscita sarà in grado di spingere molta corrente attraverso di esso (0,5 amp attraverso un resistore da 1k per 4 volt su negativo mezzo ciclo?)

La risposta con il voto più alto qui è sufficiente, ma voglio aggiungere un commento che il resistore di uscita (R5), noto anche come “Re” per il “resistore dellemettitore” nel circuito del seguitore di tensione, è troppo grande.

Questo è il problema con gli amplificatori di classe A (il seguace di emettitore che hai) è che la corrente di uscita sarà uguale alla corrente di polarizzazione. Fondamentalmente poiché il tuo carico è accoppiato in CA con il condensatore di uscita e il tuo carico è di 8 ohm, anche R5 dovrà essere di 8 ohm, altrimenti il transistor non sarà in grado di darti uno swing negativo sufficiente per essere simmetrico.

Cambiare R5 a 8 ohm dissiperà molta potenza. Quindi, se sei polarizzato in CC a 6 V (6/8 ohm = 0,75), la potenza è 4,5 Watt … quindi la resistenza si surriscalda. Laltra opzione è di non accoppiare AC il carico, ma la maggior parte degli altoparlanti non può gestire la corrente DC, quindi questa non è realmente unopzione. Volevo solo menzionarlo perché questo è un problema comune con i tutorial e gli schemi degli amplificatori di Classe A su Internet – non funzionerà se lo simuli in LT spice perché Re deve corrispondere al carico.