スピーカーBJTアンプ機能

ダイアグラムにパーツ参照指定子をいくつか配置しましょう。

常にすべてのパーツに番号を付けます。そうすれば、図について簡単に説明できます。 「2番目のトランジスタのエミッタ抵抗」の代わりに、R5とだけ言います。

• C1：これは、AC信号を通過させ、DCをブロックする結合コンデンサです。マイクのコイルがアンプのバイアス回路からDC電流を受信するのを防ぎ、アンプのバイアス回路がマイクのインピーダンスによって乱されるのを防ぎます。C1はマイクからの電圧変動を送信し、それらを重ね合わせます。 R1とR2の間のバイアス電圧。

• R1とR2：これらの抵抗は分周器を形成し、トランジスタQ1のベースに分周器バイアスを確立します。9V電源から、R2は約1Vを発生します。これは、Q1のベース接合を順方向にバイアスするのに十分であり、トランジスタをオンにします。

• Q1：このBJTは最初の増幅の心臓部です。ステージ、コモンエミッタ（CE）電圧増幅器。その仕事は、C1を介して到着するマイク電圧の変動によって引き起こされるベース電流の変動を、コレクタ-エミッタ回路R3、R4、およびC2を介して電流の変動に変換することです。

• R3： CE電圧増幅段の負荷抵抗です。 Q1によって制御される電流の変動により、R3に電圧が発生します。この電圧はQ1ステージの出力であり、Q2のベースに直接伝達されます。マイク信号に対して電圧が反転します。信号が正にスイングすると、より多くの電流がR3を流れ、より大きな電圧降下が発生します。 R3の上部は9V電源レールに固定されているため、電圧降下が大きくなると、R3の下部がより負にスイングします。

• R4：このエミッタ抵抗は、Q1のDCバイアスを安定させるためのフィードバックを提供します。 R1とR2によって提供されるバイアスは、前述の約1Vの電圧を使用してQ1をオンにします。これにより、トランジスタに電流が流れます。この電流により、R4に電圧が発生します。トランジスタはこの電圧に「乗る」。したがって、電圧は1Vのバイアスに対抗します。経験則によると、R4は約0.3Vを発生します。これは、R1とR2の間の1Vバイアス電圧を取り、0.7Vのベース-エミッタ間電圧降下を差し引いたときに残る電圧です。 1500オームを超えるこの0.3Vは、静止時に約0.2mAのコレクタ電流がトランジスタを流れることを意味します。このバイアス電流は10KR3抵抗にも流れ、2Vの電圧が発生します。したがって、Q1の出力は9V電源レールより約2V下にバイアスされます。

• C2：このコンデンサは、AC信号用のR4抵抗をバイパスします。 R4抵抗にはフィードバックの効果があります。増幅された電流はR4を通過して電圧を発生させ、Q1はこの電圧の上に乗ります。増幅される電圧は、入力とエミッタの差です。したがって、R4は負帰還を提供し、ゲインを低下させます。 C2を導入することにより、AC信号に対するこのフィードバックを取り除きます。 AC信号は負帰還を経験しないため、これらの信号のゲインははるかに高くなります。 R3とR4はQ1に安定したDCバイアスを提供し、C2はその周りを「チート」して、ACのゲインを高くします。その結果、アンプはバイアスポイントの周りでより広いスイングを持ちます（これは、パワーレールより約2V低いことを思い出してください）。 ）。マイクはかなり小さな信号を出力し、すべての増幅は単一のステージで行われるため、多くの電圧ゲインが必要です。

• Q2：このトランジスタは次のように設定されています。電流増幅エミッタフォロワステージ。前のステージのR3と同様の負荷抵抗がないことに注意してください。代わりに、出力はエミッタ抵抗R5の上部から取得されます。

• R5：ここで起こることは、抵抗R5の上部がQ2のベースに印加された電圧に従うということです。 。それは単にその電圧から0.7Vを引いたものです。ベースの電圧がスイングすると、抵抗R5の上部の電圧も同じスイングを通過します。この電圧はC3を介してスピーカーに印加されます。

• C3：別のブロッキングコンデンサ。スピーカーのインピーダンスはR5のインピーダンスよりもはるかに低いため、DCがスピーカーに流れ込むのを防ぎます。これにより、スピーカーが損傷し、Q2に流れるバイアス電流が大幅に増加します。

• C2：これは電源デカップリングコンデンサです。回路のいくつかの場所で、AC信号は9Vレールまたはコモンリターン（グランド）のいずれかを介して電源に戻ります。これらの電流は、電源の内部インピーダンスの両端の電圧。C2はこれらのAC信号の短絡を提供します。電源のデカップリングがないと、Q2の電流変動がQ1ステージにフィードバックされ、発振が発生する可能性があります。C2は、電源リップルなどの電源が回路に影響を与えることから。別の見方をすれば、コンデンサはQ2による突然の要求に応答して電流を供給するということです。

Q2ステージが必要なのは、電圧を増幅しなくても電力を増幅するからです。第1四半期よりも多くの電流を供給できるためです。 Q1には負荷抵抗R3があり、出力インピーダンスがかなり高くなっています。スピーカーがQ1ステージの出力に接続されている場合、Q1ステージはその電圧をわずか8オームの負荷に維持できないため、スピーカーから音はほとんど出ません。 Q2にはコレクタ抵抗がないため、出力インピーダンスが低くなっています。電流の変動は、電源からトランジスタのコレクタを通り、C3を介してスピーカーに自由に流れます。

Q2を中心に構築されたような電流駆動ステージには何もないため、Q1ステージが必要です。電圧ゲイン。 Q2ステージだけでも、マイクから電圧を取得してスピーカーにかけることができます。マイクはスピーカーの低インピーダンスの駆動から分離されるため、マイクをスピーカーに直接接続するよりも優れています。しかし、それにもかかわらず、単に十分な音量ではありません。スピーカーから適度に大きな音を出すには、はるかに高い電圧レベルが必要です。

電圧を増幅し、次に電流を増幅して、その電圧を次のような低インピーダンス負荷にかけることができるようにする作業。スピーカーは、個別に実装するのが最適です。

コメント

• R5、C3、およびスピーカーについての簡単な説明です。信号の場合、エミッター”は、R5とスピーカーインピーダンスの並列の組み合わせを”見ます（カップリングC3のインピーダンスが無視できると仮定）信号）。スピーカーのインピーダンスは比較的小さいため、信号の観点からは、R5は事実上”存在しません”。言い換えると、R5は、R4と同様に、信号に対して効果的にバイパスされます。 AC分析の観点から、Q1 ‘のエミッターはグラウンドを認識し、Q2 ‘のエミッターは8オームよりわずかに少ないオームを認識します。したがって、’は、出力電圧がC3を介してスピーカーに印加されていると言うのは正しくありません。

BJTトランジスタは、ベースエミッタ電圧がダイオードドロップのように0.6〜0.7Vの場合の電流増幅器です。コレクタベースもダイオードですが、低濃度にドープされ、逆バイアスされて、ベース電流制御の電流増幅器として機能します。 imepdanceを使用して、第1ステージで電流を電圧ゲインに変換し、第2ステージでは、高電力（低抵抗）負荷を駆動するために電流を増幅する必要があります。

回路図に似ているため、「Hバイアス」と呼ぶ第1ステージでは、2つの入力ベース抵抗比がベースを設定し、エミッタ電圧が0.65V低くなるため、エミッタDC電流は次のように予測できます。 hFE。

コレクター/エミッター比から、コレクターでの降下が大きくなるため、同じ電流に対して、ACだけでなくDCの電圧ゲインも得られます。しかし、エミッタコンデンサははるかに低い「インピーダンス」を提供するため、ACのこの比率ははるかに高く、内部エミッタ抵抗によって制限されます（回路図には示されていません）。仕様を見て内部抵抗を推定することで電圧ゲインを推定できます。 Reの場合、これはVbeドロップの10％未満の小さな入力信号に適しています。これは、ACの場合、エミッタキャップが大きな電圧スイングを許可しないためです。最大100mVはすでにかなり歪んでいます。したがって、インピーダンスを使用して電圧を電流に変換しています。 （V = I * R）したがって、トランジスタのインピーダンス比と電流ゲインを備えたコレクタ出力増幅電圧を使用します。

第2段階では、純粋な電流ゲインであり、エミッタのAC電圧はVbeが0.6〜0.7Vdcに留まっている限り、ベース。8オームのような負荷をかけすぎる（値が低すぎる）と、1Kオームのエミッタバイアスでは機能せず、失敗します。

なぜですか？実際には、電源へのプルアップによって電流を制御します。増幅器がAC信号に対して双方向になるようにするには、抵抗をプルダウンする必要があります。接地するエミッタ抵抗がない場合、エミッタ電圧は正のピーク検出器のように最大AC電圧でフロートします。

したがって、一般的なスピーカーアンプは、PNPおよびNPNデバイスで相補ペア出力方式を使用します。

この シミュレーター では、任意の値を変更でき、プローブ電圧、電流&電力。

コレクタ抵抗は入力抵抗とほぼ同じであるため、2番目の方が電圧増幅器であると言えます。エミッタ出力付きのステージは、<ユニティ電圧ゲインの電流増幅器です。 AC負荷は、DC抵抗よりも<であってはなりません。

サイドコメント： 2つの補完的な（直列の）エミッタフォロワー（NPN、PNP for + PNP次に、大きな抵抗と大きなコンデンサを使用した-ve）のNPNは、ゼロオフセットACピーク検出器になります。

私の幅広い初心者の回答：最初のステージは、ある程度の電圧ゲインを提供する「クラスA」アンプです。このゲインは、トランジスタbetaに比例します。 2番目のステージはエミッタフォロワであり、基本的には電流をブーストするだけです。電圧ゲインは約1ですが、1番目のステージに影響を与えることなくスピーカーの負荷を駆動できます。エミッタフォロワはコモンコレクタとも呼ばれます。 、\ $ \ beta * R_ {load} \ $についての大きな出力インピーダンスと、\ $ R_ {input} / \ beta \ $と並行した約\ $ R_ {load} \ $の低い出力インピーダンスがあります。

コメント

• まだ第2段階がよくわからないのに、なぜ必要なのですか？
• できるので’ 8オームの負荷は” power “ステージではないため、最初のステージに直接接続します。ただし、電圧ゲインを提供するだけです。
• DCRe値よりも低いAC結合負荷を接続することもできません。
• @FlorianOtt、第1ステージの出力インピーダンスは約10kです。オームスピーカー（直列コンデンサー付き）を第1段の出力に直接接続すると、分圧により、電圧利得の99％以上が失われます。第2ステージは、第1ステージに対して比較的高いインピーダンスを示し、出力インピーダンスは比較的低くなります。このようなステージは、一般に”バッファアンプ”： en.wikipediaと呼ばれます。 org / wiki / Buffer_analyticser＃Voltage_buffer

アンプの「ステージ」は「アクティブデバイス（ここではトランジスタ）とそのすべてのサポート回路」。つまり、これは2段アンプです。それを踏まえて、もう一度やり直してください…

マイクの出力は非常に小さい変動 / em>電圧で。分圧器はこれを上向きにバイアスして、0.9Vを中心とします。これは、最初のトランジスタを「線形」領域にオンにするのに十分です。この領域では、（10k抵抗を介して）垂直に流れる電流が流れる電流の倍数になります。ベースを通して。これにより、反転した増幅信号が生成されます。他のトランジスタはそれをさらに増幅します。

（「分析する必要があります」-これは宿題の質問ですか？）

コメント

• いいえ、第2ステージは反転しません。
• 第1ステージのみが反転した場合、出力は反転しますか？これはオーディオに影響しますか？
• 誤った反転を削除しました。

しかし、第2段階とは何か、またはそれがどのように機能するのか理解できません。増幅はどの段階で行われますか？

確かに理解できますが、少し助けが必要です。

アクティブ領域で動作するトランジスタのベース-エミッタ間電圧がほぼ一定であることを思い出すと、次に、2番目のトランジスタを電圧増幅器にすることはできないことがわかります。エミッタの信号電圧はベースの信号電圧とほぼ同じです。

したがって、電圧増幅は、 1番目のトランジスタ回路。このトランジスタは、従来の共通エミッタ増幅器として構成されています。

2番目のトランジスタ回路の理由はすぐにはわかりません。しかし、実際には、このアンプを適切に動作させることが重要です。

スピーカーは非常に低インピーダンスの負荷です。大幅な電圧ゲインを得るには、ゲインがこのインピーダンスに比例するため、1番目のトランジスタのコレクタを比較的高いインピーダンスに接続する必要があります。

スピーカーを（カップリングコンデンサを介して）1番目のトランジスタのコレクタに直接接続すると、スピーカーのインピーダンスはコレクタ抵抗と並列になるため、コレクタは非常に低いインピーダンスに接続されます。したがって、電圧ゲインはほぼゼロに低下します。

ただし、2番目のトランジスタは共通コレクタアンプとして構成されます。 電圧バッファ。基本的に、2番目のトランジスタのベースを調べると、8オームのスピーカーインピーダンスに2番目のトランジスタのベータ（プラス1）が掛けられます。

ベータが100の場合、スピーカーのインピーダンスはベース全体で101倍大きく見えるため、2番目のトランジスタのベースを1番目のトランジスタのコレクタに接続することで、第1段階。

コメント

• ちょっとパーティーに遅れましたが、スピーカーへの入力インピーダンスは約800オームになるようです。 on ‘ほとんどの電圧は10k抵抗にかかっていますか？ ‘何も増幅しないように見えます。
• @Vrisk、いいえ、あなたは’ reそれについて正しく考えていません。 AC小信号の観点からは、10kコレクタ抵抗は（本質的に）直列ではなく800オームと並列であるため、電圧分割はありません。
• なるほどですが、出力トランジスタの1k抵抗についてはどうですか、’出力コンデンサが多くの電流を流すことができるとは思いません（負の場合は4ボルトで1k抵抗を介して0.5アンペア半サイクル？）

ここで最も投票数の多い回答で十分ですが、コメントを追加したいと思います。電圧フォロワ回路の「エミッタ抵抗」の「Re」としても知られている出力抵抗（R5）が大きすぎます。

これはクラスAアンプ（お持ちのエミッタフォロワ）の問題で、出力電流がバイアス電流に等しくなることです。基本的に、負荷は出力コンデンサとAC結合されており、負荷は8オームであるため、R5も8オームである必要があります。そうしないと、トランジスタは対称になるのに十分な負の振幅を与えることができません。

R5を8オームに変更すると、多くの電力が消費されます。したがって、6V（6/8オーム= 0.75）でDCバイアスされている場合、電力は4.5ワットになります…抵抗が非常に熱くなるようにします。もう1つのオプションは、負荷をAC結合しないことですが、ほとんどのスピーカーはDC電流を処理できないため、これは実際にはオプションではありません。これは、インターネット上のクラスAアンプのチュートリアルと回路図で一般的な問題であるため、これについて言及したいと思います。 -Reは負荷と一致する必要があるため、LTスパイスでシミュレートすると機能しません。