스피커 BJT 증폭기 기능

다이어그램에 일부 부품 참조 지정자를 입력하겠습니다.

항상 모든 부품에 번호를 매 깁니다. 그러면 다이어그램에 대해 쉽게 논의 할 수 있습니다. “두 번째 트랜지스터의 에미 터 저항”대신 R5라고합니다.

• C1 : 이것은 AC 신호는 통과하지만 DC는 차단하는 커플 링 커패시터입니다. 마이크의 코일이 증폭기의 바이어스 회로에서 DC 전류를 수신하지 못하도록 보호하고 증폭기의 바이어스 회로가 마이크의 임피던스에 의해 방해받지 않도록 보호합니다. C1은 마이크의 전압 변동을 전송하여 마이크에 중첩시킵니다. R1과 R2 사이의 바이어스 전압.

• R1 및 R2 :이 저항은 전압 분배기를 형성하여 트랜지스터 Q1의베이스에 대한 전압 분배기 바이어스를 설정합니다. 9V 전원 공급 장치에서 , R2는 약 1V로 발전합니다. 이는 트랜지스터를 켜고 Q1의베이스 접합을 순방향 바이어스하기에 충분합니다.

• Q1 :이 BJT는 첫 번째 증폭의 핵심입니다. 단, 공통 이미 터 (CE) 전압 증폭기. 그 역할은 C1에 도달하는 마이크 전압 변동으로 인한 기본 전류의 변동을 컬렉터-이미 터 회로 R3, R4 및 C2를 통해 전류 변동으로 변환하는 것입니다.

• R3 : 이것은 CE 전압 증폭 단계의 부하 저항입니다. Q1에 의해 제어되는 전류의 변화로 인해 R3이 전압을 발생시킵니다. 이 전압은 Q1 스테이지의 출력이며 Q2의베이스로 직접 전달됩니다. 전압은 마이크 신호에 대해 반전됩니다. 신호가 포지티브로 스윙하면 더 많은 전류가 R3을 통해 흐르고 더 큰 전압 강하가 발생합니다. R3의 상단은 9V 전원 레일에 고정되어 있으므로 전압 강하가 많을수록 R3의 하단이 더 음으로 스윙합니다.

• R4 :이 이미 터 저항은 Q1의 DC 바이어스를 안정화하기위한 피드백을 제공합니다. R1과 R2가 제공하는 바이어스는 위에서 언급 한 약 1V의 전압을 사용하여 Q1을 켭니다. 이로 인해 전류가 트랜지스터를 통해 흐릅니다. 이 전류는 R4에 전압을 발생시킵니다. 트랜지스터는이 전압을 “라이드”합니다. 따라서 전압은 1V의 바이어스에 반대합니다. 일부 경험 법칙에 따르면 R4는 약 0.3V를 발생하는데, 이는 R1과 R2 사이의 1V 바이어스 전압을 취하고 0.7V의베이스 이미 터 전압 강하를 뺀 전압입니다. 이 0.3V (1500 옴 이상)는 약 0.2mA의 콜렉터 전류가 정지 상태에서 트랜지스터를 통해 흐를 것임을 의미합니다. 이 바이어스 전류는 10K R3 저항을 통해 흐르며 2V의 전압이 발생합니다. 따라서 Q1의 출력은 9V 전력 레일 아래에서 약 2V 아래로 바이어스됩니다.

• C2 :이 커패시터는 AC 신호용 R4 저항기를 우회합니다. R4 저항은 피드백 효과가 있습니다. 증폭 된 전류는 R4를 통과하여 전압을 발생시키고 Q1은이 전압 위에 올라갑니다. 증폭되는 전압은 입력과 이미 터의 차이입니다. 따라서 R4는 부정적인 피드백을 제공하여 이득을 줄입니다. C2를 도입함으로써 우리는 AC 신호에 대한이 피드백을 제거합니다. AC 신호는 네거티브 피드백을 경험하지 않으므로 해당 신호에 대한 게인이 훨씬 높습니다. R3 및 R4는 Q1에 안정적인 DC 바이어스를 제공하고 C2는 그 주변에 “속임수”를 제공하여 AC에 대해 더 높은 이득을 생성하므로 증폭기가 바이어스 지점 주변에서 더 넓은 스윙을 갖도록합니다 (회상, 전력 레일 아래에서 약 2V) ). 마이크가 작은 신호를 출력하고 모든 증폭이 단일 단계에서 이루어지기 때문에 많은 전압 이득이 필요합니다.

• Q2 :이 트랜지스터는 다음과 같이 설정됩니다. 현재 증폭되는 이미 터-팔로어 단계. 이전 단계의 R3과 유사한 부하 저항은 없습니다. 대신, 출력은 이미 터 저항 R5의 상단에서 가져옵니다.

• R5 : 여기서 일어나는 일은 저항 R5의 상단이 Q2의베이스에 적용된 전압을 따른다는 것입니다. . 단순히 그 전압에서 0.7V를 뺀 것입니다. 베이스의 전압이 스윙함에 따라 저항 R5 상단의 전압은 동일한 스윙을 거칩니다.이 전압은 C3를 통해 스피커에 적용됩니다.

• C3 : 또 다른 차단 커패시터입니다. 스피커의 임피던스가 R5의 임피던스보다 훨씬 낮기 때문에 DC가 스피커로 흐르는 것을 방지하여 스피커를 손상시키고 Q2를 통해 더 많은 바이어스 전류가 흐르게합니다.

• C2 : 이것은 전원 공급 디커플링 커패시터입니다. 회로의 여러 위치에서 AC 신호는 9V 레일 또는 공통 복귀 (접지)를 통해 전원 공급 장치로 반환됩니다. 이러한 전류는 전원 공급 장치의 내부 임피던스를 가로 지르는 전압입니다. C2는 이러한 AC 신호에 단락 회로를 제공합니다. 전원 공급 장치 디커플링이 없으면 Q2의 전류 변동이 Q1 단계로 피드백되어 발진이 발생할 수 있습니다. C2는 또한 표유 노이즈를 전원 공급 장치 리플과 같은 전원 공급 장치가 회로에 영향을주지 않습니다. 또 다른 방법은 커패시터가 Q2의 갑작스러운 요구에 응답하여 전류를 제공한다는 것입니다.

Q2 단계는 전압을 증폭하지 않아도 전력을 증폭하기 때문에 필요합니다. Q1보다 더 많은 전류를 전달할 수 있기 때문입니다. Q1에는 부하 저항 R3이있어 다소 높은 출력 임피던스를 제공합니다. 스피커가 Q1 스테이지 출력에 연결되어 있으면 Q1 스테이지가 전압을 8 옴 부하로 유지할 수 없기 때문에 소리가 거의 나오지 않습니다. Q2에는 콜렉터 저항이 없으므로 출력 임피던스가 낮습니다. 전류 변동은 전원 공급 장치에서 트랜지스터의 컬렉터를 통해 C3를 통해 스피커로 자유롭게 흐릅니다.

Q2 주변에 구축 된 것과 같은 전류 구동 단계에는 아무것도 없기 때문에 Q1 단계가 필요합니다. 전압 이득. Q2 스테이지만으로도 마이크의 전압을 받아 스피커에 전달할 수 있습니다. 이제 마이크가 스피커의 낮은 임피던스를 구동하는 것과 격리되므로 마이크를 스피커에 직접 연결하는 것보다 낫습니다. 그러나 그럼에도 불구하고 단순히 충분히 크지 않을 것입니다. 스피커에서 상당히 큰 소리를 내려면 훨씬 더 높은 전압 레벨이 필요합니다.

전압을 증폭 한 다음 전류를 증폭하여 전압을 다음과 같은 낮은 임피던스 부하에 전달할 수 있도록합니다. 스피커는 별도로 구현하는 것이 가장 좋습니다.

댓글

• R5, C3 및 스피커에 대한 간단한 현명한 메모입니다. 신호의 경우 이미 터는 R5와 스피커 임피던스의 병렬 조합을 ” ” 확인합니다 (커플 링 C3의 임피던스가 신호). 스피커 임피던스가 상대적으로 작기 때문에 신호 관점에서 R5는 사실상 ” 거기에 없습니다 “. 즉, R4와 마찬가지로 R5는 신호에 대해 효과적으로 우회됩니다. AC 분석 관점에서 Q1 ‘의 이미 터는 접지를보고 Q2 ‘의 이미 터는 8 옴보다 약간 작습니다. 따라서 출력 전압이 C3를 통해 스피커에 적용된다고 말하는 것은 ‘ 정확하지 않습니다.

BJT 트랜지스터는 다이오드 강하처럼베이스 이미 터 전압이 0.6 ~ 0.7V 일 때 전류 증폭기입니다. 컬렉터베이스도 다이오드이지만베이스 전류 제어 전류 증폭기로 작동하도록 약간만 도핑되고 역 바이어스됩니다. 우리는 imepdance를 사용하여 1 단계에서 전류를 전압 이득으로 변환하고 2 단계는 더 높은 전력 (낮은 저항) 부하를 구동하기 위해 전류를 증폭해야합니다.

우리가 “H 바이어스”라고 부르는 첫 번째 단계는 회로도와 유사합니다. 여기서 2 개의 입력베이스 저항 비율이베이스를 설정 한 다음 에미 터 전압이 0.65V 더 낮아져 에미 터 DC 전류를 예측할 수 있습니다. hFE.

컬렉터 / 이미 터 비율에서 콜렉터가 더 많이 떨어 지므로 동일한 전류에 대해 이제 AC뿐만 아니라 DC에 대한 전압 이득이 있습니다. 그러나 이미 터 커패시터가 훨씬 더 낮은 “임피던스를 제공하기 때문에 : AC에 대한이 비율은 훨씬 더 높고 내부 이미 터 저항 (회로도에 표시되지 않음)에 의해 제한됩니다. 사양을보고 내부 저항을 추정하여 전압 이득을 추정 할 수 있습니다. AC의 경우 이미 터 캡이 많은 전압 스윙을 허용하지 않기 때문에 이것은 Vbe 강하의 10 % 미만의 작은 입력 신호에 대해 잘 작동합니다. 최대 100mV는 이미 상당히 왜곡되어 있습니다. 따라서 우리는 임피던스를 사용하여 전압을 전류로 변환하고 있습니다. (V = I * R) 따라서 트랜지스터의 임피던스 비율과 전류 이득으로 전압을 증폭하는 콜렉터 출력을 사용합니다.

2 단계에서는 순수한 전류 이득이고 이미 터의 AC 전압은 Vbe가 0.6 ~ 0.7Vdc로 유지되는 한베이스. 8 옴과 같은 부하를 너무 많이 (너무 낮은 값) 넣으면 1Kohm 이미 터 바이어스에서 작동하지 않고 실패합니다.

왜? 실제로 전원에 대한 풀업으로 전류를 제어합니다.증폭기가 AC 신호에 대해 양방향이 되려면 저항이 풀다운되어야합니다. 접지 할 이미 터 저항이 없으면 이미 터 전압은 포 티브 피크 감지기처럼 최대 AC 전압에서 플로팅됩니다.

따라서 일반적인 스피커 증폭기는 PNP 및 NPN 장치와 함께 상호 보완적인 쌍 출력 방식을 사용합니다.

이 시뮬레이터 는 모든 값을 변경하고 프로브 전압, 전류 & 전력.

콜렉터 저항은 입력 저항과 거의 같으므로 전압 증폭기라고 말하지만 두 번째 이미 터 출력이있는 스테이지는 < 단위 전압 이득을 갖는 전류 증폭기입니다. AC 부하는 DC 저항기보다 <가 아니어야합니다.

측면 설명 : 2 개의 보완 (연속) 이미 터 팔로워 (NPN, PNP for + PNP) 배치 큰 저항과 큰 커패시터가있는 -ve에 대한 NPN)은 제로 오프셋 AC 피크 감지기를 만듭니다.

My broad and 초보자 답변 : 첫 번째 단계는 전압 이득을 제공하는 “클래스 A”증폭기입니다. 이 이득은 트랜지스터 beta에 비례합니다. 두 번째 단계는 이미 터 팔로워이며 기본적으로 전류를 증폭시키는 것입니다. 전압 이득은 약 1이지만 첫 번째 단계에 영향을주지 않고 스피커의 부하를 구동 할 수 있습니다. 이미 터 팔로워는 공통 컬렉터라고도합니다. , \ $ \ beta * R_ {load} \ $에 대한 큰 출력 임피던스와 \ $ R_ {input} / \ beta \ $와 병렬로 약 \ $ R_ {load} \ $의 낮은 출력 임피던스가 있습니다.

댓글

• 아직도 두 번째 단계를 이해하지 못합니다. 왜 필요한가요?
• 할 수 있기 때문에 ‘ 8 Ohm 부하는 ” 전원 ” 단계가 아니므로 첫 번째 단계에 직접 연결하지 않습니다. 하지만 전압 이득 만 제공합니다.
• DC Re 값보다 낮은 AC 커플 링 부하도 연결할 수 없습니다.
• @FlorianOtt, 첫 번째 단계의 출력 임피던스는 약 10k입니다. 직렬 커패시터가있는 스피커를 첫 번째 단계의 출력에 직접 연결하면 전압 분할로 인해 전압 이득의 99 % 이상이 손실됩니다. 두 번째 단계는 첫 번째 단계에 상대적으로 높은 임피던스를 제공하고 상대적으로 낮은 출력 임피던스를 갖습니다. 이러한 단계를 일반적으로 ” 버퍼 증폭기 ” : en.wikipedia라고합니다. org / wiki / Buffer_amplifier # Voltage_buffer

앰프의 “Stage”는 ” 모든 지원 회로와 함께 능동 장치 (여기서는 트랜지스터). 이것은 2 단 앰프입니다. 따라서 다시 시도해보세요 …

마이크 출력은 매우 작은 변동 전압. 전압 분배기는 이것을 위쪽으로 바이어스하여 0.9V를 중심으로합니다. 이는 첫 번째 트랜지스터를 “선형”영역으로 전환하기에 충분합니다. 여기서 수직으로 흐르는 전류 (10k 저항을 통해)는 흐르는 전류의 배수입니다. 베이스를 통해. 그것은 반전되고 증폭 된 신호를 생성합니다. 다른 트랜지스터가 더 증폭합니다.

( “분석해야합니다”-숙제 질문입니까?)

댓글

• 아니요, 두 번째 단계는 반전되지 않습니다.
• 첫 번째 단계 만 반전되면 출력이 반전됩니까? 오디오에 영향을 주나요?
• 잘못된 반전이 제거되었습니다.

하지만 두 번째 단계가 무엇인지, 어떻게 작동하는지 알 수 없습니다. 어떤 단계에서 증폭이 발생합니까?

확실히 알아낼 수 있습니다. 약간의 도움이 필요합니다.

활성 영역에서 작동하는 트랜지스터의베이스 이미 터 전압이 거의 일정하다는 것을 기억하면, 그러면 두 번째 트랜지스터가 전압 증폭기가 될 수 없다는 것을 알 수 있습니다. 이미 터의 신호 전압은베이스의 신호 전압과 거의 같습니다.

따라서 전압 증폭은 첫 번째 트랜지스터 회로.이 트랜지스터는 고전적인 공통 이미 터 증폭기 로 구성되어 있습니다.

두 번째 트랜지스터 회로의 이유는 당장 명확하지 않을 수 있습니다. 하지만 사실이 증폭기의 올바른 작동에 중요 합니다.

스피커는 임피던스 부하가 매우 낮습니다. 상당한 전압 이득의 경우 이득이이 임피던스에 비례하기 때문에 첫 번째 트랜지스터의 컬렉터를 상대적으로 높은 임피던스에 연결해야합니다.

스피커 (커플 링 커패시터를 통해)를 첫 번째 트랜지스터의 컬렉터에 직접 연결하면 스피커의 임피던스가 컬렉터 저항과 병렬이므로 컬렉터는 이제 매우 낮은 임피던스에 연결됩니다. 따라서 전압 이득은 거의 0으로 떨어집니다.

그러나 두 번째 트랜지스터는 공통 콜렉터 증폭기 로 구성되어 전압 버퍼 . 기본적으로 두 번째 트랜지스터의베이스를 살펴보면 8 옴 스피커 임피던스에 두 번째 트랜지스터의 베타 (+1)가 곱해집니다.

베타가 100이면 스피커 임피던스가베이스를 통해 101 배 더 크게 “보이기”때문에 두 번째 트랜지스터의베이스를 첫 번째 트랜지스터의 컬렉터에 연결하면 일부 전압 이득이 여전히 가능합니다. 첫 번째 단계입니다.

댓글

• 파티에 늦었지만 스피커에 대한 입력 임피던스가 800 옴 정도가 될 것 같습니다. ‘ 대부분의 전압이 10k 저항에 있지 않습니까? 이것이 ‘ 아무것도 증폭하지 않는 것 같습니다.
• @Vrisk, 아니요, 당신은 ‘ re 제대로 생각하지 않습니다. AC 소 신호 관점에서 볼 때 10k 콜렉터 저항은 (본질적으로) 직렬이 아닌 800 옴으로 병렬 에 있으므로 전압 분할이 없습니다.
• 아, 알겠습니다. 출력 트랜지스터의 1k 저항은 어떻습니까? ‘ 출력 커패시터가이를 통해 많은 전류를 전달할 수 있다고 생각하지 않습니다 (네거티브에서 4V에 대해 1k 저항을 통해 .5A) 반주기?)

여기에서 가장 많이 득표 한 답변으로 충분하지만 다음과 같은 의견을 추가하고 싶습니다. 전압 팔로워 회로의 “이미 터 저항”에 대해 “Re”라고도하는 출력 저항 (R5)이 너무 큽니다.

이것은 클래스 A 증폭기 (당신이 가지고있는 이미 터 팔로워)의 문제는 출력 전류가 바이어스 전류와 같을 것이라는 것입니다. 기본적으로 부하가 출력 커패시터와 결합 된 AC이고 부하가 8 옴이므로 R5도 8 옴이되어야합니다. 그렇지 않으면 트랜지스터가 대칭이 될만큼 충분한 네거티브 스윙을 제공 할 수 없습니다.

R5를 8 옴으로 변경하면 많은 전력이 소모됩니다. 따라서 “6V (6 / 8ohms = 0.75)로 DC 바이어스되어 전력이 4.5Watts … 그래야 저항이 매우 뜨거워집니다. 다른 옵션은 부하를 AC 커플 링하지 않는 것이지만 대부분의 스피커는 DC 전류를 처리 할 수 없으므로 실제로는 옵션이 아닙니다. 이것은 인터넷에서 클래스 A 앰프 자습서 및 회로도의 일반적인 문제이기 때문에 이것을 언급하고 싶었습니다. -Re가 부하와 일치해야하므로 LT spice에서 시뮬레이션하면 작동하지 않습니다.