Høyttaler BJT forsterkerfunksjon

La oss sette noen delreferensbetegnere på diagrammet ditt.

Nummer alltid alle delene. Da er det lett å diskutere diagrammet. I stedet for «emittermotstanden til den andre transistoren» sier vi bare R5.

• C1: Dette er en koblingskondensator som lar vekselstrømssignalet passere, men blokkerer likestrøm. Den beskytter mikrofonens spole mot å motta en likestrøm fra forsterkerens forspenningskrets og beskytter forsterkerens forspenningskrets fra å bli forstyrret av mikrofonens impedans. C1 overfører spenningssvingningene fra mikrofonen og overlapper dem på forspenning mellom R1 og R2.

• R1 og R2: Disse motstandene danner en spenningsdeler, og etablerer en spenningsdeler forspenning for basen til transistoren Q1. Fra en 9V strømforsyning , R2 vil utvikle omtrent 1 V. Det er nok til å forspenne basiskrysset til Q1, og slå på transistoren.

• Q1: Denne BJT er hjertet til den første forsterkningen scenen, en CE-spenningsforsterker. Dens jobb er å transformere variasjoner i grunnstrømmen forårsaket av mikrofonspenningsvariasjonene som kommer over C1 til strømvariasjoner gjennom kollektor-emitterkretsen R3, R4 og C2.

• R3: Dette er lastmotstanden for CE-spenningens forsterkningstrinn. Variasjoner i strømstyrt av Q1 får R3 til å utvikle en spenning. Denne spenningen er utgangen fra Q1-trinnet, direkte overført til basen av Q2. Spenningen er invertert i forhold til mikrofonsignalet. Når signalet svinger positivt, strømmer mer strøm gjennom R3 og utvikler et større spenningsfall. Toppen av R3 er festet til 9V-strømskinnen, så mer spenningsfall betyr at bunnen av R3 svinger mer negativt.

• R4: Denne emittermotstanden gir tilbakemelding for å stabilisere DC-forspenningen til Q1. Bias gitt av R1 og R2 slår på Q1 ved hjelp av en spenning på ca. 1V, nevnt ovenfor. Dette får strøm til å strømme gjennom transistoren. Denne strømmen forårsaker en spenning i R4. Transistoren «rir» på denne spenningen. Så spenningen motsetter 1V forspenning. I følge noen tommelfingerregel vil R4 utvikle omtrent 0,3V, som er spenningen som er til overs når vi tar 1V-forspenningen mellom R1 og R2, og trekker basissenderens spenningsfall på 0,7V. Denne 0,3V over 1500 ohm betyr at omtrent 0,2 mA samlerstrøm vil strømme gjennom transistoren, i ro. Denne forspenningsstrømmen strømmer også gjennom 10K R3-motstanden, der den gir opphav til en spenning på 2V. Så utgangen fra Q1 er forspent omtrent 2V under 9V kraftstang.

• C2: Denne kondensatoren omgår R4-motstanden for vekselstrømssignaler. R4-motstanden har effekten av tilbakemelding. Den forsterkede strømmen passerer gjennom R4 og utvikler en spenning, og Q1 rir på toppen av denne spenningen. Spenningen som forsterkes er forskjellen mellom inngangen og emitteren. Så R4 gir negativ tilbakemelding, noe som reduserer gevinsten. Ved å introdusere C2, blir vi kvitt denne tilbakemeldingen for vekselstrømssignaler. AC-signaler opplever ikke negativ tilbakemelding, og derfor er forsterkningen mye høyere for disse signalene. R3 og R4 gir en stabil DC-forspenning for Q1, og C2 «cheats» rundt den, og skaper en høyere forsterkning for AC, slik at forsterkeren har en større sving rundt forspenningspunktet (som, husker, er omtrent 2V under strømskinnen ). Det kreves mye spenningsforsterkning fordi mikrofoner sender ut et ganske lite signal, og all forsterkningen blir gjort av ett trinn.

• Q2: Denne transistoren er satt opp som en nåværende forsterkende emitter-follower scene. Merk at det ikke er noen belastningsmotstand som ligner på R3 i forrige trinn. I stedet blir utgangen tatt fra toppen av emittermotstanden R5.

• R5: Det som skjer her er at toppen av motstanden R5 følger spenningen som påføres basen av Q2 . Det er ganske enkelt den spenningen, minus 0,7V. Når spenningen ved basen svinger, går spenningen på toppen av motstanden R5 gjennom samme sving.Denne spenningen påføres høyttaleren gjennom C3.

• C3: En annen blokkeringskondensator. Det forhindrer at DC strømmer inn i høyttaleren, noe som vil skade høyttaleren og også føre til at mye mer forspenningsstrøm strømmer gjennom Q2, siden høyttalerens impedans er mye lavere enn R5.

• C2: Dette er en kondensator for frakobling av strømforsyning. Flere steder i kretsen returnerer vekselstrømssignaler til strømforsyningen enten gjennom 9V-skinnen eller gjennom felles retur (bakken). Disse strømene kan utvikle en spenning over den interne impedansen til strømforsyningen. C2 gir en kortslutning for disse vekselstrømssignalene. Uten frakobling av strømforsyningen kan strømvariasjoner i Q2 strømme tilbake til Q1-trinnet og gi svingninger. strømforsyningen, slik som strømforsyningsryper, påvirker kretsen. En annen måte å se på den er at kondensatoren gir strøm som svar på plutselige krav fra 2. kvartal.

Q2-trinnet er nødvendig fordi det, selv om det ikke forsterker spenning, forsterker det fordi den er i stand til å levere mer strøm enn Q1. Q1 har lastmotstand R3, noe som gir den en ganske høy utgangsimpedans. Hvis høyttaleren var koblet til Q1-trinns utgang, ville knapt noen lyd komme ut av den fordi Q1-trinnet ikke kan opprettholde spenningen til bare en 8 ohm belastning. Q2 har ingen kollektormotstand, og utgangsimpedansen er derfor lav. Strømfluktasjoner flyter fritt fra strømforsyningen, gjennom transistorens kollektor og over C3 til høyttaleren.

Q1-trinnet er nødvendig fordi et nåværende drivtrinn som det som er bygget rundt Q2 ikke har noen spenningsforsterkning. Q2-scenen alene kunne ta spenningen fra mikrofonen og sette den over høyttaleren. Nå ville det være bedre enn å koble mikrofonen direkte til høyttaleren, fordi mikrofonen ville være isolert fra å drive høy impedansen til høyttaleren. Men til tross for det, ville det ganske enkelt ikke være høyt nok. Å få en rimelig høy lyd ut av høyttaleren krever et mye høyere spenningsnivå.

Jobbene med å forsterke spenningen, og deretter forsterke strømmen som gjør at den spenningen kan settes over en lavimpedansbelastning som høyttaler, implementeres best hver for seg.

Kommentarer

• Bare et raskt pedantisk notat om R5, C3 og høyttaleren. For signaler ser emitteren » » den parallelle kombinasjonen av R5 og høyttalerimpedansen (forutsatt at impedansen til koblingen C3 er ubetydelig for signaler). Siden høyttalerimpedansen er relativt liten, sett fra et signalperspektiv, er R5 effektivt » ikke der «. Med andre ord blir R5, som R4, effektivt forbigått for signaler. Fra et vekselstrømsanalyseperspektiv ser Q1 ‘ s emitter bakken og Q2 ‘ s emitter ser litt mindre enn 8 ohm. Så det ‘ er ikke helt riktig å si at utgangsspenningen påføres høyttaleren gjennom C3.

BJT-transistoren er en strømforsterker når basens emitterspenning er 0,6 ~ 0,7V som et diodefall. Samlerbasen er også en diode, men er bare lett dopet og reversert forspent for å fungere som en basestrømstyrt strømforsterker. Vi bruker imepdance for å konvertere strøm til spenningsforsterkning i første trinn, og det andre trinnet er behov for å forsterke strømmen for å drive høyere effekt (lav resistiv) belastning.

Det første trinnet vi kaller «H-forspent» da det ligner skjematisk, der det to inngangsbaserte reistorforholdet setter basen, da er emitterspenningen 0,65V lavere og dermed kan emitterens likestrøm forutsies fra hFE.

Fra samler / emitter-forholdet er det mer fall på samleren, så for den samme strømmen er det nå en spenningsforsterkning for DC så vel som AC. MEN siden emitterkondensatoren gir en mye lavere «impedans: Dette forholdet for vekselstrøm er mye høyere og er begrenset av den interne emittermotstanden (ikke vist i skjematisk). Vi kan estimere spenningsforsterkningen ved å se på spesifikasjonene og estimere den interne motstanden for Re. Dette fungerer bra for små inngangssignaler mindre enn 10% av Vbe-fallet, siden for AC tillater ikke emitterhetten mye spenningssvingning. 100mV max er allerede forvrengt ganske mye. Så vi konverterer spenning til strøm med impedans (V = I * R) og dermed bruke kollektorutgangsforsterkningsspenningen med impedansforhold og strømforsterkning av transistoren.

I 2. trinn er det ren strømforsterkning og vekselspenningen på emitteren samsvarer med base så lenge Vbe holder seg på 0,6 ~ 0,7Vdc. Å legge for mye (for lav verdi) av en belastning som 8 ohm vil ikke fungere på en 1Kohm emitterforspenning og vil mislykkes.

Hvorfor? Fordi transistoren styrer faktisk strømmen ved å trekke opp til forsyningen.Motstanden må trekkes ned for at forsterkeren skal være toveis for vekselstrømssignaler. Uten emittermotstand til jording vil emitterspenningen bare flyte ved maksimal vekselstrøm som en positiv toppdetektor.

Dermed bruker vanlige høyttalerforsterkere komplementære parutgangsskjemaer med PNP- og NPN-enheter.

Denne simulator gjør det mulig å endre hvilken som helst verdi og sonde spenning, strøm & effekt.

Siden kollektormotstanden er omtrent den samme som inngangsmotstanden, sier vi at den er mer en spenningsforsterker, mens den andre scene med emitterutgang er en strømforsterker med < enhetsspenningsforsterkning. AC-belastningen må ikke være < enn DC-motstanden.

Sidekommentar: setter 2 komplementære (i serie) emitterfølgere (NPN, PNP for + PNP deretter gjør NPN for -ve) med store motstander og store kondensatorer en null-offset vekselstrømsdetektor.

Mitt brede og nybegynnersvar: Den første fasen er en «klasse A» forsterker som gir noe spenningsforsterkning. Denne forsterkningen er proporsjonal med transistoren beta. Det andre trinnet er en emitterfølger, og det er i utgangspunktet bare å øke strømmen: den er spenningsforsterkning på omtrent 1, men den lar deg kjøre belastningen på høyttaleren uten å påvirke første trinn. Emitterfølgeren, også kjent som vanlig samler , har en stor utgangsimpedens på omtrent \ $ \ beta * R_ {load} \ $ og en lav utgangsimpedens på ca \ $ R_ {load} \ $ parallelt med \ $ R_ {input} / \ beta \ $.

Kommentarer

• jeg forstår fortsatt ikke andre trinn, hvorfor er det nødvendig?
• fordi du kan ‘ t koble 8 Ohm belastningen direkte til første trinn, siden det ikke er et » effekt » trinn, men det gir bare spenningsforsterkningen.
• Du kan ikke koble til en AC-koblet belastning lavere enn DC Re-verdien heller.
• @FlorianOtt, utgangsimpedansen til det første trinnet er omtrent 10k Ohms. Hvis du kobler høyttaleren (med seriekondensator) direkte til utgangen fra første trinn, over 99% av spenningsøkningen går tapt på grunn av spenningsdeling. Det andre trinnet presenterer en relativt høy impedans til det første trinnet og har en relativt lav utgangsimpedans. Et slikt trinn kalles ofte en » bufferforsterker «: en.wikipedia. org / wiki / Buffer_amplifier # Voltage_buffer

«Stage» i en forsterker betyr » aktiv enhet (her, en transistor) sammen med alle dens støttekretser «. Så dette er en 2-trinns forsterker. Gitt det, ta en gang til …

Mikrofonens utgang er en veldig liten varians i spenning. Spenningsdeleren forstyrrer dette oppover, slik at den er sentrert rundt 0,9 V. Det er nok til å slå på den første transistoren til sin «lineære» region, hvor strømmen som strømmer vertikalt (gjennom 10k motstanden) er et multiplum av strømmen inn gjennom basen. Det gir et invertert, forsterket signal. Den andre transistoren forsterker den ytterligere.

(«må analysere» – er dette et leksespørsmål?)

Kommentarer

• Nei, den andre fasen inverterer ikke.
• så hvis bare den første fasen inverterer er utgangen invertert? har dette noen effekt på lyden?
• Fjernet feilaktig inversjon.

men jeg kan ikke finne ut hva det andre trinnet er eller hvordan det fungerer? I hvilket trinn skjer forsterkningen?

Sikker på at du kan finne ut av det, trenger du bare litt hjelp.

Hvis du husker at base-emitter-spenningen til en transistor som opererer i det aktive området er nesten konstant, så kan du finne ut at den andre transistoren ikke kan være en spenningsforsterker; signalspenningen på emitteren er nesten den samme som signalspenningen på basen.

Så må spenningsforsterkningen skyldes 1. transistorkrets. Denne transistoren er konfigurert som en klassisk vanlig emitterforsterker .

Årsaken til 2. transistorkrets er kanskje ikke umiddelbart åpenbar men det er faktisk avgjørende for riktig drift av denne forsterkeren.

Høyttaleren har en veldig lav impedansbelastning. For betydelig spenningsforsterkning må samleren til den første transistoren være koblet til relativt høy impedans ettersom forsterkningen er proporsjonal med denne impedansen.

Hvis du kobler høyttaleren (gjennom koblingskondensatoren) direkte til kollektoren til den første transistoren, er høyttalerens impedans parallelt med kollektormotstanden, slik at kollektoren nå er koblet til en veldig lav impedans og dermed faller spenningsforsterkningen til nesten null.

Imidlertid er den andre transistoren konfigurert som en vanlig samlerforsterker som fungerer som en spenningsbuffer . I hovedsak, når vi ser inn i basen til den andre transistoren, multipliseres 8 ohm høyttalerimpedansen med beta (pluss 1) til den andre transistoren.

Hvis betaen er 100, «ser» høyttalerimpedansen 101 ganger større ut gjennom basen, så ved å koble basen til den andre transistoren til kollektoren til den første transistoren, er det fremdeles mulig å øke spenningen fra Første trinn.

Kommentarer

• Litt sent til festen, men det ser ut til at inngangsimpedensen til høyttaleren vil være rundt 800 ohm, så w på ‘ t det meste av spenningen sitter på 10k-motstanden? Ser for meg ut som om dette ikke ‘ ikke vil forsterke noe.
• @Vrisk, nei, du ‘ re ikke tenker riktig på det. Fra et AC-lite signalperspektiv er 10k kollektormotstanden (i det vesentlige) i parallell med 800 ohm i stedet for i serie, så ingen spenningsinndeling.
• Ah ser jeg, men hva med 1k motstanden på utgangstransistoren, jeg tror ikke ‘ t tror at utgangskondensatoren vil være i stand til å skyve mye strøm gjennom den (.5 ampere gjennom 1k motstand for 4 volt på negativ halv syklus?)

Det høyest stemte svaret her er tilstrekkelig, men jeg vil legge til en kommentar som utgangsmotstanden (R5), som også er kjent som «Re» for «emittermotstanden» i spenningsfølgerkretsen, er for stor.

Dette er problemet med klasse A-forsterkere (emitterfølgeren du har) er at utgangsstrømmen vil være lik forspenningsstrømmen. I utgangspunktet siden belastningen din er vekselstrøm kombinert med utgangskondensatoren, og belastningen din er 8 ohm, må R5 også være 8 ohm, ellers vil ikke transistoren kunne gi deg nok negativ sving for å være symmetrisk.

Hvis du endrer R5 til 8 ohm, vil det spre mye strøm. Så hvis du er DC-forspent ved 6V (6 / 8ohms = 0,75), så er effekten 4,5Watt … slik at motstanden blir veldig varm. Det andre alternativet er å ikke koble vekselstrømmen, men de fleste høyttalere kan ikke håndtere likestrøm, så dette er egentlig ikke et alternativ. Jeg ville bare nevne dette fordi dette er et vanlig problem med klasse A forsterkeropplæring og skjemaer på internett – det fungerer ikke hvis du simulerer det i LT krydder fordi Re må matche belastningen.