Funkcja wzmacniacza BJT głośników

Umieśćmy na diagramie jakieś oznaczenia odsyłaczy do części.

Zawsze numeruj wszystkie części. Wtedy łatwo jest omówić diagram. Zamiast „rezystora emiterowego drugiego tranzystora” mówimy po prostu R5.

• C1: Jest to kondensator sprzęgający, który umożliwia przejście sygnału AC, ale blokuje DC. Chroni cewkę mikrofonu przed otrzymywaniem prądu stałego z obwodu polaryzacji wzmacniacza i chroni obwód polaryzacji wzmacniacza przed zakłóceniami przez impedancję mikrofonu. C1 przekazuje wahania napięcia z mikrofonu, nakładając je na napięcie polaryzacji między R1 i R2.

• R1 i R2: Te rezystory tworzą dzielnik napięcia, ustalając polaryzację dzielnika napięcia dla bazy tranzystora Q1. Z zasilacza 9V , R2 rozwinie się około 1V. To wystarczy, aby przesunąć do przodu złącze bazowe Q1, włączając tranzystor.

• Q1: Ten BJT jest sercem pierwszego wzmocnienia stopień, wzmacniacz napięcia ze wspólnym emiterem (CE). Jego zadaniem jest przekształcanie zmian prądu bazowego spowodowanych zmianami napięcia mikrofonu docierającego do C1 na zmiany prądu w obwodzie kolektor-emiter R3, R4 i C2.

• R3: To jest rezystor obciążający dla stopnia wzmocnienia napięcia CE. Wahania prądu kontrolowane przez Q1 powodują, że R3 wytwarza napięcie. To napięcie jest wyjściem stopnia Q1, bezpośrednio przenoszonym do podstawy Q2. Napięcie jest odwracane w stosunku do sygnału mikrofonu. Kiedy sygnał zmienia się na plus, przez R3 przepływa więcej prądu, powodując większy spadek napięcia. Górna część R3 jest przypięta do szyny zasilającej 9 V, więc większy spadek napięcia oznacza, że spód R3 kołysze się bardziej ujemnie.

• R4: Ten rezystor emiterowy zapewnia sprzężenie zwrotne w celu ustabilizowania polaryzacji DC Q1. Odchylenie zapewniane przez R1 i R2 włącza Q1 przy napięciu około 1V, o którym mowa powyżej. Powoduje to przepływ prądu przez tranzystor. Ten prąd powoduje napięcie w R4. Tranzystor „jedzie” na tym napięciu. Więc napięcie przeciwstawia się 1V odchylenia. Zgodnie z pewną zasadą kciuka, R4 rozwinie się około 0,3 V, co jest napięciem, które pozostaje, gdy weźmiemy napięcie polaryzacji 1 V między R1 i R2 i odejmiemy spadek napięcia baza-emiter o 0,7 V. To 0,3 V powyżej 1500 omów oznacza, że około 0,2 mA prądu kolektora przepłynie przez tranzystor w stanie spoczynku. Ten prąd polaryzacji przepływa również przez rezystor 10K R3, gdzie powoduje powstanie napięcia 2V. Zatem wyjście Q1 jest polaryzowane około 2 V poniżej szyny zasilającej 9 V.

• C2: Ten kondensator omija rezystor R4 dla sygnałów AC. Rezystor R4 ma efekt sprzężenia zwrotnego. Wzmocniony prąd przepływa przez R4 i wytwarza napięcie, a Q1 jedzie na szczycie tego napięcia. Wzmacniane napięcie jest różnicą między wejściem a emiterem. Zatem R4 zapewnia ujemne sprzężenie zwrotne, które zmniejsza wzmocnienie. Wprowadzając C2, pozbywamy się tego sprzężenia zwrotnego dla sygnałów AC. Sygnały AC nie mają ujemnego sprzężenia zwrotnego, więc wzmocnienie tych sygnałów jest znacznie wyższe. R3 i R4 zapewniają stabilne odchylenie DC dla Q1, a C2 „oszukuje” wokół niego, tworząc większe wzmocnienie dla AC, dzięki czemu wzmacniacz ma szerszy ruch wokół punktu odchylenia (który, przypomnijmy, znajduje się około 2 V poniżej szyny zasilającej ). Potrzeba dużego wzmocnienia napięcia, ponieważ mikrofony generują raczej mały sygnał, a całe wzmocnienie odbywa się na jednym etapie.

• P2: Ten tranzystor jest skonfigurowany jako obecny wzmacniający etap popychacza emiterów . Zauważ, że nie ma rezystora obciążenia podobnego do R3 na poprzednim etapie. Zamiast tego sygnał wyjściowy jest pobierany z górnej części rezystora emiterowego R5.

• R5: Co się tutaj dzieje, to górna część rezystora R5 podąża za napięciem przyłożonym do podstawy Q2 . To po prostu to napięcie minus 0,7 V. Gdy waha się napięcie na podstawie, napięcie na górze rezystora R5 przechodzi przez tę samą zmianę.To napięcie jest doprowadzane do głośnika przez C3.

• C3: Kolejny kondensator blokujący. Zapobiega przedostawaniu się prądu stałego do głośnika, co mogłoby uszkodzić głośnik, a także spowodować przepływ dużo większego prądu polaryzacji przez Q2, ponieważ impedancja głośnika jest znacznie niższa niż w przypadku R5.

• C2: Jest to kondensator odsprzęgający zasilanie. W kilku miejscach w obwodzie sygnały AC wracają do zasilacza przez szynę 9 V lub przez wspólny powrót (masę). Prądy te mogą tworzyć napięcie na wewnętrznej impedancji zasilacza. C2 zapewnia zwarcie dla tych sygnałów prądu przemiennego. Bez odsprzęgania zasilacza zmiany prądu w Q2 mogłyby wrócić do stopnia Q1, powodując oscylacje. C2 pomaga również zapobiegać szumom rozproszonym wpływ na obwód zasilania, na przykład tętnienie zasilania. Innym sposobem spojrzenia na to jest to, że kondensator dostarcza prąd w odpowiedzi na nagłe zapotrzebowanie Q2.

Stopień Q2 jest potrzebny, ponieważ chociaż nie wzmacnia napięcia, to wzmacnia moc ponieważ jest w stanie dostarczyć więcej prądu niż Q1. Q1 ma rezystor obciążający R3, który nadaje mu dość wysoką impedancję wyjściową. Gdyby głośnik był podłączony do wyjścia stopnia Q1, prawie żaden dźwięk nie wydobywałby się z niego, ponieważ stopień Q1 nie może utrzymać swojego napięcia przy obciążeniu zaledwie 8 omów. Q2 nie ma rezystora kolektora, więc impedancja wyjściowa jest niska. Wahania prądu przepływają swobodnie z zasilacza, przez kolektor tranzystora i przez C3 do głośnika.

Stopień Q1 jest potrzebny, ponieważ obecny stopień napędowy, taki jak ten zbudowany wokół Q2, nie ma żadnego wzmocnienie napięcia. Sam stopień Q2 mógłby pobrać napięcie z mikrofonu i skierować je na głośnik. Teraz byłoby lepiej niż podłączenie mikrofonu bezpośrednio do głośnika, ponieważ mikrofon byłby odizolowany od napędzania niskiej impedancji głośnika. Ale mimo to po prostu nie byłby wystarczająco głośny. Uzyskanie rozsądnie głośnego dźwięku z głośnika wymaga znacznie wyższego poziomu napięcia.

Zadania polegające na wzmacnianiu napięcia, a następnie wzmacnianiu prądu, który umożliwia doprowadzenie tego napięcia do obciążenia o niskiej impedancji, takiego jak głośnik najlepiej stosować osobno.

Komentarze

• Tylko krótka, pedantyczna uwaga na temat R5, C3 i głośnika. W przypadku sygnałów emiter ” widzi ” równoległą kombinację R5 i impedancji głośnika (zakładając, że impedancja złącza C3 jest nieistotna dla sygnały). Ponieważ impedancja głośnika jest stosunkowo mała, z punktu widzenia sygnału, R5 jest w rzeczywistości ” nieobecny „. Innymi słowy, R5, podobnie jak R4, jest skutecznie pomijane dla sygnałów. Z punktu widzenia analizy AC, emiter Q1 ' widzi uziemienie, a emiter Q2 ' widzi nieco mniej niż 8 omów. Dlatego ' nie jest do końca poprawne stwierdzenie, że napięcie wyjściowe jest doprowadzane do głośnika przez C3.

Tranzystor BJT jest wzmacniaczem prądu, gdy napięcie bazowego emitera wynosi 0,6 ~ 0,7 V, jak na diodzie. Podstawa kolektora jest również diodą, ale jest tylko lekko domieszkowana i spolaryzowana odwrotnie, aby działać jako wzmacniacz prądu sterowany prądem bazowym. Imepdance używamy do zamiany prądu na wzmocnienie napięcia w pierwszym stopniu, a drugi stopień wymaga wzmocnienia prądu, aby napędzać obciążenia o większej mocy (o niskiej rezystancji).

Pierwszy etap nazywamy „polaryzacją H”, ponieważ przypomina schemat, w którym stosunek rezystora podstawowego na 2 wejściach ustawia podstawę, a następnie napięcie emitera jest niższe o 0,65 V, a zatem prąd stały emitera można przewidzieć na podstawie hFE.

Ze stosunku kolektor / emiter jest większy spadek na kolektorze, więc dla tego samego prądu występuje teraz wzmocnienie napięcia zarówno dla prądu stałego, jak i prądu przemiennego. ALE ponieważ kondensator emitera zapewnia znacznie niższą impedancję: ten stosunek dla prądu przemiennego jest znacznie wyższy i jest ograniczony przez wewnętrzną rezystancję emitera (nie pokazano na schemacie). dla Re. Działa to dobrze dla małych sygnałów wejściowych mniejszych niż 10% spadku Vbe, ponieważ dla prądu przemiennego nasadka emitera nie pozwala na duże wahania napięcia. 100mV max jest już dość mocno zniekształcone. Więc konwertujemy napięcie na prąd z impedancją (V = I * R), a więc używając wyjściowego napięcia kolektora wzmacniającego ze stosunkiem impedancji i wzmocnieniem prądowym tranzystora.

W drugim stopniu jest to czysty wzrost prądu, a napięcie AC na emiterze jest zgodne z tak długo, jak Vbe pozostaje na poziomie 0,6 ~ 0,7 V DC. Wprowadzenie zbyt dużej (zbyt małej wartości) obciążenia, takiego jak 8 omów, nie zadziała przy obciążeniu emitera 1 kilooma i zawiedzie.

Dlaczego? Ponieważ tranzystor faktycznie kontroluje prąd przez podciągnięcie do źródła zasilania.Rezystor musi być obniżony, aby wzmacniacz był dwukierunkowy dla sygnałów AC. Bez rezystora emitera do uziemienia, napięcie emitera po prostu unosiłoby się przy maksymalnym napięciu AC, jak poitive szczyt detektor.

W ten sposób popularne wzmacniacze głośnikowe używają komplementarnych schematów wyjściowych par z urządzeniami PNP i NPN.

Ten symulator umożliwia zmianę dowolnej wartości i napięcie sondy, prąd & moc.

Ponieważ rezystancja kolektora jest mniej więcej taka sama jak rezystancja wejściowa, mówimy, że jest to raczej wzmacniacz napięcia, podczas gdy drugi stopień z wyjściem emitera to wzmacniacz prądowy ze wzmocnieniem napięciowym <. Obciążenie AC nie może być < niż rezystor DC.

Komentarz boczny: umieszczenie 2 uzupełniających się (szeregowo) obserwatorów emitera (NPN, PNP dla + PNP następnie NPN for -ve) z dużymi rezystorami i dużymi kondensatorami tworzy detektor szczytów AC z zerowym przesunięciem.

Mój szeroki i odpowiedź początkującego: Pierwszy stopień to wzmacniacz „klasy A”, który zapewnia pewien wzrost napięcia. Wzmocnienie to jest proporcjonalne do tranzystora beta. Drugi stopień to popychacz emitera i po prostu zwiększa prąd: jego wzmocnienie napięcia wynosi około 1, ale pozwala sterować obciążeniem głośnika bez wpływu na pierwszy stopień. Popychacz emitera znany również jako wspólny kolektor , ma dużą impedancję wyjściową około \ $ \ beta * R_ {obciążenie} \ $ i niską impedancję wyjściową około \ $ R_ {obciążenie} \ $ równolegle z \ $ R_ {wejście} / \ beta \ $.

Komentarze

• Wciąż nie rozumiem drugiego etapu, dlaczego jest on potrzebny?
• ponieważ możesz ' t podłączyć obciążenie 8 Ohm bezpośrednio do pierwszego stopnia, ponieważ nie jest to stopień ” „, ale zapewnia tylko wzmocnienie napięcia.
• Nie można również podłączyć obciążenia sprzężonego AC niższego niż wartość DC Re.
• @FlorianOtt, impedancja wyjściowa pierwszego stopnia wynosi około 10k om. Jeśli podłączysz głośnik (z kondensatorem szeregowym) bezpośrednio do wyjścia pierwszego stopnia, ponad 99% wzmocnienia napięciowego jest tracone z powodu podziału napięcia. Drugi stopień ma stosunkowo wysoką impedancję do pierwszego stopnia i ma stosunkowo niską impedancję wyjściową. Taki stopień jest powszechnie nazywany ” wzmacniaczem buforowym „: en.wikipedia. org / wiki / Buffer_amplifier # Voltage_buffer

„Stage” we wzmacniaczu oznacza „ urządzenie aktywne (tutaj tranzystor) wraz z całym jego obwodem pomocniczym ”. Więc to jest wzmacniacz 2-stopniowy. Biorąc to pod uwagę, spróbuj jeszcze raz …

Sygnał wyjściowy mikrofonu to bardzo mała wariancja w napięciu. Dzielnik napięcia przesuwa go w górę, więc jest wyśrodkowany w okolicach 0,9 V. To wystarczy, aby włączyć pierwszy tranzystor do jego obszaru „liniowego”, w którym prąd płynący pionowo (przez rezystor 10k) jest wielokrotnością prądu płynącego przez podstawę. Daje to odwrócony, wzmocniony sygnał. Drugi tranzystor wzmacnia go dalej.

(„trzeba analizować” – czy to jest zadanie domowe?)

Komentarze

• Nie, drugi stopień nie jest odwracany.
• więc jeśli tylko pierwszy stopień odwraca, to wyjście jest odwrócone? czy ma to jakiś wpływ na dźwięk?
• Usunięto błędną inwersję.

, ale nie mogę „dowiedzieć się, co to jest drugi etap ani jak działa? Na którym etapie ma miejsce wzmocnienie?

Pewnie, że możesz to rozgryźć, potrzebujesz tylko małej pomocy.

Jeśli przypomnisz sobie, że napięcie bazy-emiter tranzystora pracującego w aktywnym obszarze jest prawie stałe, wtedy możesz dowiedzieć się, że drugi tranzystor nie może być wzmacniaczem napięcia; napięcie sygnału na nadajniku jest prawie takie samo jak napięcie sygnału na podstawie.

Zatem wzmocnienie napięcia musi być spowodowane Pierwszy obwód tranzystora. Ten tranzystor jest skonfigurowany jako klasyczny wzmacniacz ze wspólnym emiterem .

Przyczyna drugiego obwodu tranzystora może nie być od razu oczywista ale tak naprawdę jest kluczowy dla prawidłowego działania tego wzmacniacza.

Głośnik ma bardzo niską impedancję. Aby uzyskać znaczny przyrost napięcia, kolektor pierwszego tranzystora musi być podłączony do stosunkowo dużej impedancji, ponieważ wzmocnienie jest proporcjonalne do tej impedancji.

Jeśli podłączysz głośnik (przez kondensator sprzęgający) bezpośrednio do kolektora pierwszego tranzystora, impedancja głośnika jest równoległa do rezystora kolektora, więc kolektor jest teraz podłączony do bardzo niskiej impedancji a tym samym wzmocnienie napięcia spada prawie do zera.

Jednak drugi tranzystor jest skonfigurowany jako wspólny wzmacniacz kolektorowy , który działa jako bufor napięciowy . Patrząc na podstawę drugiego tranzystora, impedancja głośnika 8 omów jest mnożona przez wartość beta (plus 1) drugiego tranzystora.

Jeśli beta wynosi 100, impedancja głośnika „wygląda” na 101 razy większą w podstawie, więc podłączając bazę drugiego tranzystora do kolektora pierwszego tranzystora, możliwe jest jeszcze pewne wzmocnienie napięcia z 1. etap.

Komentarze

• Trochę spóźniony na imprezę, ale wygląda na to, że impedancja wejściowa głośnika będzie wynosić około 800 omów, więc w na ' czy większość napięcia znajduje się na rezystorze 10k? Wydaje mi się, że to nie ' nie wzmocni niczego.
• @Vrisk, nie, ty ' re nie myślę o tym poprawnie. Z perspektywy małego sygnału prądu przemiennego rezystor kolektorowy 10k jest (zasadniczo) równoległy z 800 omami, a nie szeregowo, więc nie ma podziału napięcia.
• Ah, widzę, ale A co z rezystorem 1k na tranzystorze wyjściowym, nie ' myślę, że kondensator wyjściowy będzie w stanie przepchnąć przez niego dużo prądu (0,5 ampera przez rezystor 1k dla 4 woltów na ujemnym pół cyklu?)

Najwyższa głosowana odpowiedź jest wystarczająca, ale chcę dodać komentarz, który rezystor wyjściowy (R5), znany również jako „Re” dla „rezystora emiterowego” w obwodzie wtórnika napięcia, jest zbyt duży.

Jest to problem ze wzmacniaczami klasy A (popychacz emiterów) polega na tym, że prąd wyjściowy będzie równy prądowi polaryzacji. Zasadniczo, ponieważ obciążenie jest sprzężone prądem zmiennym z kondensatorem wyjściowym, a obciążenie wynosi 8 omów, R5 również będzie musiało mieć 8 omów, w przeciwnym razie tranzystor nie będzie w stanie zapewnić wystarczającego wychylenia ujemnego, aby był symetryczny.

Zmiana R5 na 8 omów spowoduje rozproszenie dużej mocy. Więc jeśli zmienisz polaryzację DC na 6 V (6 / 8ohm = 0,75), więc moc wynosi 4,5 W … więc rezystor bardzo się nagrzeje. Inną opcją jest odłączenie obciążenia AC, ale większość głośników nie radzi sobie z prądem stałym, więc tak naprawdę nie jest to opcja. Chciałem tylko o tym wspomnieć, ponieważ jest to częsty problem z samouczkami i schematami wzmacniaczy klasy A w Internecie – nie zadziała, jeśli zasymulujesz go w spice LT, ponieważ Re musi dopasować obciążenie.