Função do amplificador BJT do alto-falante

Vamos colocar alguns designadores de referência de peça em seu diagrama.

Sempre numere todas as peças. Então é fácil discutir o diagrama. Em vez de “o resistor emissor do segundo transistor”, dizemos apenas R5.

• C1: Este é um capacitor de acoplamento que permite que o sinal AC passe, mas bloqueia DC. Ele protege a bobina do microfone de receber uma corrente DC do circuito de polarização do amplificador e protege o circuito de polarização do amplificador de ser perturbado pela impedância do microfone. C1 transmite as flutuações de voltagem do microfone, sobrepondo-as ao tensão de polarização entre R1 e R2.

• R1 e R2: Esses resistores formam um divisor de tensão, estabelecendo uma polarização do divisor de tensão para a base do transistor Q1. De uma fonte de alimentação de 9 V , R2 desenvolverá cerca de 1V. Isso é suficiente para polarizar a junção de base de Q1, ligando o transistor.

• Q1: Este BJT é o coração da primeira amplificação estágio, um amplificador de tensão de emissor comum (CE). Sua função é transformar as variações na corrente de base causadas pelas variações de tensão do microfone que chegam em C1 em variações de corrente através do circuito coletor-emissor R3, R4 e C2.

• R3: Este é o resistor de carga para o estágio de amplificação de tensão CE. Variações na corrente controladas por Q1 fazem com que R3 desenvolva uma tensão. Essa tensão é a saída do estágio Q1, diretamente transportada para a base de Q2. A tensão é invertida em relação ao sinal do microfone. Quando o sinal oscila positivo, mais corrente flui por R3, desenvolvendo uma queda de tensão maior. A parte superior do R3 é presa ao barramento de alimentação de 9 V, portanto, mais queda de tensão significa que a parte inferior do R3 oscila mais negativa.

• R4: Este resistor do emissor fornece feedback para estabilizar a polarização DC de Q1. A polarização fornecida por R1 e R2 liga Q1 usando uma voltagem de cerca de 1 V, mencionada acima. Isso faz com que a corrente flua através do transistor. Esta corrente causa uma tensão em R4. O transistor “anda” nesta tensão. Portanto, a tensão se opõe a 1V de polarização. De acordo com alguns cálculos de regra, R4 desenvolverá cerca de 0,3 V, que é a tensão que sobra quando pegamos a tensão de polarização de 1 V entre R1 e R2 e subtraímos a queda de tensão do emissor de base de 0,7 V. Este 0,3 V acima de 1500 ohms significa que cerca de 0,2 mA de corrente do coletor fluirá através do transistor, em quiescência. Essa corrente de polarização também flui através do resistor R3 de 10K, onde dá origem a uma tensão de 2V. Portanto, a saída de Q1 é polarizada aproximadamente 2 V abaixo do barramento de alimentação de 9 V.

• C2: Este capacitor ignora o resistor R4 para sinais AC. O resistor R4 tem efeito de feedback. A corrente amplificada passa por R4 e desenvolve uma voltagem, e Q1 monta em cima dessa voltagem. A voltagem amplificada é a diferença entre a entrada e o emissor. Portanto, R4 fornece feedback negativo, o que reduz o ganho. Ao introduzir C2, eliminamos esse feedback para sinais CA. Os sinais CA não apresentam feedback negativo e, portanto, o ganho é muito maior para esses sinais. R3 e R4 fornecem uma polarização DC estável para Q1, e C2 “trapaceia” em torno dele, criando um ganho maior para AC, de modo que o amplificador tenha uma oscilação mais ampla em torno do ponto de polarização (que, lembre-se, está cerca de 2V abaixo do barramento de alimentação ) É necessário muito ganho de voltagem porque os microfones emitem um sinal bastante pequeno e toda a amplificação está sendo feita por um único estágio.

• P2: Este transistor é configurado como um estágio emissor-seguidor de amplificação atual. Observe que não há resistor de carga semelhante a R3 no estágio anterior. Em vez disso, a saída é obtida do topo do resistor emissor R5.

• R5: O que acontece aqui é que o topo do resistor R5 segue a tensão aplicada à base de Q2 . É simplesmente aquela tensão, menos 0,7V. Conforme a tensão na base oscila, a tensão no topo do resistor R5 passa pela mesma oscilação.Essa tensão é aplicada ao alto-falante por meio de C3.

• C3: Outro capacitor de bloqueio. Ele evita que a CC entre no alto-falante, o que danificaria o alto-falante e também faria com que muito mais corrente de polarização flua através do Q2, uma vez que a impedância do alto-falante é muito mais baixa do que a do R5.

• C2: Este é um capacitor de desacoplamento da fonte de alimentação. Em vários locais do circuito, os sinais CA retornam à fonte de alimentação através do barramento de 9 V ou através do retorno comum (terra). Essas correntes podem desenvolver um tensão através da impedância interna da fonte de alimentação. C2 fornece um curto-circuito para esses sinais CA. Sem o desacoplamento da fonte de alimentação, as variações de corrente em Q2 poderiam realimentar o estágio Q1, dando origem a oscilações. C2 também ajuda a evitar o ruído disperso a fonte de alimentação, como a ondulação da fonte de alimentação, de afetar o circuito. Outra maneira de ver isso é que o capacitor fornece corrente em resposta a demandas repentinas no segundo trimestre.

O estágio Q2 é necessário porque, embora não amplifique a voltagem, amplifica a potência. porque é capaz de fornecer mais corrente do que no primeiro trimestre. Q1 possui resistor de carga R3, o que lhe confere uma impedância de saída bastante alta. Se o alto-falante estivesse conectado à saída do estágio Q1, dificilmente sairia qualquer som porque o estágio Q1 não consegue manter sua tensão em apenas 8 ohms de carga. Q2 não tem resistor coletor e, portanto, a impedância de saída é baixa. As flutuações de corrente fluem livremente da fonte de alimentação, através do coletor do transistor e através do C3 para o alto-falante.

O estágio Q1 é necessário porque um estágio de condução atual como o construído em torno do Q2 não tem nenhum Ganho de tensão. O estágio Q2 sozinho poderia pegar a voltagem do microfone e colocá-la no alto-falante. Agora seria melhor do que conectar o microfone diretamente ao alto-falante, porque o microfone seria isolado de conduzir a baixa impedância do alto-falante. Mas, apesar disso, simplesmente não seria alto o suficiente. Conseguir um som razoavelmente alto do alto-falante requer um nível de voltagem muito mais alto.

O trabalho de amplificar a voltagem e, em seguida, amplificar a corrente que permite que essa voltagem seja colocada em uma carga de baixa impedância, como um alto-falante, são melhor implementados separadamente.

Comentários

• Apenas uma nota pedante rápida sobre R5, C3 e o alto-falante. Para sinais, o emissor ” vê ” a combinação paralela de R5 e a impedância do alto-falante (assumindo que a impedância do acoplamento C3 é insignificante para sinais). Como a impedância do alto-falante é relativamente pequena, de uma perspectiva de sinal, R5 está efetivamente ” lá “. Em outras palavras, R5, como R4, é efetivamente desviado para sinais. De uma perspectiva de análise AC, o emissor Q1 ‘ s vê o solo e o emissor Q2 ‘ s vê um pouco menos de 8 ohms. Portanto, ‘ não é totalmente correto dizer que a tensão de saída é aplicada ao alto-falante por meio de C3.

O transistor BJT é um amplificador de corrente quando a voltagem do emissor básico é 0,6 ~ 0,7 V como uma queda de diodo. A base do coletor também é um diodo, mas é apenas levemente dopada e polarizada reversamente para funcionar como um amplificador de corrente controlada por corrente básica. Usamos a imepdância para converter a corrente em ganho de tensão no primeiro estágio e o segundo estágio é necessário para amplificar a corrente para conduzir cargas de maior potência (baixa resistência).

O primeiro estágio é chamado de “H polarizado”, pois se assemelha ao esquema, onde a relação do reistor de base de 2 entradas define a base, então a tensão do emissor é 0,65 V inferior e, portanto, a corrente CC do emissor pode ser prevista a partir de hFE.

A partir da relação coletor / emissor, há mais queda no coletor, portanto, para a mesma corrente, agora há um ganho de tensão para CC e CA. MAS, uma vez que o capacitor do emissor fornece uma “impedância muito mais baixa: esta relação para CA é muito maior e é limitada pela reistência do emissor interno (não mostrado no esquema). Podemos estimar o ganho de tensão olhando as especificações e estimar a resistência interna para Re. Isso funciona bem para pequenos sinais de entrada com menos de 10% da queda Vbe, uma vez que para CA a tampa do emissor não permite muita oscilação de tensão. 100mV máx. já está bastante distorcido. Portanto, estamos convertendo tensão em corrente com impedância (V = I * R) e, portanto, usando a tensão de amplificação de saída do coletor com relação de impedância e ganho de corrente do transistor.

No 2º estágio é puro ganho de corrente e a tensão CA no emissor corresponde ao base, desde que o Vbe permaneça em 0,6 ~ 0,7 Vcc. Colocar muito (valor muito baixo) de uma carga como 8 ohms não funcionará em uma polarização de emissor de 1Kohm e falhará.

Por quê? Porque o transistor na verdade, controla a corrente puxando para o suprimento.O resistor deve ser puxado para baixo para que o amplificador seja bidirecional para sinais AC. Sem um resistor de emissor para aterrar, a voltagem do emissor apenas flutuaria na voltagem CA máxima como um detector de pico positivo.

Assim, os amplificadores de alto-falante comuns usam esquemas de saída de pares complementares com dispositivos PNP e NPN.

Este simulador permite alterar qualquer valor e tensão da sonda, corrente & potência.

Uma vez que a resistência do coletor é quase igual à reistência de entrada, dizemos que é mais um amplificador de tensão, enquanto o segundo estágio com saída do emissor é um amplificador de corrente com ganho de voltagem unitário <. A carga CA não deve ser < do que o resistor CC.

Comentário lateral: colocando 2 seguidores emissores complementares (em série) (NPN, PNP para + PNP então NPN para -ve) com grandes resistores e grandes capacitores faz um detector de pico AC de deslocamento zero.

Meu amplo e resposta de iniciante: O primeiro estágio é um amplificador “classe A” que fornece algum ganho de voltagem. Este ganho é proporcional ao transistor beta. O segundo estágio é um seguidor de emissor e basicamente apenas aumenta a corrente: seu ganho de tensão é de cerca de 1, mas permite que você conduza a carga do alto-falante sem afetar o primeiro estágio. O seguidor de emissor também conhecido como coletor comum , tem uma grande impedência de saída de cerca de \ $ \ beta * R_ {carga} \ $ e uma baixa impedência de saída de cerca de \ $ R_ {carga} \ $ em paralelo com \ $ R_ {entrada} / \ beta \ $.

Comentários

• eu ainda não entendi muito bem o segundo estágio, por que é necessário?
• porque você pode ‘ conectar a carga de 8 Ohms diretamente ao primeiro estágio, pois não é um estágio ” power “, mas ele apenas fornece o ganho de tensão.
• Você também não pode conectar uma carga AC acoplada abaixo do valor DC Re.
• @FlorianOtt, a impedância de saída do primeiro estágio é de aproximadamente 10k ohms. Se você conectar o alto-falante (com capacitor em série) diretamente à saída do primeiro estágio, mais de 99% do ganho de tensão é perdido devido à divisão de tensão. O segundo estágio apresenta uma impedância relativamente alta para o primeiro estágio e tem uma impedância de saída relativamente baixa. Esse estágio é comumente chamado de ” amplificador de buffer “: en.wikipedia. org / wiki / Buffer_amplifier # Voltage_buffer

“Estágio” em um amplificador significa ” dispositivo ativo (aqui, um transistor) junto com todos os seus circuitos de suporte “. Portanto, este é um amplificador de 2 estágios. Diante disso, tente novamente …

A saída do microfone é uma variação muito pequena em tensão. O divisor de tensão inclina isso para cima, de modo que fique centrado em torno de 0,9 V. Isso é o suficiente para ligar o primeiro transistor em sua região “linear”, onde a corrente fluindo verticalmente (através do resistor de 10k) é um múltiplo da corrente fluindo através da base. Isso produz um sinal amplificado invertido. O outro transistor o amplifica ainda mais.

(“tenho que analisar” – é uma questão de lição de casa?)

Comentários

• Não, o segundo estágio não inverte.
• então, se apenas o primeiro estágio for invertido, a saída será invertida? isso tem algum efeito no áudio?
• Inversão errônea removida.

mas não consigo descobrir o que é o segundo estágio ou como funciona? Em que estágio ocorre a amplificação?

Claro que você pode descobrir, você só precisa de uma ajudinha.

Se você se lembra que a voltagem do emissor de base de um transistor operando na região ativa é quase constante, então você pode descobrir que o segundo transistor não pode ser um amplificador de voltagem; a voltagem do sinal no emissor é quase a mesma que a voltagem do sinal na base.

Portanto, a amplificação da voltagem deve ser devido ao 1º circuito de transistor. Este transistor está configurado como um clássico amplificador emissor comum .

O motivo do segundo circuito de transistor pode não ser imediatamente óbvio mas é, na verdade, crucial para o funcionamento adequado deste amplificador.

O alto-falante tem uma carga de impedância muito baixa. Para ganho de tensão significativo, o coletor do primeiro transistor deve ser conectado a uma impedância relativamente alta, já que o ganho é proporcional a esta impedância.

Se você conectar o alto-falante (através do capacitor de acoplamento) diretamente ao coletor do primeiro transistor, a impedância do alto-falante está em paralelo com o resistor do coletor, então o coletor agora está conectado a uma impedância muito baixa e, portanto, o ganho de voltagem cai para quase zero.

No entanto, o segundo transistor é configurado como um amplificador de coletor comum que atua como um buffer de tensão . Basicamente, olhando para a base do segundo transistor, a impedância do alto-falante de 8 ohms é multiplicada pelo beta (mais 1) do segundo transistor.

Se o beta for 100, a impedância do alto-falante “parece” 101 vezes maior através da base, então, conectando a base do 2º transistor ao coletor do 1º transistor, algum ganho de voltagem ainda é possível do 1º estágio.

Comentários

• Meio atrasado para a festa, mas parece que a impedência de entrada do alto-falante será de cerca de 800 ohms, então w em ‘ t a maior parte da voltagem está no resistor de 10k? Parece-me que isso não vai ‘ ampliar nada.
• @Vrisk, não, você ‘ re não pensando sobre isso corretamente. De uma perspectiva de sinal AC fraco, o resistor do coletor de 10k está (essencialmente) em paralelo com 800 ohms em vez de em série, então não há divisão de tensão.
• Ah, entendo, mas e quanto ao resistor de 1k no transistor de saída, não ‘ acho que o capacitor de saída será capaz de empurrar muita corrente através dele (0,5 amperes através do resistor de 1k para 4 volts em negativo meio ciclo?)

A resposta com maior votação aqui é suficiente, mas quero adicionar um comentário que o resistor de saída (R5), também conhecido como “Re” para o “resistor emissor” em seu circuito seguidor de tensão, é muito grande.

Este é o problema com amplificadores Classe A (o seguidor de emissor que você tem) é que a corrente de saída será igual à corrente de polarização. Basicamente, como sua carga é AC acoplada ao capacitor de saída e sua carga é de 8 ohms, R5 também precisará ser de 8 ohms, caso contrário, o transistor não será capaz de fornecer oscilação negativa suficiente para ser simétrico.

Alterar R5 para 8 ohms dissipará muita energia. Portanto, se você estiver com polarização CC em 6V (6/8 ohms = 0,75), a potência é de 4,5Watts … então esse resistor ficará muito quente. A outra opção é não acoplar a carga AC, mas a maioria dos alto-falantes não consegue lidar com a corrente DC, então esta não é realmente uma opção. Eu só queria mencionar isso porque este é um problema comum com tutoriais e esquemas de amplificadores Classe A na Internet – não funcionará se você simular em LT spice porque Re precisa corresponder à carga.