Högtalare BJT-förstärkarfunktion

Låt oss sätta några delreferensbeteckningar på ditt diagram.

Numrer alltid alltid alla delar. Då är det lätt att diskutera diagrammet. I stället för ”den andra transistorns emittermotstånd” säger vi bara R5.

• C1: Detta är en kopplingskondensator som låter växelströmssignalen passera men blockerar likström. Det skyddar mikrofonspolen från att ta emot likström från förstärkarens förspänningskrets och skyddar förstärkarens förspänningskrets från att störas av mikrofonens impedans. C1 överför spänningsfluktuationerna från mikrofonen och överlagrar dem på förspänning mellan R1 och R2.

• R1 och R2: Dessa motstånd bildar en spänningsdelare, vilket skapar en spänningsdelningsförspänning för basen av transistorn Q1. Från en 9V strömförsörjning , R2 kommer att utvecklas cirka 1 V. Det räcker för att förskjuta baskorsningen av Q1 och slå på transistorn.

• Q1: Denna BJT är hjärtat i den första förstärkningen scen, en CE-spänningsförstärkare. Dess uppgift är att omvandla variationer i basströmmen som orsakas av mikrofonspänningsvariationerna som anländer över C1 till strömvariationer genom kollektor-emitterkretsen R3, R4 och C2.

• R3: Detta är lastmotståndet för CE-spänningsförstärkningssteget. Strömvariationer som styrs av Q1 får R3 att utveckla en spänning. Denna spänning är utgången från Q1-steget, direkt överförd till basen av Q2. Spänningen är inverterad med avseende på mikrofonsignalen. När signalen svänger positivt strömmar mer ström genom R3 och utvecklar ett större spänningsfall. Toppen av R3 är fäst vid 9V-strömskenan, så mer spänningsfall innebär att R3-botten svänger mer negativt.

• R4: Detta emittermotstånd ger feedback för att stabilisera DC-förspänningen i Q1. Förspänningen som tillhandahålls av R1 och R2 slår på Q1 med en spänning på cirka 1V, nämnd ovan. Detta får ström att strömma genom transistorn. Denna ström orsakar en spänning i R4. Transistorn ”rider” på denna spänning. Så spänningen motsätter 1V förspänning. Enligt vissa tumregelberäkningar utvecklar R4 cirka 0,3V, vilket är spänningen som är kvar när vi tar 1V-förspänningen mellan R1 och R2 och subtraherar bas-emitterns spänningsfall på 0,7V. Denna 0,3 V över 1500 ohm betyder att cirka 0,2 mA kollektorström kommer att strömma genom transistorn, vid vila. Denna förspänningsström flyter också genom 10K R3-motståndet, där det ger upphov till en spänning på 2V. Så utgången från Q1 är förspänd ungefär 2V under 9V-kraftskenan.

• C2: Denna kondensator förbi R4-motståndet för växelsignaler. R4-motståndet har effekten av feedback. Den förstärkta strömmen passerar genom R4 och utvecklar en spänning och Q1 rider ovanpå denna spänning. Spänningen som förstärks är skillnaden mellan ingången och sändaren. Så R4 ger negativ feedback, vilket minskar förstärkningen. Genom att införa C2 blir vi av med denna feedback för växelströmssignaler. Växelströmssignaler upplever inte negativ återkoppling, så förstärkningen är mycket högre för dessa signaler. R3 och R4 ger en stabil DC-förspänning för Q1, och C2 ”fuskar” runt den, vilket skapar en högre förstärkning för AC, så att förstärkaren har en bredare svängning runt förspänningen (som, minns, är cirka 2V under kraftskenan ). Mycket spänningsförstärkning behövs eftersom mikrofoner sänder ut en ganska liten signal och all förstärkning sker i ett enda steg.

• F2: Denna transistor är inställd som ett nuvarande förstärkningsstadium emitter-follower . Observera att det inte finns något belastningsmotstånd som liknar R3 i föregående steg. Istället tas utgången från toppen av emittermotståndet R5.

• R5: Vad som händer här är att toppen av motståndet R5 följer spänningen som appliceras på basen av Q2 . Det är helt enkelt den spänningen minus 0,7V. När spänningen vid basen svänger, går spänningen längst upp på motståndet R5 genom samma svängning.Denna spänning appliceras på högtalaren via C3.

• C3: En annan blockeringskondensator. Det förhindrar likström från att strömma in i högtalaren, vilket skulle skada högtalaren och också orsaka att mycket mer förspänningsström flyter genom Q2, eftersom högtalarens impedans är mycket lägre än den för R5.

• C2: Detta är en frikopplingskondensator för strömförsörjning. På flera ställen i kretsen återgår växelströmssignaler till strömförsörjningen antingen genom 9V-skenan eller genom den gemensamma retur (jord). Dessa strömmar kan utveckla en spänning över strömförsörjningens interna impedans. C2 ger en kortslutning för dessa växelströmssignaler. Utan frikoppling av strömförsörjningen kan strömvariationer i Q2 återföras till Q1-steget, vilket ger upphov till svängningar. C2 hjälper också till att hålla avvikande ljud från strömförsörjningen, såsom strömförsörjning, påverkar kretsen. Ett annat sätt att se på det är att kondensatorn ger ström som svar på plötsliga krav från Q2.

Q2-steget behövs för att det trots att det inte förstärker spänningen förstärker det eftersom den kan leverera mer ström än Q1. Q1 har belastningsmotstånd R3, vilket ger en ganska hög utgångsimpedans. Om högtalaren var ansluten till Q1-scenutgången skulle knappast något ljud komma ut ur den eftersom Q1-steget inte kan upprätthålla sin spänning till bara en 8 ohm belastning. Q2 har inget kollektormotstånd, så utgångsimpedansen är låg. Strömfluktationer flyter fritt från strömförsörjningen, genom transistorns samlare och över C3 till högtalaren.

Q1-steget behövs eftersom ett nuvarande drivsteg som det som byggs runt Q2 inte har något spänningsförstärkning. Q2-scenen ensam kunde ta spänningen från mikrofonen och sätta den över högtalaren. Nu skulle det vara bättre än att ansluta mikrofonen direkt till högtalaren, eftersom mikrofonen skulle isoleras från att driva högtalarens låga impedans. Men trots det skulle det helt enkelt inte vara tillräckligt högt. Att få ett rimligt högt ljud ur högtalaren kräver en mycket högre spänningsnivå.

Arbeten med att förstärka spänningen och sedan förstärka strömmen vilket gör att spänningen kan sättas över en lågimpedansbelastning som en högtalare, implementeras bäst separat.

Kommentarer

• Bara en snabb pedantisk anteckning om R5, C3 och högtalaren. För signaler ser emittern ” ” den parallella kombinationen av R5 och högtalarimpedansen (förutsatt att impedansen hos kopplingen C3 är försumbar för signaler). Eftersom högtalarimpedansen är relativt liten, ur ett signalperspektiv, är R5 effektivt ” inte där ”. Med andra ord förbikopplas R5, precis som R4, effektivt för signaler. Ur ett AC-analysperspektiv ser Q1 ’ s sändare mark och Q2 ’ s sändare ser något mindre än 8 ohm. Så det är ’ inte riktigt korrekt att säga att utspänningen appliceras på högtalaren genom C3.

BJT-transistorn är en strömförstärkare när bassändarspänningen är 0,6 ~ 0,7V som ett diodfall. Samlarbasen är också en diod men är endast lätt dopad och omvänd förspänd för att fungera som en basströmstyrd strömförstärkare. Vi använder imepdance för att omvandla ström till spänningsförstärkning i första steget och det andra steget är att förstärka strömmen för att driva högre belastning (låg resistiv).

Det första steget som vi kallar ”H-förspänd” eftersom det liknar schemat, där 2-ingångsresistorförhållandet ställer basen då emitterspänningen är 0,65V lägre och därmed kan emitterns likström förutses från hFE.

Från kollektor / emitterförhållandet är det mer fall på kollektorn så för samma ström finns det nu en spänningsförstärkning för likström liksom växelström. MEN eftersom emitterkondensatorn ger en mycket lägre ”impedans: Detta förhållande för växelström är mycket högre och är begränsat av den interna emittermotståndet (visas inte schematiskt). Vi kan uppskatta spänningsförstärkningen genom att titta på specifikationerna och uppskatta det interna motståndet för Re. Detta fungerar bra för små ingångssignaler mindre än 10% av Vbe-fallet, eftersom för AC tillåter emitterhatten inte mycket spänningssvängning. 100mV max är redan förvrängd ganska lite. Så vi konverterar spänning till ström med impedans (V = I * R) och därmed använda kollektorutgångsförstärkarspänningen med impedansförhållande och strömförstärkning hos transistorn.

I det andra steget är det ren strömförstärkning och växelspänningen på sändaren matchar bas så länge Vbe stannar vid 0,6 ~ 0,7Vdc. Att sätta för mycket (för lågt värde) av en belastning som 8 ohm kommer inte att fungera på en 1Kohm emitterförspänning och kommer att misslyckas.

Varför? Eftersom transistorn kontrollerar faktiskt strömmen genom att dra upp till utbudet.Motståndet måste dras ned för att förstärkaren ska vara dubbelriktad för växelsignaler. Utan emittermotstånd till jord skulle emitterspänningen bara flyta vid maximal växelspänning som en poitiv toppdetektor.

Således använder vanliga högtalarförstärkare kompletterande parutmatningsscheman med PNP- och NPN-enheter.

Denna simulator gör det möjligt att ändra valfritt värde och sondspänning, ström & effekt.

Eftersom kollektormotståndet är ungefär detsamma som ingångsmotståndet, säger vi att det är mer en spänningsförstärkare, medan den andra scen med sändarutgång är en strömförstärkare med < enhetsspänningsförstärkning. AC-belastningen får inte vara < än DC-motståndet.

Sidokommentar: sätter 2 kompletterande (i serie) emitterföljare (NPN, PNP för + PNP sedan gör NPN för -ve) med stora motstånd och stora kondensatorer en nollförskjuten växelströmsdetektor.

Mitt breda och nybörjarsvar: Det första steget är en ”klass A” -förstärkare som ger viss spänningsförstärkning. Denna förstärkning är proportionell mot transistorn beta. Det andra steget är en emitterföljare och det ökar i princip bara strömmen: det är spänningsförstärkning ungefär 1, men det låter dig köra högtalarens belastning utan att påverka det första steget. Emitterföljaren kallas också gemensam kollektor , har en stor utgångsimpedens om \ $ \ beta * R_ {load} \ $ och en låg utgående impedens på cirka \ $ R_ {load} \ $ parallellt med \ $ R_ {input} / \ beta \ $.

Kommentarer

• jag förstår fortfarande inte det andra steget, varför är det nödvändigt?
• eftersom du kan ’ t anslut 8 Ohm belastningen direkt till det första steget eftersom det inte är ett ” effekt ” steg, men det ger bara spänningsförstärkningen.
• Du kan inte ansluta en AC-kopplad belastning lägre än DC Re-värdet heller.
• @FlorianOtt, utgångsimpedansen för det första steget är ungefär 10k Om du ansluter högtalaren (med seriekondensator) direkt till utgången från första steget, över 99% av spänningsförstärkningen går förlorad på grund av spänningsdelning. Det andra steget presenterar en relativt hög impedans mot det första steget och har en relativt låg utgångsimpedans. Ett sådant steg kallas vanligtvis en ” buffertförstärkare ”: en.wikipedia. org / wiki / Buffer_amplifier # Voltage_buffer

”Stage” i en förstärkare betyder ” aktiv enhet (här, en transistor) tillsammans med alla dess stödkretsar ”. Så detta är en tvåstegsförstärkare. Med tanke på det, ta en gång till …

Mikrofonens utgång är en mycket liten varians i spänning. Spänningsdelaren förspänner detta uppåt så att det är centrerat runt 0,9 V. Det räcker för att slå på den första transistorn till dess ”linjära” region, där strömmen som strömmar vertikalt (genom 10k-motståndet) är en multipel av strömmen som flödar in genom basen. Det ger en inverterad förstärkt signal. Den andra transistorn förstärker den ytterligare.

(”måste analysera” – är det här en läxfråga?)

Kommentarer

• Nej, det andra steget inverterar inte.
• så om bara det första steget inverterar är utdata inverterad? har detta någon effekt på ljudet?
• Borttagen felaktig inversion.

men jag kan inte ta reda på vad det andra steget är eller hur det fungerar? I vilket steg sker förstärkningen?

Visst att du kan lista ut det, du behöver bara lite hjälp.

Om du kommer ihåg att bas-emitterspänningen i en transistor som arbetar i det aktiva området är nästan konstant, då kan du räkna ut att den andra transistorn inte kan vara en spänningsförstärkare; signalspänningen på sändaren är nästan densamma som signalspänningen på basen.

Så, spänningsförstärkningen måste bero på 1: a transistorkretsen. Denna transistor är konfigurerad som en klassisk gemensam sändarförstärkare .

Anledningen till den andra transistorkretsen kanske inte är direkt uppenbar men det är faktiskt avgörande för att den här förstärkaren ska fungera korrekt.

Högtalaren har en mycket låg impedansbelastning. För betydande spänningsförstärkning måste den första transistorns kollektor vara ansluten till relativt hög impedans eftersom förstärkningen är proportionell mot denna impedans.

Om du ansluter högtalaren (genom kopplingskondensatorn) direkt till kollektorn på den första transistorn är högtalarens impedans parallellt med kollektormotståndet så att kollektorn nu är ansluten till en mycket låg impedans och därmed faller spänningsförstärkningen till nästan noll.

Den andra transistorn är emellertid konfigurerad som en gemensam kollektorförstärkare som fungerar som en spänningsbuffert . I huvudsak, när man tittar in i basen på den andra transistorn, multipliceras 8 ohm högtalarimpedansen med beta (plus 1) på den andra transistorn.

Om beta är 100, ”ser” högtalarimpedansen 101 gånger större ut genom basen, så genom att ansluta basen på den 2: a transistorn till kollektorn på den 1: a transistorn, är det fortfarande möjligt med en viss spänningsförstärkning från 1: a etappen.

Kommentarer

• Lite sent till festen men det ser ut som att ingångsimpedensen till högtalaren blir cirka 800 ohm, så w på ’ t det mesta av spänningen sitter på 10k-motståndet? Ser ut som att detta inte ’ t kommer att förstärka någonting.
• @Vrisk, nej, du ’ re tänker inte på det korrekt. Ur ett AC-litet signalperspektiv är 10k-kollektormotståndet (i huvudsak) i parallellt med 800 ohm snarare än i serie, så ingen spänningsdelning.
• Ah förstår jag, men Vad sägs om 1k-motståndet på utgångstransistorn, jag tror inte ’ att utgångskondensatorn kommer att kunna trycka mycket ström genom den (.5 ampere genom 1k resistor för 4 volt på negativ halvcykel?)

Det högst röstade svaret här är tillräckligt men jag vill lägga till en kommentar som utgångsmotståndet (R5) som också kallas ”Re” för ”emittermotståndet” i din spänningsföljarkrets är för stort.

Detta är problemet med klass A-förstärkare (emitterföljaren du har) är att utströmmen kommer att vara lika med förspänningsströmmen. I grund och botten eftersom din belastning är växelströmskopplad med utgångskondensatorn och din belastning är 8 ohm, måste R5 också vara 8 ohm, annars kan transistorn inte ge dig tillräckligt negativ svängning för att vara symmetrisk.

Om du ändrar R5 till 8 ohm kommer det att släppa ut mycket kraft. Så om du är DC-förspänd vid 6V (6 / 8ohms = 0,75) så är effekten 4,5Watt … så att motståndet blir väldigt varmt. Det andra alternativet är att inte koppla in lasten, men de flesta högtalare kan inte hantera likström så det här är inte ett alternativ. Jag ville bara nämna detta eftersom det här är ett vanligt problem med klass A-förstärkare och scheman på internet – det fungerar inte om du simulerar det i LT-krydda eftersom Re måste matcha belastningen.