Amplificador de audio clase A

Question

Amplificador de audio clase A

amr mohamed

Estoy tratando de diseñar un amplificador de audio de clase A con las siguientes especificaciones:

Fuente de alimentación de 9 V CC, corriente máxima extraída 15 mA
Utilizado con un altavoz de baja impedancia (8 ohmios)
Proporcione una ganancia variable mínima de 10
Puede trabajar con frecuencias de 20 Hz - 5 kHz
La señal de entrada es de 0,2 V (pico a pico)

Probé varios diseños y me enfrenté a los siguientes problemas:

¿Es posible manejar esa carga de baja impedancia con solo 15 mA, dada esta señal de entrada? Todos los diseños que hice extrajeron alrededor de 500 mA del suministro de CC
La señal siempre tenía algún tipo de recorte.
Tuve algunos problemas para elegir condensadores de acoplamiento para el diseño.
Al elegir un punto Q para cada transistor, tuve algunos problemas para determinar con qué Ic debo asumir para comenzar a trabajar

El diseño se basa principalmente en una etapa de emisor común y luego en una etapa de colector común para actuar como amortiguador. Adjuntaré dos conceptos de diseño que probé (ninguno de los cuales realmente funcionó).

Me gustaría saber si se puede aclarar el procedimiento correcto para calcular el punto Q correcto y luego guiarme rápidamente a través de los pasos para realizar los cálculos necesarios para diseñar un amplificador de este tipo.

EDITAR Entonces, he estado trabajando durante algún tiempo en esto y llegué a este diseño final, pero descuidamos esa limitación de corriente de 15 mA.

No estoy seguro de cómo funciona esto en la vida real, solo lo he estado probando en simuladores.

usuario105652

Bienvenido a EE.SE. Has cometido varios errores compañero. Elimine C2 y R3 y deje que R5 sea su sesgo de acoplamiento. Tal como está ahora, R5 saturará Q2 completamente ENCENDIDO. También debería tener alguna retroalimentación para autoestabilizar el circuito.

amr mohamed

@ Sparky256 Si elimino C2 y R3, el circuito solo tiene salida cero en la carga de 8 ohmios.

usuario105652

Eso se debe a que Q2 se está saturando, por lo que no funciona. Conecte R2 desde la base Q1 al emisor Q2 para obtener retroalimentación negativa, por lo que tanto Q1 como Q2 deben estar saturados al 50 %. Tenga en cuenta que es posible que deba aumentar el valor de R2 para que esto funcione. Un lazo ideal es cuando Q2 tiene 1/2 Vcc en su emisor. (4,5 voltios)

broma

Vamos a ver. Clase-A significa 25% de eficiencia o peor. Esto significa un máximo de

33.75 mW

$33.75\:\text{mW}$ al hablante y eso implica

V_{{OUT}_{PK}} = 735 mV

$V_{\text{OUT}_\text{PK}}=735\:\text{mV}$ . Dada la especificación de entrada es

V_{{IN}_{PK}} = 100 mV

$V_{\text{IN}_\text{PK}}=100\:\text{mV}$ , creo que no logrará una ganancia de voltaje superior a 10. Tendrá que cambiar las especificaciones de la fuente de alimentación, las especificaciones de entrada o las especificaciones de ganancia. Ahora, si esto fuera clase AB, entonces apenas podría pasar desapercibido. Pero dijiste clase-A.

amr mohamed

@ Sparky256 No lo entiendo bien, ¿puedes verificar que este circuito tenga las ediciones que mencionaste? imgur.com/a/SwjN65F

amr mohamed

@jonk No tengo tanta experiencia en circuitos, entonces, ¿puede decirme cómo obtuvo esos 33.75 mW? Con respecto a VoutPK = 735 mV, creo que todo este circuito necesita un rediseño. Entonces, si debo comenzar solo con una etapa de emisor común y luego diseñar una etapa de colector común para conectar las dos en cascada, ¿cuál debería ser la corriente de colector (Ic) para elegir para poder continuar con los cálculos?

broma

@AmrMohamed Poder:

9 V \cdot 15 mA = 135 mW

$9\:\text{V}\cdot 15\:\text{mA}=135\:\text{mW}$ . Clase-A mejor eficiencia, 25%. Entonces, la potencia del altavoz es, en el mejor de los casos

\frac{135 mW}{4} = 33.75 mW

$\frac{135\:\text{mW}}{4}=33.75\:\text{mW}$ debido a la clase A. Por lo que entonces

V_{{OUT}_{PK}} = \sqrt{2 \cdot 8 Ω \cdot 33.75 mW} = 735 mV

$V_{\text{OUT}_\text{PK}}=\sqrt{2\cdot8\:\Omega\cdot 33.75\:\text{mW}}=735\:\text{mV}$ . Si fuera esta clase AB, y si mantuviera sus corrientes de polarización realmente bajas y usara 2 BJT para cada cuadrante de salida, entonces podría obtener una ganancia de voltaje de 10. Pero lo está cortando bien.

broma

@AmrMohamed Además, si está utilizando un

9 V

$9\:\text{V}$ batería (explicando la baja potencia), entonces hay que tener en cuenta la cerca

2 Ω

$2\:\Omega$ impedancia de salida para la batería, así como su comportamiento de voltaje caído a medida que se agota. Probablemente necesite un condensador directamente a través de él.

broma

@AmrMohamed En realidad, no noté otro detalle importante. Está ejecutando un voltaje que ni siquiera puede esperar usar por completo, por lo que estará desperdiciando más energía de lo que sugieren las aproximaciones que usé antes. Ese hecho, además de su requerimiento de corriente ajustado del suministro, sugiere que también podría hacer un buen uso de un convertidor reductor eficiente.

amr mohamed

@jonk Lo tengo. Pasaré a una fuente de alimentación de CC que me puede dar hasta 1A, pero aún estaré restringido a 9V.

broma

@AmrMohamed ¿Sigues atascado con un diseño de clase A? Dado que puede mover los postes de la portería con la fuente de alimentación, ¿también puede moverlos? ¿O ahora puede ser clase AB?

broma

@AmrMohamed Creo que cabría esperar razonablemente, asumiendo

9 V

$9\:\text{V}$ como el suministro y

8 Ω

$8\:\Omega$ como la impedancia del altavoz, que podría hacer un trabajo razonable con un promedio de

100 mA

$100\:\text{mA}$ de la fuente de alimentación para proporcionar aproximadamente

400 mW

$400\:\text{mW}$ en el altavoz. La ganancia de voltaje sería entonces

A_{V} = 25

$A_\text{V}=25$ , más o menos, suponiendo que su

100 mV

$100\:\text{mV}$ pico de entrada. Pero esto sería clase-AB. un real

9 V

$9\:\text{V}$ La batería alcalina quizás podría suministrar esa corriente al máximo volumen durante una hora (tal vez dos).

amr mohamed

@jonk Me he estado abriendo paso en los cálculos y edité el circuito para que sea como el último que agregué en mi pregunta. ¿Puedes decirme si este es un circuito mejor? ¿Funcionaría como se esperaba? El simulador muestra una ganancia de 17, pero una corriente extraída de unos 300 mA. ¿Es eso realista?

broma

@AmrMohamed No, no es realista. Por un lado, es solo fuerza bruta para que un seguidor de emisor opere en este modo. Más,

R_{6}

$R_6$ no es adecuado para conducir medio cuadrante de su carga. Y el punto de operación de CC del seguidor del emisor depende en gran medida de beta (que NO es confiable). Simplemente no es bueno. Lea la descripción general del diseño del amplificador de clase A.

amr mohamed

@jonk No entiendo exactamente cuál es la configuración del circuito del enlace, como te digo, todavía soy un principiante.

amr mohamed

@jonk por fuerza bruta con Collector común, quiere decir que es una pérdida de energía o simplemente no funcionará en absoluto, porque el simulador muestra que está funcionando. Además, noté algo, el simulador muestra que el circuito da una ganancia, pero las ondas no parecen semétricas, ¿sabes por qué puede ser?

broma

@AmrMohamed Entonces parece que necesitas leer un libro. Y todavía no sé si debe usar la clase A o puede usar la clase AB. El enlace que he proporcionado ambas opciones. Las ondas no serán simétricas porque tus cuadrantes no son simétricos. Suena como si realmente necesita muchos capítulos de escritura. Especialmente si no puedes seguir el enlace que te di.

broma

@AmrMohamed ¿Ves por qué?

15 Ω

$15\:\Omega$ no puede tirar bien hacia abajo en un

8 Ω

$8\:\Omega$ orador como

Q_{2}

$Q_2$ La base de 's impulsa hacia abajo y por lo tanto pellizca su

V_{BE}

$V_\text{BE}$ y ya no participa activamente?

amr mohamed

@jonk Entiendo ese problema de sesgo. Mi problema era que cada vez que usaba un valor más alto, la ganancia siempre bajaba cuando conecté los 8 ohmios. ¿Es un problema normal para resolver de cierta manera, o es por una configuración totalmente incorrecta de todo el circuito?

broma

@AmrMohamed La topología que está utilizando es bastante incorrecta desde el principio. Se puede obligar a un seguidor de emisor a hacer una salida "aceptable". Pero el precio es demasiado alto y, de todos modos, nunca será decente. más tu

R_{6}

$R_6$ debe ser una resistencia grande y de alta disipación. Nada de esto vale la pena, excepto tal vez para probar un punto a alguien, incluso si pudiera hacerlo funcionar.

Respuestas (1)

Amplificador de audio clase A

Bienvenido a EE.SE. Has cometido varios errores compañero. Elimine C2 y R3 y deje que R5 sea su sesgo de acoplamiento. Tal como está ahora, R5 saturará Q2 completamente ENCENDIDO. También debería tener alguna retroalimentación para autoestabilizar el circuito.
@ Sparky256 Si elimino C2 y R3, el circuito solo tiene salida cero en la carga de 8 ohmios.
Eso se debe a que Q2 se está saturando, por lo que no funciona. Conecte R2 desde la base Q1 al emisor Q2 para obtener retroalimentación negativa, por lo que tanto Q1 como Q2 deben estar saturados al 50 %. Tenga en cuenta que es posible que deba aumentar el valor de R2 para que esto funcione. Un lazo ideal es cuando Q2 tiene 1/2 Vcc en su emisor. (4,5 voltios)
Vamos a ver. Clase-A significa 25% de eficiencia o peor. Esto significa un máximo de $33.75\:\text{mW}$ al hablante y eso implica $V_{\text{OUT}_\text{PK}}=735\:\text{mV}$ . Dada la especificación de entrada es $V_{\text{IN}_\text{PK}}=100\:\text{mV}$ , creo que no logrará una ganancia de voltaje superior a 10. Tendrá que cambiar las especificaciones de la fuente de alimentación, las especificaciones de entrada o las especificaciones de ganancia. Ahora, si esto fuera clase AB, entonces apenas podría pasar desapercibido. Pero dijiste clase-A.
@ Sparky256 No lo entiendo bien, ¿puedes verificar que este circuito tenga las ediciones que mencionaste? imgur.com/a/SwjN65F
@jonk No tengo tanta experiencia en circuitos, entonces, ¿puede decirme cómo obtuvo esos 33.75 mW? Con respecto a VoutPK = 735 mV, creo que todo este circuito necesita un rediseño. Entonces, si debo comenzar solo con una etapa de emisor común y luego diseñar una etapa de colector común para conectar las dos en cascada, ¿cuál debería ser la corriente de colector (Ic) para elegir para poder continuar con los cálculos?
@AmrMohamed Poder: $9\:\text{V}\cdot 15\:\text{mA}=135\:\text{mW}$ . Clase-A mejor eficiencia, 25%. Entonces, la potencia del altavoz es, en el mejor de los casos $\frac{135\:\text{mW}}{4}=33.75\:\text{mW}$ debido a la clase A. Por lo que entonces $V_{\text{OUT}_\text{PK}}=\sqrt{2\cdot8\:\Omega\cdot 33.75\:\text{mW}}=735\:\text{mV}$ . Si fuera esta clase AB, y si mantuviera sus corrientes de polarización realmente bajas y usara 2 BJT para cada cuadrante de salida, entonces podría obtener una ganancia de voltaje de 10. Pero lo está cortando bien.
@AmrMohamed Además, si está utilizando un $9\:\text{V}$ batería (explicando la baja potencia), entonces hay que tener en cuenta la cerca $2\:\Omega$ impedancia de salida para la batería, así como su comportamiento de voltaje caído a medida que se agota. Probablemente necesite un condensador directamente a través de él.
@AmrMohamed En realidad, no noté otro detalle importante. Está ejecutando un voltaje que ni siquiera puede esperar usar por completo, por lo que estará desperdiciando más energía de lo que sugieren las aproximaciones que usé antes. Ese hecho, además de su requerimiento de corriente ajustado del suministro, sugiere que también podría hacer un buen uso de un convertidor reductor eficiente.
@jonk Lo tengo. Pasaré a una fuente de alimentación de CC que me puede dar hasta 1A, pero aún estaré restringido a 9V.
@AmrMohamed ¿Sigues atascado con un diseño de clase A? Dado que puede mover los postes de la portería con la fuente de alimentación, ¿también puede moverlos? ¿O ahora puede ser clase AB?
@AmrMohamed Creo que cabría esperar razonablemente, asumiendo $9\:\text{V}$ como el suministro y $8\:\Omega$ como la impedancia del altavoz, que podría hacer un trabajo razonable con un promedio de $100\:\text{mA}$ de la fuente de alimentación para proporcionar aproximadamente $400\:\text{mW}$ en el altavoz. La ganancia de voltaje sería entonces $A_\text{V}=25$ , más o menos, suponiendo que su $100\:\text{mV}$ pico de entrada. Pero esto sería clase-AB. un real $9\:\text{V}$ La batería alcalina quizás podría suministrar esa corriente al máximo volumen durante una hora (tal vez dos).
@jonk Me he estado abriendo paso en los cálculos y edité el circuito para que sea como el último que agregué en mi pregunta. ¿Puedes decirme si este es un circuito mejor? ¿Funcionaría como se esperaba? El simulador muestra una ganancia de 17, pero una corriente extraída de unos 300 mA. ¿Es eso realista?
@AmrMohamed No, no es realista. Por un lado, es solo fuerza bruta para que un seguidor de emisor opere en este modo. Más, $R_6$ no es adecuado para conducir medio cuadrante de su carga. Y el punto de operación de CC del seguidor del emisor depende en gran medida de beta (que NO es confiable). Simplemente no es bueno. Lea la descripción general del diseño del amplificador de clase A.
@jonk No entiendo exactamente cuál es la configuración del circuito del enlace, como te digo, todavía soy un principiante.
@jonk por fuerza bruta con Collector común, quiere decir que es una pérdida de energía o simplemente no funcionará en absoluto, porque el simulador muestra que está funcionando. Además, noté algo, el simulador muestra que el circuito da una ganancia, pero las ondas no parecen semétricas, ¿sabes por qué puede ser?
@AmrMohamed Entonces parece que necesitas leer un libro. Y todavía no sé si debe usar la clase A o puede usar la clase AB. El enlace que he proporcionado ambas opciones. Las ondas no serán simétricas porque tus cuadrantes no son simétricos. Suena como si realmente necesita muchos capítulos de escritura. Especialmente si no puedes seguir el enlace que te di.
@AmrMohamed ¿Ves por qué? $15\:\Omega$ no puede tirar bien hacia abajo en un $8\:\Omega$ orador como $Q_2$ La base de 's impulsa hacia abajo y por lo tanto pellizca su $V_\text{BE}$ y ya no participa activamente?
@jonk Entiendo ese problema de sesgo. Mi problema era que cada vez que usaba un valor más alto, la ganancia siempre bajaba cuando conecté los 8 ohmios. ¿Es un problema normal para resolver de cierta manera, o es por una configuración totalmente incorrecta de todo el circuito?
@AmrMohamed La topología que está utilizando es bastante incorrecta desde el principio. Se puede obligar a un seguidor de emisor a hacer una salida "aceptable". Pero el precio es demasiado alto y, de todos modos, nunca será decente. más tu $R_6$ debe ser una resistencia grande y de alta disipación. Nada de esto vale la pena, excepto tal vez para probar un punto a alguien, incluso si pudiera hacerlo funcionar.

ruidos fuertes · Answer 1

Solo según sus especificaciones, tendrá problemas de sorteo actuales.

Está manejando el circuito con una señal de 0,2 V y desea una ganancia máxima de 10, lo que significa un voltaje de salida máximo de 2 V.

\frac{V}{R} = I, \frac{2}{8} = 250 mamá

$\frac{V}{R} = I,\quad \frac{2}{8} = 250\ \text{mA}$

Esto también supondría un sistema 100% eficiente al que no se acercará en ningún lugar en un amplificador de clase A.

Recomendaría comenzar con un ejemplo de trabajo mínimo, es decir, en lugar de comenzar con un amplificador de varias etapas, intente obtener un amplificador de emisor común que funcione según sus especificaciones y luego vea si puede mejorarlo extendiéndolo a una segunda etapa.

Tenía mis sospechas sobre la especificación de dibujo actual. Bien, ahora, mientras diseño la fase del emisor común, ¿con qué valor correcto de Ic debo trabajar, dado que estoy usando el BC337 NPN? Conozco el concepto de la línea de carga, pero parece que no puedo entenderlo correctamente.

Amplificador de audio clase A

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amr mohamed

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