Amplificador de audio de clase A para principiantes

Con fines de aprendizaje, monté un amplificador de audio básico en la placa de pruebas, el esquema a continuación:

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Básicamente funciona, lo que significa que el voltaje ha aumentado ligeramente al igual que la corriente y, como resultado, escucho el sonido en un altavoz pequeño de 8 ohmios y 0,5 W. Sin embargo, tengo algunas preguntas. Gracias de antemano por las respuestas detalladas:

1.Mirando el esquemático vemos el punto B (punto rojo). Si quito el capacitor C2 no tengo señal de salida. Mi explicación a esto es que, sin la señal de audio C2, se "dispara" a tierra inmediatamente antes de que llegue a la base Q1. Sin embargo, con C2, su placa derecha se carga y descarga constantemente y, por lo tanto, la señal tiene la posibilidad de alcanzar la base Q1. ¿Es esa una buena explicación?

2. A pesar de que uso una resistencia de valores pequeños en todo el circuito, tengo una amplificación de voltaje y corriente pequeña. Especialmente, esperaría una alta ganancia de corriente, pero no es así. Es suficiente poner ~100 Ohm en la terminal del emisor y no escucho nada del parlante. La captura debajo del alcance muestra los niveles de voltaje con una ganancia máxima de 3. No ayudó si alimenté el circuito con una batería de 9V en lugar de 3. (Cambiando el sesgo de la base de la fuente). Entonces, ¿por qué solo pude lograr una pequeña ganancia?

  1. Estoy un poco sorprendido de que funcione, ya que la señal de entrada de audio tiene componentes positivos y negativos. Si bien los componentes positivos están bien, las oscilaciones negativas deberían detener el funcionamiento del transistor. Mi explicación es que las oscilaciones negativas en la placa del capacitor izquierdo elevan la placa del capacitor derecho a un valor positivo con un aumento dos veces mayor y, por lo tanto, el transistor está encendido. ¿Tiene sentido?

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Señal azul - Audio_Out

Señal amarilla - Audio_In

Nada de eso tiene sentido, lo siento. Estudie cómo un capacitor bloquea la CC y evita que la polarización BJT se cortocircuite con una señal de CA pura con un valor promedio de cero. El valor promedio de cero significa que las resistencias de polarización se pasan por alto y el transistor no se enciende a menos que el voltaje de CA pico de la señal aumente significativamente alrededor de +0.5 voltios.
1) Si elimina C2 del circuito, la señal de CA no es corta. La fuente de la señal se deja abierta. 3) Es por eso que necesita una red de polarización de CC en la base BJT y el condensador C2. Cada "dispositivo activo" para funcionar correctamente como un amplificador alimentado desde una sola fuente necesita un circuito de polarización adecuado. Cuando usa BJT como amplificador CE, usa un divisor de voltaje para polarizar el dispositivo activo en algún lugar de la "región lineal" (configure el colector en 0.5Vcc).
@ G36, tal vez no fui lo suficientemente claro. Debería haber dicho que si reemplazo el capacitor con un cortocircuito, la salida desaparece. Entonces, ¿parece que el sesgo de base se comió esa señal de entrada? En segundo lugar, si hago que la salida Vc 0.5Vcc también esté muerta. Pero tal vez eso se deba a que el voltaje del emisor ha aumentado y ahora no hay suficiente voltaje base para encenderlo.
Además, no olvide la ruta de la corriente de carga (corriente del altavoz). El transistor solo puede "hundir" la corriente para una parte positiva de una señal de entrada. Y el camino de esta corriente es: C1--->Colector-emisor--> Altavoz--->C1. Como puede ver en esta porción de tiempo, el capacitor se está descargando y proporciona una corriente a la carga. Pero para una parte negativa de una señal de entrada, la corriente del transistor disminuye, por lo que ahora la corriente del altavoz se proporciona desde el suministro a través de R3-->C1--->altavoz (C1 se está cargando). Entonces esta corriente no puede ser mayor que 3.3V/400R = 8mA

Respuestas (1)

Si quito el capacitor C2 no tengo señal de salida.

C2 es su condensador de acoplamiento de entrada, lo que significa que permite que pase su señal de CA y no cualquier corriente de CC. Si conecta su fuente directamente al resto del circuito (acoplamiento directo) sin C2, estará cortocircuitando la base a tierra a través de su fuente y el transistor ya no estará en modo activo hacia adelante, razón por la cual no obtiene señal.

Entonces, ¿por qué solo pude lograr una pequeña ganancia?

Este circuito no tiene ninguna posibilidad de conducir un altavoz de 8 ohmios. Vas a ver efectos de carga extremos. Para empezar, la impedancia de salida es demasiado alta y no puede proporcionar suficiente corriente a la carga. Necesitará un amplificador de potencia para controlar un altavoz. Una etapa push-pull podría funcionar si la diseña correctamente.

Estoy un poco sorprendido de que funcione, ya que la señal de entrada de audio tiene componentes positivos y negativos.

El propósito de su divisor resistivo en la base es polarizar la base sobre el suelo a un cierto voltaje de CC. El acoplamiento a través de C2 le permite superponer su señal de CA sobre ese voltaje de polarización de CC. Entonces tienes un poco de espacio para oscilar negativamente. Podría quedar más claro si observa el circuito equivalente de CA.

"... estará efectivamente cortocircuitando la base a tierra a través de su fuente" ¿Quiere decir que el voltaje de polarización de la base generará un flujo de corriente desde la base a la fuente de señal, es decir, el micrófono?
Quiero decir que básicamente cortocircuitarías R2 a través de la fuente. Si observa el circuito equivalente de CC, cortocircuita todas las fuentes de CA, piénselo de esa manera. El capacitor evita que la fuente de CA cortocircuite la polarización de CC mientras permite que pase la señal de CA.
De acuerdo, tenga sentido, gracias por la respuesta. Voy a marcar su respuesta como válida, aunque sigo pensando que el rendimiento de este amplificador se puede mejorar significativamente sin el uso de ningún amplificador operacional o algo más, como sugirió.
Probablemente también necesitará un condensador de acoplamiento de salida más grande. Sin embargo, me estoy saltando muchos detalles.
Podría ayudarlo investigar un poco más sobre el diseño del amplificador de potencia de clase A y los efectos de carga, etc.
Hmm, ¿cómo podría mejorar algo el límite de salida más grande?
@DannyS podría mejorar la respuesta de baja frecuencia en algunos casos, pero hay otras cosas que están mal aquí que son más importantes. Investigue un poco sobre cómo otras personas manejan los altavoces de 8 ohmios y le dará algunas pistas importantes.
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