¿Cómo amplifico un voltaje de CC que es demasiado débil para activar la base en un transistor?

El problema que ha identificado correctamente (¡bien por usted!) es que la señal entrante tiene pequeñas oscilaciones de voltaje alrededor de 0 V, pero el transistor requiere alrededor de 0,6 V para comenzar a encenderse. La solución es polarizar el transistor a un punto de operación dado: proporcionar un voltaje base que provoque un grado de encendido que existe cuando no hay señal. Luego, la señal se cambia a ese mismo nivel de voltaje, por lo que oscila alrededor de ese voltaje en lugar de cero (o cualquiera que sea su compensación de CC original).

Para señales de CA, este cambio de nivel se logra fácilmente. Simplemente conectamos la fuente de señal de CA a la base del transistor no a través de un cable, sino a través de un condensador. El condensador bloquea la corriente continua, pasa a través de las oscilaciones de tensión alterna y las superpone a la tensión del nodo objetivo.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

En este circuito, el generador de onda sinusoidal está configurado para generar una onda sinusoidal con una amplitud de solo 0,1 mV. Sin embargo, los picos positivos de esta onda hacen que fluyan picos de 1,5 mA de corriente a través del LED. Esto se debe a que la polarización establecida por R1 y D1 crea un voltaje que, transmitido a través de R2 a la base de Q1, establece el punto de operación de ese transistor para que esté ligeramente encendido, justo a punto de ser mucho más. encendido De hecho, según el simulador, ya circulan unos 50 microamperios por el LED cuando no hay señal entrante. Entonces, desde este punto de operación, cualquier cambio de voltaje en la señal provoca una respuesta en el transistor. (¿Por qué un diodo? Porque un diodo tiene una caída de voltaje similar a la unión base-emisor de un transistor del mismo tipo, por ejemplo, silicio).

Las oscilaciones negativas en la entrada se ignoran, y los parpadeos de corriente máxima descargados a través del LED son proporcionales a la amplitud de las oscilaciones positivas, por lo que debería variar en brillo con el nivel de la señal. Los valores de resistencia deben ajustarse en función de su LED.

La capacidad de respuesta a señales pequeñas es bastante sensible a R1, R2 y R3. Si R1 es demasiado pequeño, por ejemplo, entonces VBIAS encenderá más el transistor; pequeñas oscilaciones de señal provocan más corriente de LED que antes. R4 debe ajustarse según el voltaje de suministro, el tipo de LED y la corriente máxima deseada que se le suministrará.

R3 es solo 0.22$\Omega$lo cual es deliberado: es proporcionar solo una pequeña retroalimentación para estabilizar el punto de operación del transistor contra la fuga térmica, sin sacrificar una gran cantidad de ganancia de corriente que haría que el circuito fuera menos sensible. En un circuito de conmutación de LED de encendido/apagado puro, no tendríamos R3, pero aquí mantenemos el transistor ligeramente encendido todo el tiempo, con una ligera corriente de reposo, lo que genera el riesgo de fuga térmica.

R5 protege el diodo base-emisor de Q1 contra la corriente impulsada por la entrada, porque la resistencia del emisor R3 es insuficiente.

Un problema con el circuito anterior es la pequeña impedancia de entrada, esencialmente dictada por R3. Esto está bien para ser manejado por un parlante o salida de auriculares, pero es demasiado pequeño para salidas de nivel de línea que esperan algo cercano a los 10K. El comportamiento también es muy no lineal. Una duplicación del pico de entrada de 0,1 V a 0,2 V mucho más que duplica la corriente del LED. El comportamiento sigue la curva VBE no lineal frente a la corriente de colector del transistor. Podemos abordar ambos problemas con estos cambios:

^{simular este circuito}

La primera diferencia notable es una resistencia de emisor R3 mucho más grande que proporciona una retroalimentación mucho más negativa para estabilizar el punto de polarización. Por sí mismo, eso nos cuesta mucha ganancia, pero podemos recuperar algo de eso al derivar R3 con un capacitor a tierra. R5 ya no es necesario. R2 aumenta porque los 2,7 K originales restarían valor a la impedancia de la base recién aumentada. R1 se reduce ligeramente para aumentar un poco VBIAS para compensar la pérdida de sensibilidad.

De acuerdo con la simulación, la impedancia de entrada es de aproximadamente 8,3 K a 1 kHz, lo cual es razonable para el nivel de línea, cuando en realidad no intentamos preservar la respuesta de frecuencia del audio, sino que solo encendemos un LED. Cae a alrededor de 6.4K a 10 kHz.

Cálculo de la impedancia de entrada a partir de la simulación: obtenga un gráfico de la corriente que fluye hacia C1. Verifique que esté en fase con el voltaje de entrada. Luego divida el voltaje de entrada de pico a pico por la corriente de pico a pico).

Parece que Kurt lo ve igual que yo. Circuito de activación de CA / audio: -

V2 es la entrada de audio.

Se puede hacer que funcione con un suministro más pequeño, pero creo que 3V3 será el límite y también tendrá que ser un LED normal que caiga alrededor de 1.8V.

Un voltaje de suministro más alto (no más de 12 V) significa que puede activar un LED de mayor potencia.

Está pensando en el transistor como un interruptor digital. Piensa que 0,2 voltios no son suficientes para encender un transistor que necesita 0,6 voltios para hacerlo. Pero un transistor también estaba destinado a funcionar como un dispositivo analógico. Dichos circuitos "polarizan" el transistor al establecer el voltaje base en la región de "encendido", y lo hacen a través de una alta resistencia. Luego, su señal "pequeña" puede acoplarse y hará que la salida del transistor varíe. La salida se amplificará y, si eso no es suficiente, puede volver a hacerlo con otra etapa hasta que la señal sea lo suficientemente grande para hacer el trabajo que se propuso hacer.

Una operación es solo un montón (grande) de transistores nuevamente, haciendo cosas muy parecidas a las que acabo de describir.

El circuito publicado por Andy usa una fuente de corriente algo más elegante, que a su vez es como el voltaje y la alta resistencia que describí, solo que funciona mejor (mayor resistencia y autoajustable).