¿Cómo resolver el recorte del amplificador BJT en una señal?

Estoy tratando de hacer un amplificador de audio para un altavoz de 8 ohmios. Soy nuevo en el area de electronica y tengo un problema con eso. Ya tuve otros problemas antes de llegar a donde estoy, como la necesidad de una etapa de alta potencia debido a la baja impedancia de la carga.

Para la etapa de alta potencia, mi tentativa después de algunas lecturas fue usar un transformador en el colector del transistor para hacer coincidir la baja impedancia del altavoz con la alta impedancia de la salida del amplificador.

El primer problema fue que, si uso una fuente de 9 V CC para polarizar el transistor, el voltaje en el primario del transformador flotará al máximo en 0 a 9 V (en un caso extremo). Entonces, si el parlante puede funcionar a un voltaje pico a pico máximo de, por ejemplo, 6 V, la relación n1/n2 debe ser como máximo de 1,5, porque el voltaje pico en el secundario será 9/1,5 = 6 V. ¿Es ese un razonamiento correcto?

Adelante, si uso un transformador con 1.5:1, la impedancia que se ve en el primario será 8*(1.5^2) = 18 ohmios. Entonces la configuración de esta etapa del amplificador sería así:

Esquema que muestra un BJT y un transformador en el colector

El transistor está polarizado con 4,5 V en la resistencia del emisor, 4,5 V en el colector-emisor (Vce), y el voltaje en el primario es de casi 0 V para CC. El capacitor en el emisor tiene baja impedancia y es casi un cortocircuito para CA. Entonces, en mi opinión, los voltajes variarán desde 0V en el primario y 9V en Vce, hasta 9V en el primario y 0V en Vce (en un caso extremo).

Pero cuando lo ejecuto, aparecen estas formas de onda. La curva amarilla representa el voltaje de entrada (pico de 250 mV) y la violeta es el voltaje en el primario del transformador (no en la salida). Tiene un pico positivo de 130mV, pero en el fondo parece no ser lo que esperaba. La curva se corta a -20mV. ¿No debería saturarse solo en un voltaje relativamente alto, junto a los 9V de la fuente CC?

¿Qué está mal y cómo puedo solucionarlo?

EDITAR:

He cambiado la polarización del transistor por una corriente de colector de 50mA, con una resistencia de base de 27k en lugar de 1,35M. También eliminó el capacitor del emisor (que realmente redujo la distorsión) y cambió la resistencia del emisor a 10 ohmios. El recorte ha desaparecido para estos bajos voltajes de entrada (250 Vpk), y el voltaje en el primario es aparentemente un senoide perfecto, con una amplitud un poco más alta que el voltaje de entrada. Pero si aumento el voltaje de entrada a un pico de 3V, el recorte vuelve a aparecer en la parte inferior. Todavía no puedo entender por qué sucede esto.

EDITAR 2:

Estoy agregando la imagen de las olas para la última actualización:

el voltaje de recorte ha aumentado, pero todavía está sucediendo. Comienza a aparecer en un pico de aproximadamente 1V en la entrada.

Y no se si lo he dejado claro pero esta es la etapa final de mi amplificador, con poca ganancia, solo para excitar el parlante. Estoy haciendo las etapas por separado para facilitar la comprensión de cada parte. Como esta etapa tiene una alta impedancia de entrada, usaré un emisor común antes para una alta ganancia de voltaje.

Y perdón por mi mal inglés :(

EDICIÓN 3 (resuelto):

El problema era que el transistor debía polarizarse con una corriente continua de colector de al menos el mismo valor que la corriente de pico a pico que requiere la carga. Otra cosa que noté es que el BC548 que estaba usando falla con una corriente relativamente grande (> 200 mA), incluso en la simulación, el voltaje del emisor base aumenta significativamente, lo que también hace que la onda se corte.

No está diciendo mucho sobre sus objetivos de diseño (distorsión, respuesta de frecuencia, eficiencia energética, etc.). Podría valer la pena buscar un amplificador de clase AB con acoplamiento capacitivo al altavoz. Mucha buena información de Internet sobre esto.
No necesita el transformador, pero sí necesita algo significativamente más robusto que un BC548.
Mi propósito es hacer esto para aprender y, mientras tanto, mi objetivo es principalmente hacer que funcione sin cortar la señal y sin dejar caer el voltaje de entrada. Miré la clase AB para la etapa de potencia y debería ser la mejor alternativa, pero quiero entender por qué lo que estoy intentando no funciona en lugar de dejarlo.
Debido a la saturación del núcleo, debe ser grande para aplicar 9 V CC en el primario y la fuga será alta. DEBE usar el transformador de derivación central para restablecer el flujo. roetta.it/ik3hia/transistor/Transistors_diagrams/…
@glz ¿Ya entendiste mi segunda respuesta?

Respuestas (3)

Segunda respuesta: volver a lo básico

  1. No se puede analizar nada por completo, a menos que se conozcan todas las impedancias.
    • Aprenda qué es la impedancia Z(f,dc), cómo medirla y calcularla para cada componente y mirar dentro y fuera de cualquier rama
  2. Esto es solo una simulación, PERO, ¿qué es real y qué es ideal y qué es el estado estacionario a escala de tiempo o? por ejemplo, ¿LdI/dt es estado estacionario?
    • por ejemplo, ¿qué es la inductancia del transformador, hFE de Q1? ¿Qué es Z(f)?

  3. ¿Cuál es la configuración básica del "emisor común"? ¿Qué hace el emisor común ideal?

    • amplificar la corriente base con una impedancia de colector infinita en la fuente
    • la ganancia de voltaje es la Relación de impedancia *I = Colector/Emisor * Corriente.
    • ¿Cuál es la carga Z(f) en el colector?
      • Np/Ns = n, relación de vueltas, n² * R_Load o Ic= Iout/n

  4. ¿Cuál es la ganancia de la base a la corriente del emisor?

    • ¿La corriente alterna es menor que la corriente continua para que Ie no caiga a cero?

      1. ¿Vce cae a cero?

    • entonces la corriente CA excede la polarización de la corriente CC.

    • entonces la salida parece "recortar". (tu problema)
    • excepto el nombre equivocado. El recorte es cuando Ic va a 0 con max Vce.
    • Aquí Vce va a 0 por lo que lo llamamos "saturado"

  5. ¿Por qué saturado?

    • porque la carga de CA de 8 ohmios consume más corriente que la corriente CC del colector
    • Ip=Vp/Rload Idc > Ip es obligatorio para mantener Ic>0.
    • por lo tanto, para 8Vp de salida Idc = 8V/8Ω = 1A, entonces Ic debe ser >2Adc para suministrar CA 2App Esto es crucial para comprender la Clase A
    • Recuerda que este es un amplificador Clase A
    • ¿Cuál es la ganancia total de la Clase A?
    • Vin a Ie Ganancia AC Ie= Ve/Re , para AC Vb=Ve (si Vbe>0.6)
    • Vc = Ic * Rc para alta hFE Ic=Ie por lo tanto
    • Av = (Rc/Re)
    • carga colector = Rc = ωL // 8Ω , si ωL>> 8Ω Rc=8Ω
    • Por lo tanto, ganancia total = Rc/Re = 8/10 asumiendo 1:1 XFMR

  6. ¿Por qué un solo Rb a V+ es pobre?

    • La corriente del colector de CC depende de hFE, que puede ser >+/-50 %

  7. ¿Cómo se mejoraría Rbase si se conecta al colector para recibir comentarios negativos?

    • reduce la impedancia de salida y la impedancia de entrada
    • regula mejor la ganancia en lugar de ser una fuente de corriente
    • ahora se convierte en un dispositivo de ganancia de tensión con relación R Av= Rf/Rin
      • donde Rf es el colector para basar la retroalimentación
      • y Rin es la impedancia en serie de la fuente.

Esto es lo que se necesita para impulsar 8 Ω con 8 Vp o 16 Vpp en Clase A, usando retroalimentación negativa con Av<10. Tenga en cuenta la diferencia de sus valores, ya que la relación de impedancia es esencial para la polarización de CC adecuada, la ganancia y evitar la saturación, el recorte y la distorsión significativa. Debido a la eficiencia, la Clase AB es mucho mejor y la Clase E aún mejor.

Tenga en cuenta que el enlace de Java Sim anterior muestra el alcance +/- lecturas máximas (ver a continuación)ingrese la descripción de la imagen aquí

¡Muchas gracias! Pero tengo algunas preguntas. 1) El problema parece ser que estaba polarizando el transistor con una corriente CC más pequeña que la que necesita el altavoz en CA pico a pico, ¿verdad? 2) ¿No ha utilizado el grifo del transformador, el problema de la saturación del núcleo se mantendrá ya que tenemos una gran corriente continua en el primario?
1) sí 2) la saturación del transformador no es un problema en el simulador. (mi mal.) solo en la vida real. Dado que la Clase A usa el doble de la corriente (pk-pk) frente a push-pull en el toque central, donde cada controlador solo maneja 1/2 onda pero sesga para superponerse suavemente.
Aprovechando tu respuesta, ¿cuál es la función del condensador en paralelo con la carga?
puedes adivinar, sabiendo Zc(f)=1/2piCf opcional

Dos cosas importantes mal. Primero, los valores de la resistencia en su circuito son demasiado altos para tener una corriente continua permanente decente desde el colector hasta el emisor. Sí, necesita una corriente continua para sesgar permanentemente el transistor en la parte correcta en la línea de carga y esto necesitará decenas, si no cientos, de mA.

El segundo problema es de comprensión: cualquier inductor, ya sea un inductor normal o el primario de un transformador, no puede tener un voltaje de CC sostenido a través de él y, como tal, causará el voltaje de la señal del colector (cuando obtiene la polarización correcta según punto 1) subir y bajar por igual por encima y por debajo de 9 voltios. Potencialmente, con un transistor perfecto (más raro que el unaffordio y más costoso que el unobtainio) puede obtener 18 voltios pp de una fuente de alimentación de CC de 9 voltios.

En tercer lugar, como sugerencia, deshágase del condensador del emisor: nunca estará satisfecho con las cifras de distorsión para este tipo de amplificador de clase A con demasiada capacitancia allí, incluso cuando obtiene la polarización correcta (sugerencia, mire la resistencia del emisor siendo más como diez ohmios).

¿'No se puede tener DC a través de él'?
@EJP está bien, para ser precisos, no puede soportar un voltaje de CC a través de él. ¿Te queda mejor y, como es Navidad, actualizaré mi respuesta para corregir mi descuido?
¡Okay, gracias por la respuesta! He cambiado la polarización del transistor por una corriente de colector de 50mA, con una resistencia de base de 27k en lugar de 1,35M. También eliminó el capacitor del emisor (que realmente redujo la distorsión) y cambió la resistencia del emisor a 10 ohmios. El recorte ha desaparecido para estos bajos voltajes de entrada (250 Vpk), y el voltaje en el primario es aparentemente un senoide perfecto, con una amplitud un poco más alta que el voltaje de entrada. Pero si aumento el voltaje de entrada a un pico de 3V, el recorte vuelve a aparecer en la parte inferior. Todavía no puedo entender por qué sucede esto.
¿Cómo puedes obtener 18v ​​pp usando un transistor? ¿No necesitaría dos y conduciría diferencialmente ambos extremos del transformador?
@gbarry intenta simularlo y verás. El punto de reposo en el colector debe ser de 9 V, de lo contrario, habrá una corriente CC monstruosa que fluirá a través del primario y el transistor limitado solo por la resistencia del devanado primario. El voltaje sube por encima y por debajo de 9 voltios por igual.
@glz: tal vez agregue una nueva sección a la pregunta que muestre el progreso y una imagen de la forma de onda.

@glz Los circuitos de clase A de emisores comunes simples no funcionan bien conduciendo un transformador a un altavoz de 8 ohmios debido a la saturación del núcleo de corriente primaria de CC. Además, los amplificadores de transistores de una sola etapa son buenos para la ganancia de voltaje o la ganancia de corriente, pero no para ambos con una alta ganancia de potencia. que estás tratando de hacer.

Así que esto nunca funcionará extremadamente bien. Algo siempre se verá comprometido. THD, eficiencia, impedancia de entrada, etc. etc. saturación de núcleo, saturación de Vce. carga excesiva en batería de 9V, baja eficiencia

Use una etapa de salida de seguidor de emisor complementaria con etapas de preamplificador para una ganancia de voltaje de 20~ 50.

DEBE usar un transformador de audio de derivación central para invertir el flujo en el núcleo y no saturarlo con CC aunque esté polarizado con CC. La corriente de CC debe ser suficiente para superar la corriente de CA de carga para evitar que el conductor complementario pase hambre.

ingrese la descripción de la imagen aquíEsto está tomado de una radio AM de bolsillo vintage de los años 60.

La relación de vueltas puede ser algo así como 10: 1, no 1.5: 1

No lo he dejado claro pero esta es solo la última etapa del amplificador, usaré un emisor común antes para proporcionar una ganancia de voltaje decente.
Presioné regresar para escribir una línea, pero publicó el comentario. Veré sobre el seguidor del emisor y leeré más sobre la saturación del núcleo para ver si aclara algo.
@glz estudia el diseño perfecto de radio AM de 7 transistores anterior. Puede invertir la polaridad a NPN. Es posible que hayan usado germanio PNP
comentarios preguntas? la falta de grifo central es tu respuesta.
Gracias por el consejo, pero ¿dónde conecto el grifo central para invertir el flujo? ¿Está en el primario o en el secundario del transformador?
Si no puede leer el esquema que publiqué, solo pregunte, pero el grifo está conectado a 9V, pero puede usar NPN y tocar a 9V +
Pero mi primario está conectado a +9V, entonces los cortocircuitaré si conecto el grifo a +9V, ¿no? En ese esquema hay un transformador más y dos transistores, ¿los necesito también? (Lo siento, estoy comenzando con la electrónica y con mi nivel de conocimiento no puedo entender ese circuito de radio).
Es posible que necesite leer mucho más para comprender los amplificadores push-pull y cómo funcionan los readios AM simples. pero actualizaré el esquema para mostrar lo que hace cada transformador. Esta era una radio AM japonesa extremadamente inteligente y eficiente que usaba transistores de germanio que ya no se fabrican. Será difícil para usted duplicar esto, así que analice o encuentre algo similar para copiar. El grifo principal polariza la CC en el colector y la salida está flotando, por lo que no hay CC en el altavoz. En el diseño moderno, utilizan dos amperios en modo diferencial para eliminar la compensación de CC.
¿Cómo resolver el recorte del amplificador BJT en una señal?
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