Para una clase de laboratorio, se nos asignó un proyecto final en el que tenemos que diseñar un amplificador usando BJT, diodos y capacitores (no se permiten MOSFET) para controlar un altavoz de 8 ohmios. Los requisitos que se dan son los siguientes:
No incluí las especificaciones exactas para nuestro proyecto final en esta pregunta, ya que creo que eso no está permitido, ¿no? Pero el problema de nuestro grupo es cómo abordar esto desde una perspectiva de diseño.
Nuestra idea es usar una configuración CE-CC, pero obviamente este es un pensamiento demasiado básico.
Creo que sucedió que los tres siempre lo pensamos desde una perspectiva de análisis. O todos necesitamos estudiar más jaja, lo cual también es cierto.
Ni siquiera sabemos acerca de las configuraciones de fuente de alimentación AB (¿es correcta mi terminología)? Ya que aún no se ha discutido. Tal vez en otra clase. No estoy seguro de si se suponía que íbamos a encontrar algo similar usando transistores conectados por diodos o algo así, ya que no cubrimos el uso de diodos en esta clase. Por cierto, esta clase se trata principalmente de analizar configuraciones BJT y MOS, y sus respuestas de frecuencia.
¡Así que una guía sobre cómo abordar hacer esto sería genial! Para que al menos sepamos cómo empezar a hacer esto. Tal vez también nos falta información sobre cómo se maneja realmente un altavoz de 8 ohmios... Quiero decir, ya lo hemos hecho en el laboratorio, pero ¿cómo se las arregla para emitir sonido? ¿Se debe a la variación de voltaje debido al voltaje de señal pequeña introducido en el circuito? ¿Qué pasaría si un voltaje de CC es lo que pasa a través del altavoz? (Intentamos simular una configuración en SIMetrix y cometimos un error en algún lugar donde el voltaje de salida (el que pasa por el parlante) es un nivel de CC constante, por lo que obviamente cometimos un error en algún lugar). Una aclaración sobre cómo funciona esto también sería bueno: D ¡Gracias a cualquiera que me ayude!
[EDITAR: Dado que la gente comenta que debería incluir los requisitos de las especificaciones, lo haré. Dudaba en incluirlos porque es trabajo de clase. Pero supongo que realmente estoy siendo vago, y ustedes son buenos jueces sobre cómo ayudarme ya que saben qué hacer al respecto. Perdón por el descuido :(]
Requisitos:
Está haciendo demasiadas preguntas básicas para esta etapa de su curso. Esto significa que no entendiste parte del material anterior, pero lo que es peor, está claro que no tienes intuición ni sensibilidad para los circuitos. Con un poco de trabajo duro, posiblemente puedas salir del paso y eventualmente recibir un título, pero eso será solo un pedazo de papel vacío. Me he encontrado con tales "ingenieros" varias veces, y son descubiertos rápidamente en el mundo real. Si no has estado jugando con estas cosas desde al menos la escuela secundaria, entonces no tienes pasión por ellas y deberías reevaluar seriamente tus objetivos profesionales.
Sin embargo, para responder algunas de sus preguntas, divida el problema en tres etapas.
La primera etapa debe tener una impedancia de entrada razonablemente alta con la capacidad de recibir la señal de retroalimentación de la salida. Esto podría ser, como solo un ejemplo, un par diferencial que se encuentra en la entrada de los amplificadores operacionales BJT. El propósito principal de esta etapa es tomar la señal de entrada, restar la señal de retroalimentación y multiplicarla por alguna ganancia. También debe bajar la impedancia de la señal que pasa a la siguiente etapa.
La segunda etapa es principalmente para ganancia y para hacer que la señal tenga una impedancia aún más baja. En este punto, es solo una señal de un solo extremo. Hay muchas maneras de hacer esto.
La tercera etapa es proporcionar la corriente relativamente grande necesaria para impulsar el altavoz. Esta etapa no tendrá mucha ganancia de voltaje. De hecho, en algunas configuraciones tiene una ganancia de voltaje inferior a 1. Sin embargo, tiene una ganancia de potencia significativa debido a que reduce la impedancia a algo pequeño en comparación con los 8 Ω del altavoz. Sugerencia 1: un BJT en configuración de seguidor de emisor tiene una ganancia de voltaje un poco menor que 1, pero una gran ganancia de corriente. Un problema es que el voltaje de salida es el voltaje de entrada menos la caída de BE. Sugerencia 2: los diodos de silicio ordinarios tienen aproximadamente la misma caída de voltaje cuando están polarizados hacia adelante como la unión BE de un transistor. Con un poco de ingenio, puede usar un diodo para compensar la entrada de un seguidor de emisor para obtener aproximadamente el mismo nivel de salida que el nivel de entrada, pero aún con la gran ganancia de corriente. Pista 3: Tanto NPN como PNP se pueden usar como emisores seguidores, cada uno trabajando en la polaridad opuesta. Ambos juntos se pueden usar para hacer un seguidor de emisor que funcione simétricamente en ambas direcciones.
En primer lugar, ¿puedo decir que realmente no ha proporcionado suficiente información y que también está preguntando demasiado en una pregunta?
Definitivamente sugeriría conseguir un libro. Uno realmente bueno es "el arte de la electrónica". Ha sido la "biblia" durante mucho tiempo y le dará una gama de circuitos desde los más básicos hasta los más elaborados, con todas las explicaciones, ideas y orientación técnica.
Luego: Paso 1: establecer requisitos. (Características, costo, etc.). Luego diseña y prueba. Existen diversas metodologías. Pruebe http://engineering.stackexchange.com para eso. Tal vez adaptar una metodología utilizada en informática, como el método de cascada. La metodología más simple podría verse así:
El método de cascada tiene bucles que lo llevan de vuelta a la etapa de diseño si hay problemas en las últimas etapas.
En cuanto al diseño: proponga algunos diseños, evalúe cada uno en una tabla con el costo, el rendimiento, etc. Utilice herramientas de simulación y/o cálculos para establecer el rendimiento, como la eficiencia, THD, etc.
Vuelva cuando necesite ayuda con una tarea específica, como ayuda con un diseño en particular, o cálculos para un aspecto, etc. Divide la tarea.
Creo que la razón por la que te sientes atascado es que en realidad no has completado la primera etapa; requisitos No sabes qué es lo que realmente estás obligado a producir. Investigue y/o pase por el ciclo iterativo de desarrollo hasta que esté satisfecho con un diseño.
Le daré algunos pasos en la dirección correcta a continuación. Pero no puedo enfatizar lo suficiente que juegas con los diseños; Si bien un método puede parecer la mejor manera, no lo sabrá realmente hasta que haya investigado otros. ¡Es decir, no tome el circuito que doy como la única o la mejor manera!
En primer lugar, su pregunta sobre los altavoces y el sonido. El sonido es una onda. Es una onda longitudinal. Imagina un juguete de resorte "furtivo". Estírelo sobre el suelo, luego empuje/jale repetidamente un extremo (hacia y lejos del otro extremo). Esa es una onda longitudinal. Donde se comprime la espiral del resorte, es como el aire comprimido en el sonido, y donde se expande la espiral del resorte, es como la parte de menor presión de la onda de sonido.
Todo lo que el altavoz necesita hacer (o cualquier cosa en el aire, para el caso) para producir sonido es vibrar. A medida que se mueve en el aire, crea una alta presión. A medida que se aleja del aire, crea baja presión; ambos viajan a la velocidad del sonido, como las ondas en el furtivo. (Aunque las olas furtivas probablemente solo se muevan a unos pocos metros por segundo).
La forma en que vibra un altavoz es bastante sencilla. Es solo una bobina y un imán. Cuando la corriente fluye en una dirección en la bobina, genera magnetismo, lo que hace que se mueva en una dirección con respecto al imán permanente. Y cuando la corriente se mueve en la otra dirección, los polos de la bobina se invierten y, por lo tanto, se atrae en la otra dirección con respecto al imán permanente.
Además, cuanta más corriente fluya a través de la bobina, más se extenderá (o retraerá) el cono del altavoz. Entonces, si quisiera, podría crear sonido en un altavoz con una onda sinusoidal que tiene una compensación de CC, por ejemplo, de modo que el voltaje en la bobina solo esté en una dirección, solo con corriente variable. Entonces, la onda sinusoidal podría tener un voltaje de +2v a +10v. Sin embargo, esto sería una pérdida de energía; por ejemplo, si tiene una onda sinusoidal que va de +5.9v a +6.1v, el parlante se moverá muy poco, pero tendrá un promedio de 6v, y para un parlante de 8 ohmios, eso significaría que I= V/R, una corriente de 0,75 amperios, por lo que P=IV, potencia de 4,5 vatios, casi todo desperdiciado (como calor en el altavoz).
Entonces, ahora en pistas para un posible circuito...
Como probablemente sepa, un transistor bipolar tiene una caída de voltaje entre la base y el emisor de aproximadamente 0.7v. Esto resulta ser lo mismo que un diodo con polarización directa; no es coincidencia ya que partes de la estructura de los transistores bipolares se asemejan a un diodo.
Eso es lo que este circuito usa para funcionar:
http://www.bowdenshobbycircuits.info/page8.htm
Vea cómo le va entendiendo cómo funciona eso, y continúe desde allí. Esta pregunta/respuesta ha llegado a su límite, realmente necesita dividirse en más preguntas, así que haga más preguntas por separado, haciendo todo lo posible para aislar sus preguntas en problemas atómicos distintos.
Dado que es un trabajo de clase, dudo en decir demasiado. Además, no soy diseñador de amplificadores de audio. Pero sugeriría el libro de Douglas Self sobre diseño de amplificadores de potencia de audio, ya que tampoco usa MOS o IC (como amplificadores operacionales). Puede ser la intención de su maestro que todos luchen por las compensaciones de diferentes arquitecturas de amplificadores. Pero hay una especie de forma estándar en que estos amplificadores están diseñados. Utilizan un par de cola larga para la etapa de entrada, un amplificador de emisor común para la etapa de ganancia de voltaje y una etapa de salida de seguidor de emisor de clase B (push-pull con NPN en la parte superior y PNP en la parte inferior). Evitaría la salida de clase A, ya que se convierte en un problema de diseño térmico en lugar de estrictamente un problema de diseño electrónico. Si la potencia de salida requerida es muy baja, podría considerar la clase A.
También hay muchas otras cosas prácticas que debe atender para asegurarse de que sea estable. El diseño térmico y la estabilidad térmica también son muy importantes.
Como nota final, dado que optó por no incluir la mayoría de las especificaciones, es difícil decir qué tan difícil será este problema. La topología que enumeré anteriormente no puede conducir energía de riel a riel, por ejemplo. No puede conducir el NPN en la parte superior lo suficientemente alto como para obtener una salida VCC. Del mismo modo, no puede conducir el PNP en la parte inferior lo suficientemente bajo como para obtener una salida VEE. El diablo está en los detalles.
Buena suerte.
Andy alias
Efervescencia
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