¿Cómo se calculan los valores de resistencia R1 y R2 para un amplificador de transistor que tiene un sesgo de divisor de voltaje?

En un amplificador como este, su objetivo al seleccionar R1 y R2 es polarizar el amplificador a medio camino entre dos extremos. Los dos extremos son:

1. El transistor está completamente encendido y la corriente del colector está limitada solo a Rc y Re.
2. El transistor está completamente apagado y la corriente del colector es cero.

Si alcanza cualquiera de estos extremos, la salida se recorta. Entonces, si podemos sesgar el amplificador para que esté a medio camino entre estos extremos, entonces hemos maximizado la amplitud de la señal de entrada que se puede amplificar sin recortar el lado positivo o negativo.

Podemos hacer un par de suposiciones simplificadoras:

1. Debido a que el transistor tiene una alta ganancia de corriente (probablemente β > 75), podemos considerar que la corriente que entra al colector es igual a la corriente que sale del emisor. También se sigue que la corriente a través de Rc debe ser igual a la corriente a través de Re.
2. Debido a que solo nos interesa polarizar en CC, podemos ignorar todos los capacitores como si fueran circuitos abiertos.
3. Debido a que el voltaje de saturación de un transistor BJT es pequeño (0,2 V) en relación con el voltaje de suministro (9 V), podemos suponer que este voltaje de saturación es 0.
4. La salida de este amplificador estará conectada a una alta impedancia, por lo que consideramos que esta corriente es cero. En particular, un altavoz no es de alta impedancia (8Ω es típico). Si desea conectar este circuito a un altavoz, necesita un amplificador de búfer .

Entonces, la primera pregunta es esta: en el primer extremo, cuando la corriente del colector está limitada solo por Rc y Re, ¿cuál es esa corriente?

Como Rc y Re están en serie, podemos sumar esas resistencias y calcular la corriente con la ley de Ohm:

Recuerde, esta es la corriente a través del colector del transistor en un extremo del recorte. El otro extremo es ninguna corriente en absoluto. Así que a mitad de camino entre estos puntos es sólo la mitad de$I_c$, o alrededor de 1,32 mA.

Entonces, ¿qué voltaje debe haber en la base para hacer$I_c = 1.32\:\mathrm{mA}$?

La unión del emisor base de un transistor BJT es efectivamente un diodo. Y ya hemos establecido que la corriente a través de Rc, el colector y Re son iguales (vea la suposición simplificada #1). Entonces podemos simplificar un poco este problema:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Dado que conocemos la corriente a través de Re (1,32 mA), podemos calcular el voltaje a través de ella con la ley de Ohm:

También sabemos que el voltaje directo de cualquier diodo de silicio es de aproximadamente 0,6 V. Agregado a los 1.58V anteriores, eso significa que si queremos que la corriente sea de 1.32ma, entonces V1 deberá ser:

Entonces, ahora solo necesita encontrar un par de resistencias para R1 y R2 que hagan un divisor de voltaje con una salida de 2.18V.

También debe tener en cuenta que la corriente en la base del transistor introducirá algún error en su divisor de voltaje. Podemos estimar que esta corriente será la corriente del colector, dividida por la ganancia del transistor. Si luego elige los valores de su divisor de voltaje de modo que la corriente a través del divisor sea al menos 10 veces la corriente base, entonces este error será insignificantemente pequeño.

Para simplificar las matemáticas, es razonable suponer que la ganancia del transistor (β) es 100. Por lo tanto, la corriente base será algo así como 0,0265 mA. Desea que la corriente a través del divisor de voltaje sea al menos 10 veces mayor, o 0,265 mA. Por la ley de Ohm:

Finalmente, querrá ajustar su simulador para ingresar una señal de amplitud mucho más pequeña. La señal de salida no puede ser posiblemente más de 9 V pico a pico, y en realidad menos que eso porque el transistor no puede conducir la salida hasta los rieles de suministro. Dado que se trata de un amplificador, eso significa que la señal deberá ser mucho menor que 9 V pico a pico; de lo contrario, verá recortes y atenuación.

¡Lo que ves no tiene nada que ver con los valores de las resistencias! Lo que ve es el comportamiento que obtiene cuando sobrecarga severamente la entrada. Está aplicando demasiada señal de entrada a este circuito.

¿Ese pico de 10 V que estás poniendo? Caray, el suministro es de solo 9 V. Si desea una distorsión baja, la oscilación de salida solo puede ser de 2 V de pico más o menos.

Manténgase por debajo de 1 Vpico-pico en la entrada y debería funcionar correctamente.

Si tu objetivo es diseñar tu propio amplificador de audio. tienes un largo camino por recorrer. Deberá comprender cómo funciona este circuito, entender por qué cambiar las resistencias no ayudaría y mucho más. Diseñar un circuito no es poner algo en un simulador y esperar lo mejor. Diseñar algo requería conocimiento y práctica.

Actualización: Vaya, mi error, olvidé considerar que CE de 100 uF, esto aumentará la ganancia. SI EL CIRCUITO FUE DIMENSIONADO CORRECTAMENTE que no lo es. Este amplificador está incorrectamente polarizado, RC es demasiado alto y conduce al transistor a la saturación.

¡Esto explica por qué obtienes la salida distorsionada!

Deberá estudiar un poco más para aprender a polarizar un transistor correctamente.