¿Por qué un amplificador de clase A no puede controlar un altavoz de 8 ohmios con un solo BJT?

Question

¿Por qué un amplificador de clase A no puede controlar un altavoz de 8 ohmios con un solo BJT?

Willis Blackburn

Diseñé este amplificador de clase A. Es mi primer intento de diseñar un amplificador con transistores. Mi objetivo es construir un amplificador de guitarra con válvulas, pero pensé que construir primero un amplificador con BJT y una fuente de alimentación de bajo voltaje me permitiría comprender lo que sucede antes de intentar algo más complicado.

Quiero conducir un altavoz de 8 ohmios. El problema, por supuesto, es que si conecto RS, el altavoz, de repente la señal de CA ve básicamente 8 ohmios a tierra y no puede desarrollar ningún voltaje en el colector Q1.

Creo que la forma correcta de hacer esto es conectar el colector Q1 a la base de otro transistor, Q2, configurado como seguidor de emisor, y conducir el altavoz desde el emisor de Q2.

Pero lo que me gustaría entender es, ¿cuál es el factor limitante que me impide conducir el altavoz desde Q1? Tengo un entendimiento confuso de que necesito Q1 para proporcionar amplificación de voltaje y luego un seguidor de emisor para proporcionar la corriente para impulsar el altavoz, pero no entiendo por qué no puedo obtener ambos en un solo lugar, ya que toda la potencia es, en última instancia, provenientes de la misma fuente de alimentación. ¿Hay alguna manera de habilitar este circuito para controlar un altavoz de 8 ohmios sin agregar un segundo transistor?

esquemático

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Pablo Uszak

C3 es increíble, ¿no?

Sredni Vashtar

Digamos que la resistencia de salida de su amplificador es de 300 ohmios. Y que genera voltios Vmax. ¿Cuántos voltios podrá ver en una carga de 8 ohmios? (¿Ves un divisor de voltaje realizado con Rload y Rout?). Bueno, la razón por la que no puedes hacerlo con una sola etapa es que: el CE (con degeneración del emisor) tiene una buena amplificación pero también un Rout de tamaño mediano. Entonces, si su carga no coincide con esa ruta, necesita algo más para que coincida.

broma

La forma en que esto se hizo con los tubos de vacío (si eran de clase A) fue balancear el voltaje de la placa (o cátodo, a veces) en un rango de voltaje muy grande y alimentarlo (de varias maneras diferentes) a través de un transformador que redujo el alto voltaje. swing mientras aumenta el cumplimiento actual. En efecto, el transformador hizo coincidir la impedancia del altavoz con la impedancia del circuito del tubo (que a menudo está cerca de

6 k Ω

$6\:\text{k}\Omega$ .) Su colector BJT puede bajar. Pero no puede "tirar hacia arriba". Lo único que tira hacia arriba es

R_{L}

$R_L$ . No voy a trabajar.

Sredni Vashtar

(Acabo de notar que llamaste RL lo que yo llamo Rc, que es básicamente Rout, y Rs lo que yo llamo RLoad). ¿Cuánto puedes bajar tu RL (mi Rout) y tu Re para mantener la ganancia?

david tweed

¿Cómo se te ocurrió este diseño en primer lugar sin considerar el efecto de la impedancia de carga? Si necesita un curso completo sobre el diseño de amplificadores de emisor común, esta pregunta es demasiado amplia para este sitio.

Ale..chenski

¿Por qué no pones tus esquemas en LTspice y miras todas las formas de onda (voltajes y corrientes) por ti mismo?

Tony Estuardo EE75

Como con cualquier amplificador Clase A. Su impedancia de carga debe ser > Rc para evitar privar a la corriente Ic. Entonces no puedes conducir 8 con 330 ohmios. Recuerde que el colector es una fuente actual. las radios de transistores con solo 7 BJT en total usarían un transformador reductor para aislar la CC del altavoz y transformar la impedancia.

Willis Blackburn

@Dave Tweed, lo siento, debo haberme resbalado y escrito "Necesito un curso completo sobre diseño de amplificadores de emisor común", cuando lo que quería decir era, "¿es posible modificar este diseño para impulsar el altavoz desde Q1?" Mis disculpas.

david tweed

Y sin embargo, no pudiste responder a mi pregunta. Si quiere ayuda aquí, pierda la actitud y coopere más con los voluntarios que están tratando de ayudarlo.

Willis Blackburn

@SredniVashtar gracias por su explicación, entiendo que simplemente no hay una buena manera de conducir una carga pesada en la configuración del emisor común, a menos que esté dispuesto a impulsar una gran cantidad de corriente a través de Q1 como sugiere la respuesta a continuación.

Sredni Vashtar

Q1, si se elige correctamente y se disipa, podría soportar la corriente. Es la bobina que funciona con 750 mA CC lo que sería un problema para mí (pero no soy un aficionado al audio)

Willis Blackburn

@PaulUszak que parecía correcto dada la resistencia de 28 ohmios. 100uF corta un poco más alto pero también funcionaría. ¿Crees que lo calculé mal?

Sredni Vashtar

Lo hojeé, pero podría intentar algo como esto: youtube.com/watch?v=cbc3Q-AGOJM pero las resistencias y el disipador de calor le costarán más que otra etapa (también con una ganancia de 10 en lugar de 30). Además, podrías seguir la sugerencia de Jonk y hacerte con un transformador, como aquí: youtube.com/watch?v=WXNGB3BjVvA

broma

Acabo de ver los dos videos de @SredniVashtar. ¡Dios mío! Es lo suficientemente molesto como para hacerme hacer un diseño de clase A. iré con el

12 V

$12\:\text{V}$ riel, suministro único, operación de clase A,

8 Ω

$8\:\Omega$ impedancia del altavoz y ajústelo para

1 W

$1\:\text{W}$ producción. Ganancia de CA de 15. Siéntase libre de cortarlo o desarmarlo.

Willis Blackburn

@jonk, esos son básicamente los parámetros exactos que buscaba, así que hágame saber cómo lo hace. Empecé seleccionando la corriente de colector en reposo. El tutorial que estaba leyendo sugería "10-20% de la corriente máxima del transistor", pero luego decía que 1 mA era común. Fui con 10%, alrededor de 20mA. Pero si va a impulsar una etapa de potencia de alta impedancia, tal vez 20 mA sea demasiado alto. Todos los valores R parecen bajos en comparación con otros esquemas que he visto.

Willis Blackburn

@jonk No importa, acabo de ver tu nueva respuesta, ¡no puedo esperar para leerla!

broma

@WillisBlackburn Estaría mucho mejor con un diseño de amplificador de clase AB. Pero hay más partes. Ver: definición de clases de operación del amplificador . Agregaré un diseño de amplificador de clase AB en la parte inferior de mi respuesta, pero no agregaré un recorrido. La respuesta ya es bastante larga.

Willis Blackburn

@jonk Sé que una clase AB será más eficiente, pero soy nuevo en esto, por lo que estoy tratando de implementar lo más simple que pueda funcionar para comenzar. Mi conclusión principal de esto hasta ahora es que el 2N3904 es demasiado débil para manejar un altavoz. Si Q1 puede amplificar la señal entrante a aproximadamente 8V p2p, llame a 3V RMS, entonces para controlar un altavoz de 8 ohmios necesitaría 375 mA, ¿verdad? Eso me daría alrededor de 1 vatio de potencia de salida. Pero el 2N3904 no puede entregar 375 mA, así que necesito algo más grande.

broma

@WillisBlackburn La clase AB será más eficiente. El problema con los BJT discretos es que varían entre sí y se ven afectados por la temperatura. Esperaba guiarlo a través de un proceso de diseño que se acerque (pero aún es "nivel de pasatiempo"). Un solo amplificador BJT funciona, pero como puede ver los videos, incluyen una gran cantidad de resistencias de hierro pesado y / o GRANDES. Y tampoco son buenos para el BJT. Y la calidad del audio tiene mucho que desear.

Willis Blackburn

Continuemos esta discusión en el chat .

Sredni Vashtar

@Jonk Bueno, parece que ese era el alcance de la pregunta, ¿verdad? Comprender el origen de las limitaciones de un solo bjt ampli. Me encantan sus tutoriales, pero si tenemos que ir a AB, algo como esto conradhoffman.com/papers_lib/AN485.pdf , ¿por qué no usar un IC como el LM386 o un NE5532 y terminar? :-)

broma

@SredniVashtar Sí. Estoy completamente contigo en ese punto. En parte, mi razonamiento es que realmente no sé a dónde quiere ir el OP. A veces, es una buena idea proporcionar un contexto amplio a partir del cual el OP pueda determinar qué es importante para él. Pero sí, esto se está yendo muy lejos. Otorgada.

Pablo Uszak

Lo principal que quito de esta pregunta y sus contribuyentes es: no use transistores para amplificar nada. Utilice amplificadores operacionales.

broma

@PaulUszak No puedes evitar la sección final. ¿Dónde vas a encontrar un opamp capaz de conducir 200 W en un altavoz de 8 ohmios? Pero estoy de acuerdo en gran parte del resto. (Excepto también para las etapas de preamplificación; a veces, el ruido o el manejo especial del transductor no se pueden manejar con un amplificador operacional). Lo que sucede en el medio es probablemente el dominio del amplificador operacional.

usuario253751

Tienes un divisor de voltaje con 330 ohmios y 8 ohmios. El voltaje entre ambos, combinados, es de 12 voltios. Calcule el voltaje a través de la resistencia de 8 ohmios.

Willis Blackburn

Después de estudiar esto durante mucho tiempo, creo que la respuesta es esta: controlar un altavoz de 4 ohmios requiere algo así como 1000X la potencia que puede generar una guitarra eléctrica, y obtener una amplificación de 1000X con un BJT es imposible.

e_asphyx

Se puede hacer si proporciona suficiente corriente de colector. Hay una serie de amplificadores de clase A para aficionados que funcionan según este principio sin un búfer que se basa solo en una retroalimentación para proporcionar una baja impedancia de salida. Por lo general, emplean una fuente de corriente constante como carga y una retroalimentación de derivación (colector a base).

Respuestas (2)

¿Por qué un amplificador de clase A no puede controlar un altavoz de 8 ohmios con un solo BJT?

Digamos que la resistencia de salida de su amplificador es de 300 ohmios. Y que genera voltios Vmax. ¿Cuántos voltios podrá ver en una carga de 8 ohmios? (¿Ves un divisor de voltaje realizado con Rload y Rout?). Bueno, la razón por la que no puedes hacerlo con una sola etapa es que: el CE (con degeneración del emisor) tiene una buena amplificación pero también un Rout de tamaño mediano. Entonces, si su carga no coincide con esa ruta, necesita algo más para que coincida.
La forma en que esto se hizo con los tubos de vacío (si eran de clase A) fue balancear el voltaje de la placa (o cátodo, a veces) en un rango de voltaje muy grande y alimentarlo (de varias maneras diferentes) a través de un transformador que redujo el alto voltaje. swing mientras aumenta el cumplimiento actual. En efecto, el transformador hizo coincidir la impedancia del altavoz con la impedancia del circuito del tubo (que a menudo está cerca de $6\:\text{k}\Omega$ .) Su colector BJT puede bajar. Pero no puede "tirar hacia arriba". Lo único que tira hacia arriba es $R_L$ . No voy a trabajar.
(Acabo de notar que llamaste RL lo que yo llamo Rc, que es básicamente Rout, y Rs lo que yo llamo RLoad). ¿Cuánto puedes bajar tu RL (mi Rout) y tu Re para mantener la ganancia?
¿Cómo se te ocurrió este diseño en primer lugar sin considerar el efecto de la impedancia de carga? Si necesita un curso completo sobre el diseño de amplificadores de emisor común, esta pregunta es demasiado amplia para este sitio.
¿Por qué no pones tus esquemas en LTspice y miras todas las formas de onda (voltajes y corrientes) por ti mismo?
Como con cualquier amplificador Clase A. Su impedancia de carga debe ser > Rc para evitar privar a la corriente Ic. Entonces no puedes conducir 8 con 330 ohmios. Recuerde que el colector es una fuente actual. las radios de transistores con solo 7 BJT en total usarían un transformador reductor para aislar la CC del altavoz y transformar la impedancia.
@Dave Tweed, lo siento, debo haberme resbalado y escrito "Necesito un curso completo sobre diseño de amplificadores de emisor común", cuando lo que quería decir era, "¿es posible modificar este diseño para impulsar el altavoz desde Q1?" Mis disculpas.
Y sin embargo, no pudiste responder a mi pregunta. Si quiere ayuda aquí, pierda la actitud y coopere más con los voluntarios que están tratando de ayudarlo.
@SredniVashtar gracias por su explicación, entiendo que simplemente no hay una buena manera de conducir una carga pesada en la configuración del emisor común, a menos que esté dispuesto a impulsar una gran cantidad de corriente a través de Q1 como sugiere la respuesta a continuación.
Q1, si se elige correctamente y se disipa, podría soportar la corriente. Es la bobina que funciona con 750 mA CC lo que sería un problema para mí (pero no soy un aficionado al audio)
@PaulUszak que parecía correcto dada la resistencia de 28 ohmios. 100uF corta un poco más alto pero también funcionaría. ¿Crees que lo calculé mal?
Lo hojeé, pero podría intentar algo como esto: youtube.com/watch?v=cbc3Q-AGOJM pero las resistencias y el disipador de calor le costarán más que otra etapa (también con una ganancia de 10 en lugar de 30). Además, podrías seguir la sugerencia de Jonk y hacerte con un transformador, como aquí: youtube.com/watch?v=WXNGB3BjVvA
Acabo de ver los dos videos de @SredniVashtar. ¡Dios mío! Es lo suficientemente molesto como para hacerme hacer un diseño de clase A. iré con el $12\:\text{V}$ riel, suministro único, operación de clase A, $8\:\Omega$ impedancia del altavoz y ajústelo para $1\:\text{W}$ producción. Ganancia de CA de 15. Siéntase libre de cortarlo o desarmarlo.
@jonk, esos son básicamente los parámetros exactos que buscaba, así que hágame saber cómo lo hace. Empecé seleccionando la corriente de colector en reposo. El tutorial que estaba leyendo sugería "10-20% de la corriente máxima del transistor", pero luego decía que 1 mA era común. Fui con 10%, alrededor de 20mA. Pero si va a impulsar una etapa de potencia de alta impedancia, tal vez 20 mA sea demasiado alto. Todos los valores R parecen bajos en comparación con otros esquemas que he visto.
@jonk No importa, acabo de ver tu nueva respuesta, ¡no puedo esperar para leerla!
@WillisBlackburn Estaría mucho mejor con un diseño de amplificador de clase AB. Pero hay más partes. Ver: definición de clases de operación del amplificador . Agregaré un diseño de amplificador de clase AB en la parte inferior de mi respuesta, pero no agregaré un recorrido. La respuesta ya es bastante larga.
@jonk Sé que una clase AB será más eficiente, pero soy nuevo en esto, por lo que estoy tratando de implementar lo más simple que pueda funcionar para comenzar. Mi conclusión principal de esto hasta ahora es que el 2N3904 es demasiado débil para manejar un altavoz. Si Q1 puede amplificar la señal entrante a aproximadamente 8V p2p, llame a 3V RMS, entonces para controlar un altavoz de 8 ohmios necesitaría 375 mA, ¿verdad? Eso me daría alrededor de 1 vatio de potencia de salida. Pero el 2N3904 no puede entregar 375 mA, así que necesito algo más grande.
@WillisBlackburn La clase AB será más eficiente. El problema con los BJT discretos es que varían entre sí y se ven afectados por la temperatura. Esperaba guiarlo a través de un proceso de diseño que se acerque (pero aún es "nivel de pasatiempo"). Un solo amplificador BJT funciona, pero como puede ver los videos, incluyen una gran cantidad de resistencias de hierro pesado y / o GRANDES. Y tampoco son buenos para el BJT. Y la calidad del audio tiene mucho que desear.
@Jonk Bueno, parece que ese era el alcance de la pregunta, ¿verdad? Comprender el origen de las limitaciones de un solo bjt ampli. Me encantan sus tutoriales, pero si tenemos que ir a AB, algo como esto conradhoffman.com/papers_lib/AN485.pdf , ¿por qué no usar un IC como el LM386 o un NE5532 y terminar? :-)
@SredniVashtar Sí. Estoy completamente contigo en ese punto. En parte, mi razonamiento es que realmente no sé a dónde quiere ir el OP. A veces, es una buena idea proporcionar un contexto amplio a partir del cual el OP pueda determinar qué es importante para él. Pero sí, esto se está yendo muy lejos. Otorgada.
Lo principal que quito de esta pregunta y sus contribuyentes es: no use transistores para amplificar nada. Utilice amplificadores operacionales.
@PaulUszak No puedes evitar la sección final. ¿Dónde vas a encontrar un opamp capaz de conducir 200 W en un altavoz de 8 ohmios? Pero estoy de acuerdo en gran parte del resto. (Excepto también para las etapas de preamplificación; a veces, el ruido o el manejo especial del transductor no se pueden manejar con un amplificador operacional). Lo que sucede en el medio es probablemente el dominio del amplificador operacional.
Tienes un divisor de voltaje con 330 ohmios y 8 ohmios. El voltaje entre ambos, combinados, es de 12 voltios. Calcule el voltaje a través de la resistencia de 8 ohmios.
Después de estudiar esto durante mucho tiempo, creo que la respuesta es esta: controlar un altavoz de 4 ohmios requiere algo así como 1000X la potencia que puede generar una guitarra eléctrica, y obtener una amplificación de 1000X con un BJT es imposible.
Se puede hacer si proporciona suficiente corriente de colector. Hay una serie de amplificadores de clase A para aficionados que funcionan según este principio sin un búfer que se basa solo en una retroalimentación para proporcionar una baja impedancia de salida. Por lo general, emplean una fuente de corriente constante como carga y una retroalimentación de derivación (colector a base).

usuario136077 · Answer 1

Se puede hacer. Eliminar Rs y C2. Deje que su altavoz sea RL. RE1 y RE2 deberían ser más pequeños, porque limitan seriamente la oscilación de voltaje sobre RL.

Prepárese para gastar continuamente unos 9W, la mitad en el altavoz y posible RE y la otra mitad en Q1 si desea la máxima potencia de salida de audio teórica. Apuesto a que 2N3904 no aguanta ni un segundo, necesitas algo más fuerte y bien enfriado.

AGREGAR debido a los comentarios:

El suministro de 12 V permite una oscilación de voltaje pico de aproximadamente 6 V. La resistencia de CC del altavoz de 8 ohmios está cerca de los 8 ohmios. Supongamos que es de 7 ohmios. Algunos RE son útiles para la linealidad y la estabilidad térmica. Tengamos un RE, solo 1 Ohm. Ahora tenemos 6 V CC sobre 8 ohmios. Eso significa corriente = 750 mA. Eso significa una toma de corriente de 9 W CC de 12 V en estado inactivo.

El altavoz debe soportar 750 mA CC si puede manejar, digamos, 10 vatios.

Construcciones como esta fueron utilizadas por aficionados en los viejos tiempos (digamos 1960 - 1970) porque podían obtener un par de vatios de señal de audio aceptable de alimentación de CA sin etapas complejas de contrafase y la pérdida continua de energía no era un problema si uno usaba 12V batería de coche como su fuente de alimentación. Un disipador de calor de aluminio de 20 cm x 20 cm x 4 mm pudo mantener el transistor lo suficientemente frío. El precio de los transistores y otros componentes es hoy tan bajo que es inútil evitar la etapa de salida normal push-pull. Incluso un amplificador de clase A funciona mejor como push-pull.

Un truco : coloque un inductor masivo en paralelo con el altavoz. La corriente CC no pasa por el altavoz y puede multiplicar la potencia CA de salida, ya que la oscilación de voltaje puede ser superior a 12 Vpp. El inductor debe tener unos 50 mH o más y su núcleo de hierro debe ser lo suficientemente grande para soportar la magnetización de CC sin saturarse.

En teoría, puede agregar un devanado de compensación de saturación de CC al mismo núcleo del inductor si conduce la CC de compensación a través de otro altavoz para seleccionar la CA de salida. De lo contrario, es un transformador en cortocircuito.

Otra forma de compensar es agregar un imán permanente al circuito magnético.

Se me ocurrió que podría colocar el altavoz en lugar de RL, pero para dejar caer 6 V a través de él, necesitaría 750 mA de corriente, lo que freiría el transistor. ¿Llegaste a 9W como 6V*0.75A?
@WillisBlackburn Realmente no querrá una corriente de polarización de CC constante en el altavoz. La idea de un altavoz como carga colectora no es una buena idea.
Acabo de darme cuenta de mi error matemático elemental arriba... quiero decir 9W = 12V*0.75A...

broma · Answer 2

Descripción general del diseño del amplificador de clase A

Después de ver esos dos videos, Transistor único, 1 W y Aventuras en un amplificador de audio de un transistor , tuve que ilustrar un enfoque de diseño un poco más sensato. Para comenzar, esta es la idea básica sobre cómo controlar un altavoz (sin tener que encontrar y usar un transformador de audio con brecha y limitador de flujo, que definitivamente necesitará si planea pasar corriente CC a través del primario):

esquemático

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

$Q_1$ es un seguidor de emisor y podrá generar corriente en el altavoz. $Q_2$ es un emisor común y podrá absorber corriente de la carga. Juntos, pueden hacer un buen trabajo de hundimiento y suministro de corriente.

Un tercer BJT proporciona la diferencia de voltaje requerida:

esquemático

^{simular este circuito}

Tenga en cuenta que he mostrado dos esquemas.

A la izquierda, conecté el altavoz de forma ligeramente diferente (lo que también funcionaría bien) para ayudar a continuar con la transición de la derecha. También agregué el tercer BJT que se necesita. A la izquierda también hay una fuente actual arriba $Q_3$ y una pequeña resistencia para hundir un poco el exceso de corriente.

A la derecha, arranqué el diseño para proporcionar la fuente actual indicada a la izquierda. Condensador $C_1$ desarrollará un voltaje a través de él que permanece bastante fijo. También, $Q_1$ 's $V_\text{BE}$ también tendrá un voltaje relativamente fijo a través de él. En consecuencia, la resistencia $R_2$ tendrá un voltaje casi fijo a través de él. Entonces formará el equivalente de una fuente de corriente constante. Justo lo que necesitábamos.

Detalles de diseño del amplificador de clase A

El diseño ya está tomando forma. Pero es hora de ponerle algunos parámetros. En este caso, $V_\text{CC}=12\:\text{V}$ (de acuerdo con uno de los videos). Me gustaría dejar $1.5\:\text{V}$ $V_\text{CE}$ espacio libre para los dos BJT, $Q_1$ y $Q_2$ , para mantenerlos fuera de la saturación y tener algo decente $\beta$ sobrante Esto significa que tengo alrededor $12\:\text{V}-2\cdot 1.5\:\text{V}=9\:\text{V}$ de la alimentación oscilante restante en $C_1$ . Entonces $V_\text{PEAK}=\frac{9\:\text{V}}{2}=4.5\:\text{V}$ , o $V_\text{RMS}=\frac{V_\text{PEAK}}{\sqrt{2}}\approx 3.2\:\text{V}$ .

La potencia máxima en el altavoz será entonces de aproximadamente $\frac{V_\text{RMS}^2}{8\:\Omega}\approx 1\frac{1}{4}\:\text{W}$ .

Podemos estimar la corriente pico al altavoz ahora como $\frac{4.5\:\text{V}}{8\:\Omega}\approx 560\:\text{mA}$ . $Q_2$ tendrá que hundir esa cantidad de corriente, más algo de corriente adicional para permanecer en la operación de clase A. Establezcamos este mínimo en aproximadamente $100\:\text{mA}$ . Entonces, la corriente máxima del colector para $Q_2$ (y la corriente máxima del emisor para $Q_1$ ) será sobre $660\:\text{mA}$ . Suponiendo un activo $\beta=60$ (podemos lograr eso), esto significa que las corrientes base máximas serán del orden de $11\:\text{mA}$ .

En este punto voy a seleccionar el D44H11 BJT en el paquete TO-220, sabiendo que voy a quemar uno o dos vatios en cada uno. De la hoja de datos estimo un pico $V_\text{BE}\approx 800\:\text{mV}$ . me gustaría hundirme $1.5\:\text{mA}$ con $R_1$ , por lo que esto sugiere $R_1=\frac{800\:\text{mV}}{1.5\:\text{mA}}\approx 533\:\Omega$ . Así que me pondré $R_1=560\:\Omega$ .

voy a querer lo necesario $11\:\text{mA}$ , más esto añadido $1.5\:\text{mA}$ , en $R_2$ . Entonces $R_2=\frac{6\:\text{V}-800\:\text{mV}}{11\:\text{mA}+1.5\:\text{mA}}=416\:\Omega$ . Lo pondré un poco más caliente para $R_2=390\:\Omega$ .

Actualicemos el esquema:

esquemático

^{simular este circuito}

Se requerirá NFB para linealizar la salida y establecer la ganancia de CA. Así que agregué esa red de comentarios anterior, con la adición de $R_3$ , $R_4$ , y $C_2$ . Voy a elegir una ganancia de CA de $15$ , entonces $R_3=15\cdot R_4$ .

Desde $Q_3$ forma una especie de Darlington con $Q_2$ , la corriente base requerida para $Q_3$ estará a la orden de $\frac{13\:\text{mA}}{\beta=150}\approx 90\:\mu\text{A}$ . (A menudo será menor, pero esto es seguro). Esto significa que quiero una corriente de colector para el cuarto BJT que sea aproximadamente 10 veces más, o aproximadamente $1\:\text{mA}$ . $C_2$ solo necesita ser "lo suficientemente grande". Podría entrar en detalles para demostrar que $1\:\mu\text{F}$ podría estar bien Pero hagámoslo 10 veces más grande. Entonces $C_2=10\:\mu\text{F}$ .

Conectemos el cuarto BJT para que podamos analizar los detalles anteriores con una mejor perspectiva:

esquemático

^{simular este circuito}

Ahora puede ver que ya ingresé valores para las resistencias de ganancia de CA y $R_5$ (agregado recientemente aquí). Hice esto al recordar que mencioné anteriormente que la corriente del colector para $Q_4$ debiera ser $1\:\text{mA}$ . Si recuerda, me imagino que el voltaje central que alimenta $C_1$ será un reposo $6\:\text{V}$ . Me gustaría dejar caer aproximadamente la mitad de eso en el $V_\text{CE}$ de $Q_4$ y el resto lo divido equitativamente entre $R_3$ y $R_5$ . Así que esos valores están establecidos. Y como la ganancia es 15, el valor de $R_4$ también se establece por lo tanto, también. Como se muestra en el esquema anterior.

El único problema que queda es el sesgo $Q_4$ . Puede ver en el esquema anterior que he agregado algunas partes para lograrlo. Desde $Q_4$ La corriente del colector es de aproximadamente $1\:\text{mA}$ , la corriente base estará muy por debajo $10\:\mu\text{A}$ . Decidí elegir sobre $80\:\mu\text{A}$ para la corriente de polarización en $R_6$ y $R_7$ , para que quede lo suficientemente rígido. Necesito un voltaje base para $Q_4$ acerca de $6\:\text{V}-1.5\:\text{V}-70\:\text{mV}=3.8\:\text{V}$ . Entonces $R_6=R_7=\frac{3.8\:\text{V}}{80\:\mu\text{A}}\approx 47\:\text{k}\Omega$ .

$C_4$ me da una tierra de CA para un punto medio equilibrado. Lo único que queda es calcular $R_8=\frac{12\:\text{V}-3.8\:\text{V}}{80\:\mu\text{A}}-R_6=55.5\:\text{k}\Omega$ . Entonces $R_8=56\:\text{k}\Omega$ .

Aquí está el esquema final:

esquemático

^{simular este circuito}

Es un amplificador de clase A, de nivel educativo, no profesional.

(Actualización: he agregado un condensador de polo de compensación necesario, $C_5$ , al circuito anterior con un valor nominal, creo que será correcto. Era importante para bajar las frecuencias altas. Así que ahora está incluido).

Prometí agregar una clase AB. Se necesitan algunos ajustes para lidiar con BJT discretos que no se han incluido, ni discusiones sobre ellos. Entonces, nuevamente, esto es más un nivel educativo, aunque si lo construyes, espero que aún obtengas resultados aceptables.

esquemático

^{simular este circuito}

Incluye temperatura y dispositivo. $\beta$ y $V_\text{CE}$ compensación de coincidencia para el amplificador diferencial y los espejos y algunas otras áreas también. Ajustes disponibles para el multiplicador VBE para que la corriente de reposo se pueda configurar donde lo desee y para que también se pueda ajustar la respuesta térmica parabólica.

¿Estás seguro de la estabilidad térmica? Nada ve el crecimiento actual directamente durante el primer y segundo trimestre.
@ usuario287001 Cierto. Tenía la esperanza de evitar agregar demasiado tiempo al diseño. Si desea agregar una sugerencia, con cálculos cuantitativos, con gusto agregaré las buenas ideas que desee. He puesto todo el tiempo que quería y ya me preocupa que el OP no me siga. Mientras tanto, acabo de ejecutar una simulación con los BJT (solo Q1 y Q2) configurados a temperatura de ebullición (y dejando a los demás a aproximadamente 35 C) y apenas se movió.
Entonces puedes decir "Lo he simulado. Es estable si no dejas que supere los 100 grados centígrados".
@ user287001 Si el OP muestra más curiosidad, puedo agregar algo. Esto ilustra un recorrido rápido. (Al igual que con la codificación, los ejemplos ilustran. El código profesional hace más, pero a menudo es más difícil de leer).
@jonk hiciste un amplificador de clase A John Linsley Hood de 1969. andijahja.com/jlh/index-1.htm
@G36 Bueno, solo tomó unos minutos hacerlo. Apenas estaba pensando mientras escribía. Estoy en la cama ahora y no puedo ver el enlace todavía. Lo único extraño que hice fue agregar R8 para poder configurar el sesgo por separado de la carga de entrada. ¿Qué tan cerca están los valores? ¿También se usó bootstrapping? ¿Todo? O simplemente parecido? ¡No puede coincidir en todas partes! Eso sería una locura.
El diseño original de 10 W de una potencia de salida y el uso de un circuito de arranque más tradicional (dos resistencias) y R8 también están presentes. andijahja.com/jlh/jlh1969.pdf (página 7)
Gracias, @jonk. Tengo algunas preguntas, pero aún no he visto los videos, así que tal vez pueda encontrar respuestas allí.

¿Por qué un amplificador de clase A no puede controlar un altavoz de 8 ohmios con un solo BJT?

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