Audioverstärker der Klasse A

Ich versuche, einen Klasse-A-Audioverstärker mit den folgenden Spezifikationen zu entwerfen:

  • 9-V-DC-Netzteil, maximaler entnommener Strom 15 mA
  • Wird mit einem Lautsprecher mit niedriger Impedanz (8 Ohm) verwendet
  • Stellen Sie eine minimale variable Verstärkung von 10 bereit
  • Kann mit Frequenzen von 20 Hz - 5 kHz arbeiten
  • Eingangssignal ist 0,2 V (Spitze zu Spitze)

Ich habe mehrere Designs ausprobiert und bin auf folgende Probleme gestoßen:

  1. Ist es möglich, diese niederohmige Last bei diesem Eingangssignal tatsächlich mit nur 15 mA zu treiben? Alle Entwürfe, die ich gemacht habe, haben ungefähr 500 mA aus der DC-Versorgung gezogen
  2. Das Signal hatte immer eine Art Clipping.
  3. Ich hatte einige Probleme bei der Auswahl von Koppelkondensatoren für das Design.
  4. Bei der Auswahl eines Q-Punktes für jeden Transistor hatte ich einige Probleme herauszufinden, mit welchem ​​​​Ic ich anfangen sollte zu arbeiten

Das Design basiert hauptsächlich auf einer gemeinsamen Emitterstufe und einer gemeinsamen Kollektorstufe, die als Puffer fungiert. Ich werde zwei Designkonzepte anhängen, die ich ausprobiert habe (von denen keines wirklich funktioniert hat).

Ich würde gerne wissen, ob man das korrekte Verfahren zur Berechnung des korrekten Q-Punkts klären und mich dann schnell durch die Schritte führen kann, um die erforderlichen Berechnungen zum Entwerfen eines solchen Verstärkers durchzuführen.

DC-gekoppelter Schaltkreis

AC-gekoppelter Stromkreis

BEARBEITEN Ich habe also einige Zeit daran gearbeitet und dieses endgültige Design erreicht, aber wir haben diese Strombegrenzung von 15 mA vernachlässigt.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich bin mir nicht sicher, wie sich das im wirklichen Leben verhält, ich habe das gerade an Simulatoren getestet.

Willkommen bei EE.SE. Du hast mehrere Fehler gemacht, Kumpel. Löschen Sie C2 und R3 und lassen Sie R5 Ihre Kopplungsvorspannung sein. So wie es jetzt ist, wird R5 Q2 vollständig auf ON sättigen. Außerdem sollten Sie eine Rückmeldung haben, um die Schaltung selbst zu stabilisieren.
@ Sparky256 Wenn ich C2 und R3 entferne, hat die Schaltung nur null Ausgang an der 8-Ohm-Last.
Das liegt daran, dass Q2 gesättigt ist und daher nicht funktioniert. Verbinden Sie R2 von der Q1-Basis mit dem Q2-Emitter, um eine negative Rückkopplung zu erhalten, sodass sowohl Q1 als auch Q2 zu 50 % gesättigt sein sollten. Beachten Sie, dass der Wert von R2 möglicherweise erhöht werden muss, damit dies funktioniert. Eine ideale Schleife ist, wenn Q2 1/2 Vcc an seinem Emitter hat. (4,5 Volt)
Mal sehen. Klasse-A bedeutet 25 % Effizienz oder schlechter. Das bedeutet max 33.75 mW zum Sprecher und das impliziert v AUS PK = 735 mV . Angesichts der Eingangsspezifikation ist v IN PK = 100 mV , ich denke, Sie werden keine Spannungsverstärkung von mehr als 10 erreichen. Sie müssen die Stromversorgungsspezifikationen, Ihre Eingangsspezifikationen oder Ihre Verstärkungsspezifikationen ändern. Nun, wenn dies Klasse-AB wäre, dann könnten Sie nur knapp daran vorbeikommen. Aber Sie sagten Klasse-A.
@ Sparky256 Ich verstehe es nicht ganz, können Sie also überprüfen, ob diese Schaltung die von Ihnen erwähnten Änderungen aufweist? imgur.com/a/SwjN65F
@jonk Ich bin nicht so erfahren in Schaltungen, also kannst du mir bitte sagen, wie du diese 33,75 mW bekommen hast? In Bezug auf VoutPK = 735 mV glaube ich, dass diese gesamte Schaltung neu gestaltet werden muss. Wenn ich also nur mit einer gemeinsamen Emitterstufe beginnen und dann eine gemeinsame Kollektorstufe entwerfen soll, um die beiden zu kaskadieren, welchen Kollektorstrom (Ic) sollte ich wählen, damit ich mit den Berechnungen fortfahren kann?
@AmrMohamed Power: 9 v ⋅ 15 mA = 135 mW . Bester Wirkungsgrad der Klasse A, 25 %. Die Stromversorgung des Lautsprechers ist also bestenfalls 135 mW 4 = 33.75 mW wegen Klasse-A. also dann v AUS PK = 2 ⋅ 8 Ω ⋅ 33.75 mW = 735 mV . Wäre dies Klasse AB, und wenn Sie Ihre Vorspannungsströme wirklich niedrig halten und 2 BJTs für jeden Ausgangsquadranten verwenden, erhalten Sie möglicherweise nur eine Spannungsverstärkung von 10. Aber es schneidet es gut.
@AmrMohamed Auch wenn Sie a verwenden 9 v Batterie (Erklärung der geringen Leistung), dann müssen Sie die Nähe berücksichtigen 2 Ω Ausgangsimpedanz auch für die Batterie sowie deren abfallendes Spannungsverhalten bei Verbrauch. Wahrscheinlich brauchen Sie einen Kondensator direkt darüber.
@AmrMohamed Eigentlich ist mir ein weiteres wichtiges Detail nicht aufgefallen. Sie verbrauchen eine Spannung, von der Sie nicht einmal hoffen können, sie vollständig zu nutzen, sodass Sie mehr Strom verschwenden, als die von mir zuvor verwendeten Annäherungen vermuten lassen. Diese Tatsache und Ihr knapper Strombedarf aus der Versorgung legen nahe, dass Sie auch einen effizienten Abwärtswandler gut gebrauchen können.
@jonk das hab ich. Ich werde zu einem Gleichstromnetzteil wechseln, das mir bis zu 1 A liefern kann, aber ich werde immer noch auf 9 V beschränkt sein.
@AmrMohamed Bleiben Sie immer noch bei einem Klasse-A-Design? Da Sie die Torpfosten mit dem Netzteil bewegen können, können Sie diese auch bewegen? Oder darf es jetzt Klasse-AB sein?
@AmrMohamed Ich denke, das könnte man vernünftigerweise erwarten, vorausgesetzt 9 v wie die Versorgung und 8 Ω B. die Lautsprecherimpedanz, mit der man im Durchschnitt einen vernünftigen Job machen könnte 100 mA von der Stromversorgung, um ungefähr zu versorgen 400 mW in den Lautsprecher. Die Spannungsverstärkung wäre dann A v = 25 , oder so, vorausgesetzt, Ihr 100 mV Eingangsspitze. Aber das wäre Klasse-AB. Ein tatsächliches 9 v Eine Alkalibatterie könnte diesen Strom vielleicht eine Stunde (vielleicht zwei) lang bei maximaler Lautstärke liefern.
@jonk Ich habe mich in Berechnungen eingearbeitet und die Schaltung so bearbeitet, dass sie der letzten entspricht, die ich in meiner Frage hinzugefügt habe. Können Sie mir sagen, ob dies eine bessere Schaltung ist? Würde es wie erwartet funktionieren? Der Simulator zeigt eine Verstärkung von 17, aber einen entnommenen Strom von etwa 300mA. Ist das realistisch?
@AmrMohamed Nein, es ist nicht realistisch. Zum einen ist es nur rohe Gewalt für einen Emitterfolger, in diesem Modus zu arbeiten. Plus, R 6 reicht nicht aus, um einen halben Quadranten Ihrer Last zu fahren. Und der DC-Arbeitspunkt des Emitterfolgers hängt stark von Beta ab (was NICHT zuverlässig ist). Es ist einfach nicht gut. Bitte lesen Sie die Designübersicht für Klasse-A-Verstärker .
@jonk Ich verstehe nicht genau, wie die Schaltungskonfiguration aus dem Link ist, da ich Ihnen sage, dass ich noch ein Anfänger bin.
@jonk durch Brute Force mit Common Collector meinst du, dass es eine Energieverschwendung ist oder einfach überhaupt nicht funktioniert, weil der Simulator zeigt, dass es funktioniert. Außerdem ist mir etwas aufgefallen, der Simulator zeigt, dass die Schaltung eine Verstärkung gibt, aber die Wellen scheinen nicht semetrisch zu sein. Wissen Sie, warum das so sein könnte?
@AmrMohamed Es klingt, als müsstest du dann ein Buch lesen. Und ich weiß immer noch nicht, ob Sie Klasse-A verwenden müssen oder Klasse-AB verwenden können. Der Link Ich habe beide Optionen zur Verfügung gestellt. Die Wellen werden nicht symmetrisch sein, weil Ihre Quadranten nicht symmetrisch sind. Es hört sich so an, als ob Sie wirklich viele Kapitel schreiben müssten. Vor allem, wenn Sie dem Link, den ich Ihnen gegeben habe, nicht folgen können.
@AmrMohamed Siehst du warum 15 Ω kann auf einem nicht gut herunterziehen 8 Ω Lautsprecher als Q 2 Die Basis von fährt nach unten und klemmt sie dadurch ein v SEI und nimmt nicht mehr aktiv teil?
@jonk Ich verstehe dieses Voreingenommenheitsproblem. Mein Problem war, dass, wenn ich einen höheren Wert verwendete, die Verstärkung immer abfiel, wenn ich die 8 Ohm einsteckte. Ist es ein normales Problem, das auf eine bestimmte Weise gelöst werden muss, oder liegt es an einer völlig falschen Konfiguration der gesamten Schaltung?
@AmrMohamed Die von Ihnen verwendete Topologie ist von Anfang an ziemlich falsch. Ein Emitterfolger kann gezwungen werden, einen "passablen" Ausgang zu machen. Aber der Preis ist einfach viel zu hoch und es wird sowieso nie anständig sein. Plus deine R 6 muss ein großer Widerstand mit hoher Verlustleistung sein. Nichts davon ist die Mühe wert, außer vielleicht, um jemandem etwas zu beweisen, selbst wenn Sie es zum Laufen bringen könnten.

Antworten (1)

Nur basierend auf Ihren Spezifikationen werden Sie aktuelle Auslosungsprobleme haben.

Sie treiben die Schaltung mit einem 0,2-V-Signal an und möchten eine maximale Verstärkung von 10, was eine Spitzenausgangsspannung von 2 V bedeutet.

v R = ICH , 2 8 = 250   mA

Dies würde auch ein 100% effizientes System voraussetzen, an das Sie in einem Klasse-A-Verstärker nicht annähernd herankommen.

Ich würde empfehlen, mit einem minimal funktionierenden Beispiel zu beginnen, dh anstatt mit einem mehrstufigen Verstärker zu beginnen, versuchen Sie, einen Common-Emitter-Verstärker zu bekommen, der Ihren Spezifikationen entspricht, und sehen Sie dann, ob Sie ihn verbessern können, indem Sie ihn auf eine zweite Stufe erweitern.

Ich hatte meine Vermutungen bezüglich dieser aktuellen Auslosungsspezifikation. Okay, mit welchem ​​korrekten Wert von Ic sollte ich jetzt beim Entwerfen der gemeinsamen Emitterphase arbeiten, vorausgesetzt, ich verwende den BC337 NPN? Ich kenne das Konzept der Ladelinie, aber ich kann es anscheinend nicht richtig herausfinden.
Audioverstärker der Klasse A
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