Verstärkung im gemeinsamen Emitter-Verstärker

Ich muss einen Verstärker mit Vin = 150 mVp, 1 kHz entwerfen; Vcc = 3 V, die einen 8-Ohm-Lautsprecher mit 0,25 Watt und einer Verstärkung von etwa 7 ohne merkliche Verzerrung betreiben können.

Unten ist mein entworfener Spannungsteiler-vorgespannter Emitter-Verstärker mit Vin = 150 mVp, 1 kHz; Vcc = 3 V.

Aber hier ist meine Sorge: Ich muss eine Verstärkung von ungefähr 7 haben oder Vout für ungefähr 750 mV haben

Der erste Schaltplan, den ich entwerfe, hat keinen Lastwiderstand von 8 Ohm, als ich simulierte, maß ich eine Vout von etwa 762 mV, wie Sie unten sehen können:

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Aber als ich einen Lastwiderstand von 8 Ohm einfügte (vorausgesetzt, dies ist der Lautsprecher), erhielt ich nur Vout von etwa 46 mV, was sehr niedrig ist, wie Sie unten sehen können:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

**** Meine Frage ist, was kann ich tun, um den Vout für etwa 750 mV mit einem Lastwiderstand von 8 Ohm zu erhöhen, ohne gleichzeitig eine merkliche Verzerrung zu haben? **

Jede Hilfe wird geschätzt. Danke schön.

Das Hinzufügen eines Emitterfolgers ist eine mögliche Lösung.

Antworten (2)

Die Verstärkung eines echten gemeinsamen Emitters (Emitter an AC-Masse oder "Masse") beträgt ungefähr:

A v = − G M R C | | R L = − G M 7.5 Ω

für Ihre Widerstandswerte. Für eine (Betrags-)Verstärkung von 7 beträgt die erforderliche Transkonduktanz:

G M = 7 7.5 = ICH C v T ⇒ ICH C ≈ 23 M A

Aber nach deinem Schaltplan:

ICH C ≈ 8 M A

Zurück zum Zeichenbrett!

Beachten Sie auch, dass die obige Berechnung für eine Kleinsignalverstärkung gilt . Da Sie den Emitter auf AC-Masse haben, ist dieser Verstärker für große Signale ziemlich nichtlinear und die Verzerrung ist in beiden von Ihnen bereitgestellten Transientensimulationen offensichtlich groß .

^ Als Sie, mein Herr. :)

Der Lautsprecher muss Strom sowohl "beziehen" als auch "senken", abwechselnd mit den positiven und negativen Zyklen der Audiosignale.

Stellen Sie sich 750 mV vor, die sofort über dem 8-Ω-Lautsprecher erscheinen. Das würde 0,09375 A Strom nach dem Ohmschen Gesetz (V = IR) erfordern.

Wenn diese 0,09375 A von der 3-V-Vcc kommen würden, müsste der Kollektorwiderstand Rc in diesem Moment 24 Ω oder weniger betragen (in Reihe mit dem 8-Ω-Lautsprecher, wobei der Strom durch den Transistor für diesen Moment ignoriert wird). Ich kann Ihren Rc-Wert nicht so gut lesen, aber er scheint über 100 Ω zu liegen, was Ihre Schaltung stark auf Bereiche einschränkt, in denen sie Ihre Designziele nicht erreichen kann.

Wenn Sie den Kollektorwiderstand auf 24 Ω oder weniger ändern und die anderen Widerstände ebenfalls herunterskalieren, um die Funktion der Schaltung aufrechtzuerhalten, erhalten Sie am Ende eine extrem niedrige Eingangsimpedanz, wenn Sie in die Transistorbasis schauen, was wahrscheinlich keine gute Lösung ist , obwohl die Eingangsimpedanz in Ihren Designzielen nicht angegeben wurde. (10k gilt für die meisten Pro- und Consumer-Audioanwendungen als niedrige Eingangsimpedanz.)

Wenn Ihre Lastimpedanz 8 Ω beträgt, muss die Spannungsquellenimpedanz, die sie antreibt, nahe 0 Ω liegen, um eine signifikante Spannungsteilung zu vermeiden, die Sie mit Ihrer aktuellen Lösung erhalten.

Meine Antwort an Sie lautet: Entwerfen Sie diese Schaltung für eine Ausgangsimpedanz, die mindestens 10x kleiner als 8Ω ist. Ihr Ziel ist eine Ausgangsimpedanz von 0,8 Ω oder weniger. Die einfachste Lösung besteht darin, den einzelnen Transistor durch einen Operationsverstärker-IC zu ersetzen, der bei 3 V betrieben werden kann und ausreichend Strom an die 8-Ω-Last liefert, ohne zu versagen. Der TI LME49726 hat eine minimale Spannungsversorgung von 2,7 V und einen Ausgangsnennstrom von „>300mA“ (Zitat aus Datenblatt).

BEARBEITEN: Wenn Sie diese Arbeit als gemeinsame Emitterstufe sehen möchten, verwenden Sie gemäß dem Kommentar (ich habe den Widerstand ausprobiert ...) einen 0,8-Ω-Kollektorwiderstand, einen 0,11-Ω-Emitterwiderstand, eine 6,5-Ω-Basis für einen +3-V-Widerstand. und einen 3,5-Ω-Basis-zu-Masse-Widerstand. Verwenden Sie 1000 µF Eingangs- und Ausgangskoppelkondensatoren. Ich habe diese Schaltung simuliert und eine Spannungsverstärkung von 150 mV pp bis 885 mV pp ohne Verzerrung erreicht. Ich bin mir sicher, dass eine Feinabstimmung der Berechnungen eine Verstärkung von 7 erreichen könnte, aber der Punkt ist, dass diese Schaltung völlig unpraktisch ist.

Ich habe versucht, die Widerstände zu ändern, wie Sie sagten. Ich bekomme immer noch 50 mV von Vout, was sehr weit von dem entfernt ist, was ich haben muss, nämlich 750 mV.
Der Punkt war nicht, die Widerstände zu ändern. Der Punkt ist zu erkennen, dass ein herkömmlicher Emitterverstärker, der von 3 V mit RC-Kopplung versorgt wird, einen 8-Ω-Lautsprecher praktisch nicht ansteuern kann. Sie benötigen eine Schaltung mit niedriger Impedanz (Operationsverstärker, Emitterfolger oder eine Art Mehrtransistorschaltung ... Transformatoren können auch funktionieren), um diesen Lautsprecher anzutreiben.
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