Wie löst man das Beschneiden eines Signals durch einen BJT-Verstärker?

Ich versuche, einen Audioverstärker für einen 8-Ohm-Lautsprecher herzustellen. Ich bin neu im Elektronikbereich und habe ein Problem damit. Ich hatte bereits andere Probleme, bevor ich dort ankam, wo ich bin, wie die Notwendigkeit einer Hochleistungsstufe aufgrund der niedrigen Impedanz der Last.

Für die Hochleistungsstufe war mein Versuch nach einigem Lesen, einen Transformator am Transistorkollektor zu verwenden, um die niedrige Impedanz des Lautsprechers mit der hohen Impedanz des Verstärkerausgangs abzugleichen.

Das erste Problem war, wenn ich eine 9-V-Gleichstromquelle zum Vorspannen des Transistors verwende, schwebt die Spannung an der Primärwicklung des Transformators maximal zwischen 0 und 9 V (im Extremfall). Wenn der Lautsprecher also mit einer maximalen Spitze-zu-Spitze-Spannung von beispielsweise 6 V arbeiten kann, sollte das Verhältnis n1/n2 maximal 1,5 betragen, da die Spitzenspannung an der Sekundärseite 9/1,5 = 6 V beträgt. Ist das eine richtige Begründung?

Wenn ich einen Transformator mit 1,5: 1 verwende, beträgt die Impedanz in der Primärwicklung 8 * (1,5 ^ 2) = 18 Ohm. Die Konfiguration dieser Stufe des Verstärkers wäre also wie folgt:

Schematische Darstellung eines BJT und eines Transformators am Kollektor

Der Transistor ist mit 4,5 V am Emitterwiderstand, 4,5 V am Kollektor-Emitter (Vce) vorgespannt, und die Spannung an der Primärseite beträgt fast 0 V für DC. Der Kondensator am Emitter hat eine niedrige Impedanz und ist fast ein Kurzschluss für Wechselstrom. Meiner Meinung nach variieren die Spannungen also von 0 V in der Primärseite und 9 V bei Vce bis zu 9 V in der Primärseite und 0 V bei Vce (im Extremfall).

Aber wenn ich es laufen lasse, erscheinen diese Wellenformen. Die gelbe Kurve stellt die Eingangsspannung (250 mV Spitze) dar und die violette die Spannung an der Primärwicklung des Transformators (nicht am Ausgang). Es hat eine positive Spitze von 130 mV, aber am unteren Ende scheint es nicht das zu sein, was ich erwartet hatte. Die Kurve wird bei -20mV abgeschnitten. Es sollte nicht nur bei einer relativ hohen Spannung neben den 9 V der CC-Quelle sättigen?

Was ist falsch und wie kann ich das lösen?

BEARBEITEN:

Ich habe die Vorspannung des Transistors für einen Kollektorstrom von 50 mA geändert, mit einem Basiswiderstand von 27 k statt 1,35 M. Außerdem wurde der Emitterkondensator entfernt (was die Verzerrung wirklich reduziert) und der Emitterwiderstand auf 10 Ohm geändert. Das Clipping ist für diese niedrige Eingangsspannung (250 Vpk) verschwunden, und die Spannung an der Primärseite ist anscheinend ein perfektes Senoid, mit einer Amplitude, die etwas höher als die Eingangsspannung ist. Aber wenn ich die Eingangsspannung auf 3V Spitze erhöhe, erscheint das Clipping unten wieder. Ich kann immer noch nicht herausfinden, warum das passiert.

BEARBEITEN 2:

Ich füge das Bild der Wellen für das letzte Update hinzu:

Die Clipping-Spannung hat sich erhöht, aber es passiert immer noch. Es beginnt bei etwa 1 V Spitze am Eingang zu erscheinen.

Und ich weiß nicht, ob ich es deutlich gemacht habe, aber das ist die Endstufe meines Verstärkers, mit einer niedrigen Verstärkung, nur um den Lautsprecher anzutreiben. Ich mache die Stufen separat, um die einzelnen Teile leicht zu verstehen. Da diese Stufe eine hohe Eingangsimpedanz hat, werde ich vorher einen gemeinsamen Emitter für eine hohe Spannungsverstärkung verwenden.

Und sorry für mein schlechtes Deutsch :(

EDIT 3 (gelöst):

Das Problem war, dass der Transistor mit einem Kollektor-Gleichstrom von mindestens dem gleichen Wert vorgespannt werden muss, den der Spitze-zu-Spitze-Strom erfordert, den die Last benötigt. Eine andere Sache, die mir aufgefallen ist, ist, dass der von mir verwendete BC548 selbst in der Simulation mit einem relativ großen Strom (> 200 mA) ausfällt, die Basis-Emitter-Spannung erheblich ansteigt und auch die Welle zum Clipping bringt.

Sie sagen nicht viel über Ihre Designziele (Verzerrung, Frequenzgang, Energieeffizienz usw.). Es könnte sich lohnen, einen Klasse-AB-Verstärker mit kapazitiver Kopplung zum Lautsprecher zu betrachten. Viele gute Internetinfos dazu.
Sie brauchen den Transformator nicht, aber Sie brauchen etwas deutlich Robusteres als einen BC548.
Mein Ziel ist es, dies zum Lernen zu machen, und währenddessen ist mein Ziel hauptsächlich, dass es funktioniert, ohne das Signal zu begrenzen und die Eingangsspannung nicht zu senken. Ich habe mir die Klasse AB für die Leistungsstufe angesehen und es sollte die beste Alternative sein, aber ich möchte verstehen, warum das, was ich versuche, nicht funktioniert, anstatt es zu verlassen.
Aufgrund der Kernsättigung muss es groß sein, um 9 V DC über die Primärseite anzulegen, und die Leckage wird hoch sein. MUSS Mittelanzapfungstransformator verwenden, um den Fluss zurückzusetzen. roetta.it/ik3hia/transistor/Transistors_diagrams/…
@glz Verstehst du meine 2. Antwort schon?

Antworten (3)

Zweite Antwort: Zurück zu den Grundlagen

  1. Sie können nichts vollständig analysieren, wenn nicht alle Impedanzen bekannt sind.
    • Erfahren Sie, welche Impedanz Z(f,dc) ist, wie Sie sie für jede Komponente messen und berechnen und in jeden Zweig ein- und ausgehen
  2. Dies ist nur eine Simulation, ABER was ist real und was ist ideal und was ist Zeitskalen-Steady-State oder? zB ist LdI/dt stationär?
    • zB was ist Transformatorinduktivität, hFE von Q1, was ist Z(f)?

  3. Was ist die Grundkonfiguration "gemeinsamer Emitter" Was macht ein idealer gemeinsamer Emitter?

    • Verstärken Sie den Basisstrom mit unendlicher Kollektorimpedanz an der Quelle
    • Spannungsverstärkung ist Impedanzverhältnis *I = Kollektor/Emitter * Strom.
    • Was ist die Last Z(f) auf dem Kollektor?
      • Np/Ns = n, Übersetzungsverhältnis, n² * R_Load oder Ic= Iout/n

  4. Was ist die Verstärkung vom Basis- zum Emitterstrom?

    • Ist Wechselstrom kleiner als Gleichstrom, damit Ie nicht auf Null fällt?

      1. Fällt Vce auf Null?

    • dann überschreitet der Wechselstrom die Gleichstromvorspannung.

    • dann erscheint die Ausgabe als "Clip". (Ihr Problem)
    • außer falscher Name. Clipping ist, wenn Ic mit max Vce auf 0 geht.
    • Hier geht Vce auf 0, also nennen wir es "gesättigt".

  5. Warum gesättigt?

    • weil eine 8-Ohm-Wechselstromlast mehr Strom zieht als ein Kollektor-Gleichstrom
    • Ip=Vp/Rload Idc > Ip ist obligatorisch, um Ic>0 zu halten.
    • also für 8 Vp out Idc = 8 V/8 Ω = 1 A, dann muss Ic > 2 Adc sein, um AC 2 App zu liefern. Dies ist für Klasse A von entscheidender Bedeutung
    • Denken Sie daran, dass dies ein Klasse-A-Verstärker ist
    • Was ist der Gesamtgewinn der Klasse A
    • Vin zu Ie AC-Verstärkung Ie= Ve/Re , für AC Vb=Ve (wenn Vbe>0,6)
    • Vc = Ic * Rc für hohes hFE Ic=Ie also
    • Av = (Rc/Re)
    • Kollektorlast = Rc = ωL // 8Ω , wenn ωL>> 8Ω Rc=8Ω
    • Somit Gesamtverstärkung = Rc/Re = 8/10 unter der Annahme von 1:1 XFMR

  6. Warum ist ein einzelnes Rb zu V+ schlecht?

    • Der DC-Kollektorstrom hängt von hFE ab, der >+/-50 % betragen kann

  7. Wie würde Rbase verbessert, wenn es sich für negatives Feedback mit dem Collector verbindet?

    • es senkt Ausgangsimpedanz und Eingangsimpedanz
    • es regelt die Verstärkung besser, anstatt eine Stromquelle zu sein
    • jetzt wird es zu einem Spannungsverstärkungsgerät mit R-Verhältnis Av= Rf/Rin
      • wobei Rf die Rückkopplung vom Kollektor zur Basis ist
      • und Rin ist die Serienimpedanz der Quelle.

Folgendes ist erforderlich, um 8 Ω mit 8 Vp oder 16 Vpp in Klasse A mit negativer Rückkopplung mit Av<10 zu treiben. Beachten Sie den Unterschied zu Ihren Werten, da das Impedanzverhältnis für die richtige DC-Vorspannung, Verstärkung und Vermeidung von Sättigung, Clipping und erheblichen Verzerrungen wesentlich ist. Aufgrund der Effizienz ist die Klasse AB viel besser und die Klasse E noch besser.

Beachten Sie, dass der obige Java-Sim-Link Scope +/- Peak-Messwerte anzeigt (Snap unten).Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Vielen Dank! Aber ich habe einige Fragen. 1) Das Problem scheint zu sein, dass ich den Transistor mit einem Gleichstrom vorgespannt habe, der kleiner ist, als der Lautsprecher bei Wechselstrom von Spitze zu Spitze benötigt, oder? 2) Sie haben den Abgriff des Transformators nicht verwendet, das Problem der Kernsättigung bleibt bestehen, da wir einen großen Gleichstrom auf der Primärseite haben?
1) ja 2) Transformatorsättigung ist im Simulator kein Problem. ( mein schlechtes. ) nur im wirklichen Leben. Da Klasse A den doppelten Strom (pk-pk) gegenüber Push-Pull am Mittelabgriff verwendet, wo jeder Treiber nur 1/2 Welle verarbeitet, aber vorgespannt ist, um sich glatt zu überlappen.
Welche Funktion hat der Kondensator parallel zur Last, wenn Sie Ihre Antwort nutzen?
kannst du es erraten, wenn du weißt, dass Zc(f)=1/2piCf optional ist

Zwei wichtige Dinge falsch. Erstens sind die Widerstandswerte in Ihrer Schaltung viel zu hoch, um einen angemessenen Gleichstrom vom Kollektor bis zum Emitter zu haben. Ja, Sie benötigen einen Gleichstrom, um den Transistor dauerhaft in den richtigen Teil der Lastleitung vorzuspannen, und dies erfordert Dutzende, wenn nicht Hunderte von mA.

Das zweite Problem ist eines des Verständnisses - jede Induktivität, sei es eine normale Induktivität oder die Primärwicklung eines Transformators, kann keine anhaltende Gleichspannung darüber haben und als solche wird sie die Kollektorsignalspannung verursachen (wenn Sie die richtige Vorspannung gemäß Punkt 1) gleichmäßig über und unter 9 Volt steigen und fallen. Mit einem perfekten Transistor (seltener als Unaffordium und teurer als Unobtainium) können Sie möglicherweise 18 Volt pp aus einer 9-Volt-Gleichstromquelle erhalten.

Drittens, als Hinweis, entfernen Sie den Emitterkondensator - Sie werden niemals mit Verzerrungswerten für diese Art von Klasse-A-Verstärker mit zu viel Kapazität zufrieden sein, selbst wenn Sie die Vorspannung richtig einstellen (Hinweis: Schauen Sie sich den Emitterwiderstand an). eher zehn Ohm).

'Kann kein DC drüber haben'?
@EJP ok, um genau zu sein, kann keine Gleichspannung darüber halten. Passt das besser zu Ihnen und da es Weihnachten ist, werde ich meine Antwort aktualisieren, um meine Schlamperei zu korrigieren.
Ok danke für die Antwort! Ich habe die Vorspannung des Transistors für einen Kollektorstrom von 50 mA geändert, mit einem Basiswiderstand von 27 k statt 1,35 M. Außerdem wurde der Emitterkondensator entfernt (was die Verzerrung wirklich reduziert) und der Emitterwiderstand auf 10 Ohm geändert. Das Clipping ist für diese niedrige Eingangsspannung (250 Vpk) verschwunden, und die Spannung an der Primärseite ist anscheinend ein perfektes Senoid, mit einer Amplitude, die etwas höher als die Eingangsspannung ist. Aber wenn ich die Eingangsspannung auf 3V Spitze erhöhe, erscheint das Clipping unten wieder. Ich kann immer noch nicht herausfinden, warum das passiert.
Wie können Sie mit einem Transistor 18 V pp erreichen? Würden Sie nicht zwei benötigen und beide Enden des Transformators differentiell ansteuern?
@gbarry versuchen Sie es zu simulieren und sehen Sie. Der Ruhepol am Kollektor muss 9 V betragen, sonst fließt ein ungeheurer Gleichstrom durch die Primärwicklung und den Transistor, der nur durch den Widerstand der Primärwicklung begrenzt ist. Die Spannung steigt über und unter 9 Volt gleichermaßen an.
@glz - fügen Sie der Frage möglicherweise einen neuen Abschnitt hinzu, der den Fortschritt und ein Bild der Wellenform zeigt.

@glz einfache Gemeinsame Emitter Klasse-A-Schaltungen funktionieren aufgrund der Kernsättigung des Gleichstrom-Primärstroms nicht gut, wenn sie einen Transformator an einen 8-Ohm-Lautsprecher ansteuern. Auch einstufige Transistorverstärker sind gut für Spannungsverstärkung oder Stromverstärkung, aber nicht beides mit hoher Leistungsverstärkung. was Sie versuchen zu tun.

Das wird also nie besonders gut funktionieren. Irgendetwas wird immer kompromittiert. THD, Effizienz, Eingangsimpedanz usw. usw. Sättigung des Kerns, Sättigung von Vce. Übermäßige Belastung der 9-V-Batterie, schlechter Wirkungsgrad

Verwenden Sie eine komplementäre Emitterfolger-Ausgangsstufe mit Vorverstärkerstufen für eine Spannungsverstärkung von 20 bis 50.

Sie MÜSSEN einen Mittelanzapfungs-Audiotransformator verwenden, um den Fluss im Kern umzukehren und ihn nicht mit Gleichstrom zu sättigen, obwohl er mit Gleichstrom vorgespannt ist. Der Gleichstrom muss ausreichen, um den Last-Wechselstrom zu überwinden, um zu verhindern, dass der komplementäre Treiber ausgehungert wird.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung einDies stammt von einem Vintage-Taschen-AM-Radio aus den 60er Jahren

Das Übersetzungsverhältnis kann etwa 10:1 und nicht 1,5:1 betragen

Ich habe es nicht deutlich gemacht, aber dies ist nur die letzte Stufe des Verstärkers. Ich werde vorher einen gemeinsamen Emitter verwenden, um eine anständige Spannungsverstärkung zu erzielen.
Ich habe die Eingabetaste gedrückt, um eine Zeile zu schreiben, aber der Kommentar wurde gepostet. Ich werde mich mit Emitterfolgern befassen und mehr über Kernsättigung lesen, um zu sehen, ob es etwas verdeutlicht.
@glz studieren Sie das obige perfekte 7-Transistor-AM-Radiodesign. Sie können die Polarität auf NPN umkehren. Möglicherweise haben sie Germanium PNP verwendet
Kommentare Fragen? Das Fehlen eines Mittelhahns ist Ihre Antwort.
Danke für den Tipp, aber wo schließe ich den Mittelabgriff an, um den Fluss umzukehren? Liegt es an der Primär- oder an der Sekundärseite des Transformators?
Wenn Sie den von mir geposteten Schaltplan nicht lesen können, fragen Sie einfach, aber der Abgriff ist mit 9 V verbunden, aber Sie können NPN verwenden und auf 9 V + tippen
Aber meine Primärseite ist an +9 V angeschlossen, dann werde ich sie kurzschließen, wenn ich den Abgriff an +9 V anschließe, nicht? In diesem Schaltplan gibt es noch einen Transformator und zwei Transistoren, brauche ich sie auch? (Entschuldigung, ich beginne mit Elektronik und mit meinem Wissensstand kann ich diese Funkschaltung nicht verstehen).
Möglicherweise müssen Sie viel mehr lesen, um Push-Pull-Verstärker zu verstehen und wie einfache AM-Readios funktionieren. aber ich werde den Schaltplan aktualisieren, um zu zeigen, was jeder Transformator tut. Dies war ein äußerst cleveres, effizientes japanisches AM-Radio mit Germanium-Transistoren, die nicht mehr hergestellt wurden. Es wird für Sie schwierig sein, dies zu kopieren, also analysieren oder finden Sie ähnliches zum Kopieren. Der Primärabgriff spannt den Gleichstrom am Kollektor vor und der Ausgang schwebt, sodass kein Gleichstrom am Lautsprecher anliegt. In modernem Design verwenden sie zwei Verstärker im Differentialmodus, um den DC-Offset zu eliminieren.
Wie löst man das Beschneiden eines Signals durch einen BJT-Verstärker?
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