¿Cómo se aborda el diseño de un amplificador utilizando BJT para controlar un altavoz de 8 ohmios? [cerrado]

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Para una clase de laboratorio, se nos asignó un proyecto final en el que tenemos que diseñar un amplificador utilizando BJT, diodos y condensadores (no se permiten MOSFET) para manejar un altavoz de 8 ohmios. Los requisitos dados son los siguientes:

  • que tuviéramos que ser capaces de tener control de ajuste de ganancia para un cierto rango
  • use 9 voltios VCC y no debe usar divisores de voltaje, en su lugar use espejos de corriente
  • debemos alcanzar al menos un cierto voltaje para un cierto pico a pico sinusoidal entrada de onda para un cierto rango de frecuencia cuando el control de ajuste de ganancia es establecido al máximo, por lo tanto, debe haber una ganancia mínima para el rango de frecuencias que nuestro amplificador soportará
  • no se nos permite usar amplificadores operacionales, excepto para invertir señales si optamos por usar amplificadores diferenciales
  • no debe haber recorte para una determinada entrada de onda sinusoidal de pico a pico cuando el control de ajuste de ganancia se establece en el máximo m

No incluí las especificaciones exactas para nuestro proyecto final en esta pregunta, ya que creo que no está permitido, ¿no es así? Pero el problema de nuestro grupo es cómo abordar esto desde una perspectiva de diseño.

Nuestra idea es utilizar una configuración CE-CC, pero obviamente este es un pensamiento demasiado básico.

Creo que sucedió que los tres siempre pensamos en ello desde una perspectiva de análisis. O todos necesitamos estudiar más jaja, lo que también es cierto.

Ni siquiera sabemos acerca de las configuraciones de la fuente de alimentación A-B (¿es mi terminología correcta)? Ya que no se ha discutido aún. Tal vez en otra clase. No estoy seguro de si se suponía que debíamos encontrar algo similar por nuestra cuenta utilizando transistores conectados a diodos o algo así, ya que no cubrimos el uso de diodos en esta clase. Esta clase trata principalmente sobre el análisis de las configuraciones de BJT y MOS por cierto, y sus respuestas de frecuencia.

¡Así que una guía sobre cómo abordar esto sería genial! Para que al menos sepamos cómo empezar a hacer esto. Quizás también nos falte una idea de cómo se maneja realmente un altavoz de 8 ohmios ... Quiero decir, ya hemos hecho esto en el laboratorio, pero ¿cómo se las arregla para emitir sonido? ¿Es debido a la variación de voltaje debido al voltaje de pequeña señal introducido en el circuito? ¿Qué pasaría si un voltaje de CC es lo que pasa a través del altavoz? (Intentamos simular una configuración en SIMetrix y cometimos un error en algún lugar donde el voltaje de salida (el que está en el altavoz) es un nivel de CC constante, por lo que obviamente cometimos un error en algún lugar). Una aclaración sobre cómo funciona esto también sería buena: D ¡Gracias a todos los que nos ayudarán!

[EDITAR: Dado que la gente comenta que debería incluir los requisitos de las especificaciones, lo haré. Dudé en incluirlos porque es un trabajo de clase. Pero supongo que realmente estoy siendo vago, y ustedes son buenos jueces sobre cómo ayudarme ya que saben qué hacer al respecto. Perdón por la supervisión :(]

Requisitos:

  • debe conducir un altavoz de 8 ohmios
  • BJT permitidos: 2n3904, 2n3906, 2n4401, 2n4403
  • el control de ajuste de ganancia debe ser de 50 a 250
  • 9V VCC y no use divisores de voltaje
  • el voltaje pico a pico a través del altavoz debe ser al menos 1v para una entrada de onda sinusoidal pico a pico de 20mV, para frecuencias que van de 500Hz a 20kHz cuando el control de ajuste de ganancia se establece en el máximo. Por lo tanto, el amplificador debe tener una ganancia de al menos 50 para frecuencias que van desde 500Hz a 20kHz
  • la señal amplificada debe estar libre de recorte para una entrada de onda sinusoidal pico a pico de 20 mV cuando el control de ajuste de ganancia se establece en el máximo]
pregunta Val Croft

3 respuestas

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Está haciendo demasiadas preguntas básicas para esta etapa de su curso. Esto significa que no entendiste algo del material anterior, pero lo que es peor, está claro que no tienes ninguna intuición y no sientes los circuitos. Con un poco de trabajo, es posible que se entrometa en su camino y eventualmente reciba un título, pero eso será solo un pedazo de papel hueco. Me he encontrado con tales "ingenieros" un par de veces, y se publican rápidamente en el mundo real. Si no has estado jugando con esto desde al menos la escuela secundaria, entonces no te apasiona y deberías reevaluar seriamente tus objetivos profesionales.

Sin embargo, para responder algunas de sus preguntas, divida el problema en tres etapas.

La primera etapa debe tener una impedancia de entrada razonablemente alta con la capacidad de recibir la señal de realimentación de la salida. Esto podría ser, como solo un ejemplo, un par diferencial tal como se encuentra en la entrada de las operaciones de BJT. El propósito principal de esta etapa es tomar la señal de entrada, restar la señal de realimentación y multiplicar por alguna ganancia. También debería disminuir la impedancia de la señal que pasa a la siguiente etapa.

La segunda etapa es en gran parte para obtener ganancias y para hacer que la señal tenga una impedancia aún menor. En este punto es solo una señal de finalización. Hay muchas maneras de hacer esto.

La tercera etapa es proporcionar la corriente relativamente grande necesaria para conducir el altavoz. Esta etapa no tendrá mucha ganancia de voltaje. De hecho, en algunas configuraciones, en realidad tiene una ganancia de voltaje inferior a 1. Sin embargo, tiene una ganancia de potencia significativa debido a la transformación de la impedancia a algo pequeño en comparación con los 8 del altavoz. Sugerencia 1: Un BJT en la configuración del seguidor de emisor tiene una ganancia de voltaje un poco menor que 1, pero una gran ganancia de corriente. Un problema es que la tensión de salida es la tensión de entrada menos la caída B-E. Sugerencia 2: Los diodos de silicio ordinarios tienen aproximadamente la misma caída de voltaje a través de ellos cuando están polarizados en forma directa como la unión B-E de un transistor. Con un poco de inteligencia, puede usar un diodo para compensar la entrada de un seguidor de emisor para obtener aproximadamente el mismo nivel de salida que el nivel de entrada, pero aún con la gran ganancia de corriente. Sugerencia 3: Tanto NPN como PNP pueden usarse como seguidores emisores, cada uno trabajando en la polaridad opuesta. Ambos juntos se pueden usar para hacer un seguidor de emisor que funciona de manera simétrica en ambas direcciones.

    
respondido por el Olin Lathrop
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En primer lugar, ¿puedo decir que en realidad no ha proporcionado suficiente información y también está preguntando demasiado en una pregunta?

Definitivamente sugeriría conseguir un libro. Una muy buena es "el arte de la electrónica". Ha sido la "biblia" durante mucho tiempo, y le brindará una variedad de circuitos, desde los más básicos hasta los más elaborados, con todas las explicaciones, para obtener ideas y orientación técnica.

Entonces: Paso 1: establecer requisitos. (Características, costo etc). Luego diseña, y prueba. Existen varias metodologías. Prueba enlace para eso. Quizás adaptar una metodología utilizada en informática, como el método de cascada. La metodología más simple podría verse así:

  1. Establecer requisitos
  2. diseño
  3. Prototipo / Pruebas
  4. Producción

El método de cascada tiene bucles que lo llevan de regreso a la etapa de diseño si hay problemas en las últimas etapas.

En cuanto al diseño: cree algunos diseños, evalúe cada uno en una tabla con el costo, el rendimiento, etc. Use herramientas de simulación y / o cálculos para establecer el rendimiento, como eficiencia, THD, etc.

Regrese cuando desee ayuda con una tarea específica, como ayuda con un diseño en particular, o cálculos para un aspecto, y así sucesivamente. Dividir la tarea.

Creo que la razón por la que te sientes estancado es que no has completado la primera etapa; requisitos No sabes qué es lo que realmente debes producir. Investigue y / o siga el ciclo iterativo de desarrollo hasta que esté satisfecho con un diseño.

Le daré algunos pasos en la dirección correcta a continuación. Pero no puedo enfatizar lo suficiente como para jugar con los diseños; Si bien un método puede parecer la mejor, no lo sabrás realmente hasta que hayas investigado a otros. Es decir, ¡no tome el circuito que doy como la única o la mejor manera!

En primer lugar, su pregunta sobre altavoces y sonido. El sonido es una onda. Es una onda longitudinal. Imagina un juguete de primavera "slinky". Extiéndala sobre el suelo, luego presione / jale repetidamente un extremo (hacia y lejos del otro extremo). Eso es una onda longitudinal. Donde se comprime la espiral del resorte, es como el aire comprimido en el sonido, y donde se expande la espiral del resorte, es como la parte de presión más baja de la onda de sonido.

Todo lo que el orador debe hacer (o cualquier cosa en el aire, para el caso) para hacer sonido, es vibrar. A medida que se mueve en el aire, crea una alta presión. A medida que se aleja del aire, crea baja presión; ambos de los cuales viajan a la velocidad del sonido, como las olas en el slinky. (Aunque las ondas furtivas probablemente solo se mueven a unos pocos metros por segundo).

La forma en que vibra un altavoz es bastante directa. Es sólo una bobina y un imán. Cuando la corriente fluye en una dirección en la bobina, genera magnetismo, lo que hace que se mueva en una dirección con respecto al imán permanente. Y cuando la corriente se mueve en la otra dirección, los polos de la bobina se invierten, y así se tira en la otra dirección con respecto al imán permanente.

También, la corriente más que fluye a través de la bobina, la más que el cono del altavoz se extenderá (o retraerá). Por lo tanto, si quisiera, realmente podría crear sonido en un altavoz con una onda sinusoidal que tenga una compensación de CC, por ejemplo, de modo que el voltaje a través de la bobina sea solo en una dirección, solo con corriente variable. Por lo tanto, la onda sinusoidal puede tener un voltaje de + 2v a + 10v. Sin embargo, esto sería un desperdicio de energía; por ejemplo, si tiene una onda sinusoidal que va de + 5.9v a + 6.1v, el altavoz se moverá muy poco, pero tendrá un promedio de 6v, y para un altavoz de 8 ohmios, eso significaría que I = V / R, una corriente de 0,75 amperios, por lo que P = IV, potencia de 4,5 vatios, casi todos desperdiciados (como calor en el altavoz).

Por lo tanto, ahora en sugerencias para un posible circuito ...

Como usted probablemente sepa, un transistor bipolar tiene una caída de voltaje entre la base y el emisor de aproximadamente 0.7v. Sucede que esto es lo mismo que un diodo con polarización directa; no es una coincidencia ya que partes de la estructura de los transistores bipolares se parecen a un diodo.

Eso es lo que este circuito utiliza para trabajar:

enlace

Mira cómo te va entendiendo cómo funciona eso, y tómalo desde allí. Esta pregunta / respuesta ha llegado a su límite, realmente necesita dividirse en más preguntas, así que haga más preguntas por separado, haciendo todo lo posible para aislar sus preguntas en distintos problemas atómicos.

    
respondido por el CL22
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Ya que es un trabajo de clase, no me atrevo a decir demasiado. Además, no soy un diseñador de amplificadores de audio. Pero sugeriría el libro de Douglas Self sobre el diseño del amplificador de potencia de audio, ya que tampoco usa MOS o IC (como los amplificadores operacionales). Puede ser la intención de tu maestro que todos luchen a través de las concesiones de diferentes arquitecturas de amplificadores. Pero hay una especie de manera estándar en que estos amplificadores están diseñados. Utilizan un par de cola larga para la etapa de entrada, un amplificador de emisor común para la etapa de ganancia de voltaje y una etapa de salida de seguidor de emisor de clase B (push-pull con NPN en la parte superior y PNP en la parte inferior). Evitaría la salida de clase A, ya que se convierte en un problema de diseño térmico en lugar de un problema de diseño electrónico. Si la potencia de salida requerida es muy baja, podría considerar la clase A.

También hay muchas otras cosas prácticas a las que debes tender para asegurarte de que sea estable. El diseño térmico y la estabilidad térmica también son muy importantes.

Como nota final, ya que optó por no incluir la mayoría de las especificaciones, es difícil decir qué tan difícil será este problema. La topología que enumeré anteriormente no puede conducir la potencia de un riel a otro, por ejemplo. No puede conducir el NPN en la parte superior lo suficientemente alto como para obtener una salida VCC. Del mismo modo, no puede conducir el PNP en la parte inferior lo suficientemente bajo como para obtener una salida VEE. El diablo está en los detalles.

Buena suerte.

    
respondido por el mkeith

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