¿Cómo amplifico un voltaje de CC que es demasiado débil para disparar la base en un transistor?

El problema que usted identificó correctamente (¡es bueno para usted!) es que la señal entrante tiene pequeñas oscilaciones de voltaje alrededor de 0 V, pero el transistor requiere alrededor de 0,6 V para comenzar a encenderse. La solución es sesgar el transistor a un punto de operación dado: proporcionar una tensión de base que provoca un grado de encendido que existe cuando no hay señal. Luego, la señal se desplaza a ese mismo nivel de voltaje, de modo que oscila alrededor de ese voltaje en lugar de cero (o cualquiera que sea su desviación de CC original).

Para las señales de CA, este cambio de nivel se logra fácilmente. Simplemente conectamos la fuente de señal de CA a la base del transistor, no a través de un cable, sino a través de un condensador. El condensador bloquea la corriente continua, la corriente pasa a través de las oscilaciones de voltaje de CA, superponiéndolas a la tensión del nodo objetivo.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

En este circuito, el generador de onda sinusoidal está configurado para generar una onda sinusoidal con una amplitud de solo 0.1 mV. Sin embargo, los picos positivos de esta onda hacen que los picos de 1.5 mA de corriente fluyan a través del LED. Esto se debe a que el sesgo configurado por R1 y D1 crea un voltaje que, transportado a través de R2 a la base de Q1, establece el punto de operación de ese transistor para que se encienda ligeramente, justo a punto de ser mucho más encendido De hecho, según el simulador, alrededor de 50 microamperios ya fluyen a través del LED cuando no hay señal entrante. Entonces, desde este punto de operación, cualquier oscilación de voltaje en la señal causa una respuesta en el transistor. (¿Por qué un diodo? Porque un diodo tiene una caída de voltaje similar a la unión del emisor de base de un transistor del mismo tipo, por ejemplo, silicio).

Las oscilaciones negativas en la entrada se ignoran, y los destellos de la corriente pico descargada a través del LED son proporcionales a la amplitud de las oscilaciones positivas, por lo que debe variar el brillo con el nivel de la señal. Los valores de resistencia deben ajustarse en función de su LED.

La capacidad de respuesta a señales pequeñas es bastante sensible a R1, R2 y R3. Si R1 es demasiado pequeño, por ejemplo, VBIAS activará más el transistor; pequeños cambios de señal causan más corriente de LED que antes. R4 debe ajustarse en función de la tensión de alimentación, el tipo de LED y la corriente máxima deseada que se le debe suministrar.

R3 es solo 0.22 \ $ \ Omega \ $, lo cual es deliberado: es decir, proporciona solo una pequeña retroalimentación para estabilizar el punto de operación del transistor contra el desbordamiento térmico, sin sacrificar una gran cantidad de ganancia de corriente que haría que el circuito sea menos sensible . En un circuito de conmutación de LED de encendido / apagado puro, no tendríamos R3, pero aquí mantenemos el transistor ligeramente encendido todo el tiempo, con una ligera corriente de reposo, lo que aumenta el riesgo de fuga térmica.

R5 protege el diodo base-emisor de Q1 contra la corriente controlada por la entrada, porque la resistencia del emisor R3 es insuficiente.

Un problema con el circuito anterior es la pequeña impedancia de entrada, dictada esencialmente por R3. Esto está bien para ser manejado por una salida de altavoz o auricular, pero es demasiado pequeño para salidas de nivel de línea que esperan algo cercano a 10K. El comportamiento también es muy no lineal. Una duplicación del pico de entrada de 0.1V a 0.2V mucho más que duplica la corriente del LED. El comportamiento sigue la curva de corriente VBE versus colector no lineal del transistor. Podemos abordar ambos problemas con estos cambios:

^{simular este circuito}

La primera diferencia notable es un resistor R3 mucho más grande que proporciona una retroalimentación mucho más negativa para estabilizar el punto de polarización. Por sí solo, eso nos cuesta mucho beneficio, pero podemos recuperar parte de eso al pasar el R3 con un condensador a tierra. R5 ya no es necesario. R2 aumenta porque los 2.7K originales restarían la nueva impedancia incrementada de la base. R1 está ligeramente disminuido para aumentar un poco el VBIAS para compensar la pérdida de sensibilidad.

De acuerdo con la simulación, la impedancia de entrada es de aproximadamente 8,3 K a 1 kHz, lo que es razonable para el nivel de línea, cuando en realidad no estamos tratando de preservar la respuesta de frecuencia del audio, sino de encender solo un LED. Se reduce a alrededor de 6.4K a 10 kHz.

  

Cálculo de la impedancia de entrada a partir de la simulación: obtenga una gráfica de la corriente que fluye hacia C1. Compruebe que esto está en fase con la tensión de entrada. Luego divida el voltaje de entrada pico a pico por la corriente pico a pico.

Parece que Kurt lo ve igual que yo. Circuito de disparo de audio / CA: -

V2 es la entrada de audio.

Se puede hacer que funcione con un suministro más pequeño, pero creo que alrededor de 3V3 será el límite y también tendrá que ser un LED normal que caiga sobre 1.8V.

Un voltaje de suministro más alto (no más de 12 V) significa que puede activar un LED de mayor potencia.

Estás pensando en el transistor como un interruptor digital. Usted piensa que .2 voltios no es suficiente para encender un transistor que necesita .6 voltios para hacerlo. Pero un transistor también debía funcionar como un dispositivo analógico. Dichos circuitos "sesgan" el transistor al establecer el voltaje de base en la región de "encendido", y lo hacen a través de una alta resistencia. Luego, su "pequeña" señal puede acoplarse y causará que la salida del transistor varíe. La salida se amplificará, y si eso no es suficiente, puede hacer esto de nuevo con otra etapa hasta que la señal sea lo suficientemente grande como para hacer el trabajo que se propuso.

Una operación es solo un (gran) grupo de transistores de nuevo, haciendo cosas como las que acabo de describir.

El circuito publicado por Andy usa una fuente de corriente algo más elegante, que a su vez es como el voltaje y la alta resistencia que describí, solo que funciona mejor (mayor resistencia y autoajuste).