¿Cómo se calculan los valores de resistencia R1 y R2 para un amplificador de transistor que tiene una polarización de divisor de voltaje?

En un amplificador como este, su objetivo al seleccionar R1 y R2 es desviar el amplificador a la mitad entre dos extremos. Los dos extremos son:

1. El transistor está totalmente encendido y la corriente del colector está limitada solo a Rc y Re.
2. El transistor está completamente apagado y la corriente del colector es cero.

Si llegas a alguno de estos extremos, la salida se recorta. Entonces, si podemos desviar el amplificador hasta la mitad entre estos extremos, entonces hemos maximizado la amplitud de la señal de entrada que puede amplificarse sin recortar el lado positivo o negativo.

Podemos hacer un par de suposiciones simplificadoras:

1. Debido a que el transistor tiene una alta ganancia de corriente (β > 75, lo más probable), podemos considerar que la corriente en el colector es igual a la corriente que sale del emisor. También se deduce que la corriente a través de Rc debe ser igual a la corriente a través de Re.
2. Debido a que solo estamos interesados en la polarización en DC, podemos ignorar todos los capacitores como si fueran circuitos abiertos.
3. Debido a que la tensión de saturación para un transistor BJT es pequeña (0.2V) en relación con la tensión de alimentación (9V), podemos asumir que esta tensión de saturación es 0.
4. La salida de este amplificador se conectará a una alta impedancia, por lo que consideramos que esta corriente es cero. En particular, un altavoz no es una impedancia alta (8Ω es típico). Si desea conectar este circuito a un altavoz, necesita un amplificador de búfer .

Entonces, la primera pregunta es esta: en el primer extremo, cuando la corriente del colector solo está limitada por Rc y Re, ¿qué es esa corriente?

Dado que Rc y Re están en serie, podemos sumar esas resistencias y calcular la corriente con la ley de Ohm:

$$ I_c  = {9 \ mathrm V \ sobre R_c + R_e}  = {9 \ mathrm V \ sobre 2.2 \: \ mathrm {k \ Omega} + 1.2 \: \ mathrm {k \ Omega}}  \ approx 2.65 \: \ mathrm {mA} $$

Recuerde, esta es la corriente a través del colector del transistor en un extremo del recorte. El otro extremo no es corriente en absoluto. Por lo tanto, la mitad de estos puntos es la mitad de \ $ I_c \ $, o aproximadamente 1.32mA.

Entonces, ¿qué voltaje debe estar en la base para que \ $ I_c = 1.32 \: \ mathrm {mA} \ $?

La unión del emisor de base de un transistor BJT es efectivamente un diodo. Y ya hemos establecido que la corriente a través de Rc, el recopilador y Re son iguales (consulte la suposición de simplificación n.º 1). Así que podemos simplificar un poco este problema:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Dado que conocemos la corriente a través de Re (1.32mA), podemos calcular el voltaje a través de ella con la ley de Ohm:

$$ 1.32 \: \ mathrm {mA} \ cdot 1.2 \: \ mathrm {k \ Omega} = 1.58 \: \ mathrm V $$

También sabemos que el voltaje directo de cualquier diodo de silicio es de aproximadamente 0.6V. Agregado a la 1.58V anterior, eso significa que si queremos que la corriente sea de 1.32ma, entonces V1 deberá ser:

$$ 1.58 \: \ mathrm V \ cdot 0.6 \: \ mathrm V = 2.18 \: \ mathrm V $$

Así que ahora solo necesitas crear un par de resistencias para R1 y R2 que hagan un divisor de voltaje con una salida de 2.18V.

También debe tener en cuenta que la corriente en la base del transistor introducirá algún error en su divisor de voltaje. Podemos estimar que esta corriente será la corriente del colector, dividida por la ganancia del transistor. Si luego selecciona los valores de su divisor de voltaje de manera que la corriente a través del divisor sea al menos 10 veces la corriente base, entonces este error será despreciablemente pequeño.

Para mantener las matemáticas simples, es razonable suponer que la ganancia del transistor (β) es 100. Por lo tanto, la corriente base será algo así como 0.0265 mA. Desea que la corriente a través del divisor de voltaje sea al menos 10 veces esto, o 0.265 mA. Por la ley de Ohm:

$$ R_1 + R_2 < 34 \ mathrm {k \ Omega} $$

Finalmente, deseará ajustar su simulador para ingresar una señal de amplitud mucho más pequeña. La señal de salida no puede ser posiblemente más de 9 V pico a pico, y en realidad menor que eso porque el transistor no puede conducir la salida hasta los rieles de suministro. Dado que este es un amplificador, eso significa que la señal tendrá que ser mucho menor que 9V pico a pico, de lo contrario verá el recorte y la atenuación.

Lo que ves no tiene nada que ver con los valores de las resistencias. Lo que ves es el comportamiento que obtienes cuando saturas severamente la entrada. Está aplicando demasiada señal de entrada a este circuito.

¿Es ese pico de 10 V que estás poniendo? Caray, el suministro es de sólo 9 V. Si desea una distorsión baja, el swing de salida solo puede ser de 2 Vpeak o menos.

Manténgase por debajo de 1 Vpeak-peak en la entrada y debería funcionar correctamente.

Si tu objetivo es diseñar tu propio amplificador de audio. Tienes un largo camino por recorrer. Necesitará comprender cómo funciona este circuito, comprender por qué cambiar las resistencias no ayudaría y mucho más. Diseñar un circuito no es poner algo en un simulador y esperar lo mejor. Diseñar algo requiere conocimiento y práctica.

Actualización: Vaya, mi error, olvidé considerar que CE de 100 uF, esto aumentará la ganancia. SI EL CIRCUITO FUE DIMENSIONADO CORRECTAMENTE , no lo es. Este amplificador está sesgado incorrectamente, RC es demasiado alto y hace que el transistor entre en saturación.

¡Esto explica por qué obtienes la salida distorsionada!

Necesitarás estudiar un poco más para aprender a sesgar correctamente un transistor.