공통 이미 터 및 공통 수집기 계단식
교육용으로 1W 8 옴 스피커 용 앰프를 설계하려고합니다. 아이디어는 공통 이미 터 증폭기 에서 시작하여 전압을 증폭 한 다음 공통 컬렉터 (이미 터 팔로워) 증폭기를 추가하여 전력을 증폭하고 임피던스 매칭을 처리하는 것입니다. 저는 기계 엔지니어이고 전자에 대해 배우는 중이 니 참아주세요.
첫 번째 단계는 잘 작동하는 것 같습니다. 이 튜토리얼에 따라 다양한 구성 요소의 크기를 조정했습니다 . 필요한 게인은 -10이라고 가정했습니다.
2N2222 트랜지스터 의 모델 은 다음과 같습니다.
.model Q2N2222 NPN(IS=1E-14 VAF=100
+ BF=250 IKF=0.3 XTB=1.5 BR=3
+ CJC=8E-12 CJE=25E-12 TR=100E-9 TF=400E-12
+ ITF=1 VTF=2 XTF=3 RB=10 RC=.3 RE=.2 Vceo=30 Icrating=800m mfg=Philips)
이제 두 번째 단계 (공통 수집가)를 추가하고 싶습니다.
파워 트랜지스터의 모델은 (다운로드 됨)
.MODEL D44H11_HD NPN(
+IS=2.14e-10 NF=1.271265 BF=208.89 RB=2 RBM=0.1 IRB=10
+VAF=342 NE=2.7349 ISE=1e-8 IKF=30 NK=0.9687
+BR=4 IKR=1.05 VAR=35
+XTF=1800 TF=1.9e-9 ITF=200 VTF=40
+CJE=1.4e-9 MJE=0.3092662 VJE=0.4723539
+CJC=175.527e-12 MJC=0.383595 VJC=0.479488
+TNOM=25 Vceo=80 Icrating=8 mfg=ON)
16 옴 저항기의 선택은 공통 콜렉터 Z in = beta * RE_2 의 입력 임피던스에 의해 결정되었습니다 (정확한가요?)
이제 C 출력 커패시터 뒤에 부하 R L = 8ohm을 추가 하면 다음과 같은 V 출력 과 전류가 있습니다.
스피커를 구동하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 물론 나는 몇 가지를 놓치고 있지만,이 연습의 목적은 작게 시작한 다음 내 길을 구축하는 것이었다.
- 이 접근 방식으로 실제로 (교육용) 증폭기를 구축 할 수 있습니까?
- 첫 번째 단계의 이득을 높이고 트랜지스터를 변경해야합니까?
당연히 미리 디자인 된 키트를 살 수도 있지만 그게 뭐가 재미 있니 ...
업데이트 된 회로 1
제안 덕분에 Q2 트랜지스터를 Darlington 쌍으로 교체하고 공통 컬렉터 이미 터 저항을 2ohm으로 줄이는 회로를 업데이트했습니다. 비현실적 일 수도 있지만 여러 저항을 병렬로 사용하여 얻을 수 있다고 가정합니다.
그리고 훨씬 더 나은 결과 !!
업데이트 된 회로 2
다양한 댓글과 답변을 읽고, 온라인에서 조사하고 많은 실험을 해본 결과 약간의 진전이 있었던 것 같습니다. (또는 훨씬 더 복잡한 회로로 동일한 결과를 얻었습니다 :-))
다음과 같이 변경했습니다.
- 2 단계 트랜지스터를 내가 사용 가능한 것으로 교체했습니다 (2n3904 및 bd139).
- 입력 신호의 진폭을 100mV로 줄였습니다.
- 출력 디커플링 커패시터를 1000uF로 증가
- RE2 저항을 20 Ohm으로 증가
- 이득을 높이기 위해 첫 번째 단계의 이미 터에 바이 패스 커패시터를 추가했습니다. 이로 인해 스피커 전체의 전력에 진동이 발생했습니다.
- 두 단계 모두에 부트 스트랩을 추가했습니다. 저항과 커패시터의 값을 더 잘 정의하기 위해 부트 스트랩이 어떻게 작동하는지 이해해야하지만 전체 이득과 출력 전력의 진동을 증가시키는 것 같습니다.
- 피드백 저항 Rfb를 추가했습니다. 이 기사를 기반으로 합니다 .
트랜지스터 모델 (Onsemi)
.MODEL Qbd139 npn
+IS=1e-09 BF=222.664 NF=0.85 VAF=36.4079
+IKF=0.166126 ISE=5.03418e-09 NE=1.45313 BR=1.35467
+NR=1.33751 VAR=142.931 IKR=1.66126 ISC=5.02557e-09
+NC=3.10227 RB=26.9143 IRB=0.1 RBM=0.1
+RE=0.000472454 RC=1.04109 XTB=0.727762 XTI=1.04311
+EG=1.05 CJE=1e-11 VJE=0.75 MJE=0.33
+TF=1e-09 XTF=1 VTF=10 ITF=0.01
+CJC=1e-11 VJC=0.75 MJC=0.33 XCJC=0.9
+FC=0.5 CJS=0 VJS=0.75 MJS=0.5
+TR=1e-07 PTF=0 KF=0 AF=1
* Model generated on Feb 14, 2004
* Model format: PSpice
.MODEL Q2n3904 npn
+IS=1.26532e-10 BF=206.302 NF=1.5 VAF=1000
+IKF=0.0272221 ISE=2.30771e-09 NE=3.31052 BR=20.6302
+NR=2.89609 VAR=9.39809 IKR=0.272221 ISC=2.30771e-09
+NC=1.9876 RB=5.8376 IRB=50.3624 RBM=0.634251
+RE=0.0001 RC=2.65711 XTB=0.1 XTI=1
+EG=1.05 CJE=4.64214e-12 VJE=0.4 MJE=0.256227
+TF=4.19578e-10 XTF=0.906167 VTF=8.75418 ITF=0.0105823
+CJC=3.76961e-12 VJC=0.4 MJC=0.238109 XCJC=0.8
+FC=0.512134 CJS=0 VJS=0.75 MJS=0.5
+TR=6.82023e-08 PTF=0 KF=0 AF=1
나에게 더 좋아 보인다. 파워 차트는 그렇게 부드럽 지 않습니다. LTSpice 문제인지 문제인지 잘 모르겠습니다.
몇 가지 참고 사항 :
- 효율성도 조금 더 좋습니다
- RE2의 최대 전력은 2.2W (모든 열)에서 1.5W로 감소했습니다.
- 몇 가지 매개 변수를 조정해야했고이를 계산하는 방법을 조금 더 이해하고 싶습니다.
내가 올바른 길을 가고 있다고 생각하십니까? 이제 저는 현재 소스를 조사하기 시작했습니다.
답변
예, 이것은 전자 공학에 대해 배울 때 취하는 절대적으로 올바른 접근 방식입니다.
소프트웨어에서는 빠른 코드를 수정하는 것보다 올바른 코드를 빠르게 실행하는 것이 더 쉽다는 만트라가 있습니다.
마찬가지로 하드웨어와 마찬가지로, 거기에 있었던 잘못된 안내를받은 사람들이 있기 전에, 그것을하고, 모든 것을 알고, 처음에 얼마나 힘들 었는지 잊은 사람들 앞에서 뛰도록 제안하십시오.
회로가 작동합니다. 잘 작동하지 않고 전력 효율이 좋지는 않지만 작동하며 하드웨어의 성능이 시뮬레이션의 성능과 거의 일치해야합니다.
이와 같은 회로를 구축함으로써 상업용 증폭기가 RE_2를 사용하지 않는 이유를 알 수 있습니다. 모든 것이 무엇을하고 있는지 이해하면 먼저 전류 소스로 교체 한 다음 푸시 풀 출력의 하단 절반이 의미가있게됩니다. 푸시 풀 출력 단계로의 진행은 전체 웜 캔 (바이어 싱, 교차 왜곡, 열 안정성)이므로 나중에 많이 저장합니다.
그러나 이들 중 하나를 출력 단계로 수행하기 전에 기본 앰프에 대해 배울 수있는 것이 많고, 있어야하는 것이 있습니다. 예를 들어, RE의 일부를 커패시터로 우회하여 첫 번째 단계 이득을 변경합니다.
행복한 학습. 천천히 해. 걸을 수 있기 전에 뛰려고하지 마십시오. 낙담 할 수 있습니다.
이런 식으로 우수한 클래스 A 증폭기 (크로스 오버 왜곡 없음)를 구현할 수 있습니다 .
두 번째 단계 (버퍼)는 Darlington 트랜지스터 여야 하므로 R in 이 상당히 높아져 (>> 10 kohm) stage_1의 이득이 R c / R e 에서 다소 정확 합니다.
또 다른 문제는 편향입니다.
저는 stage_2의 출력 이미 터에서 stage_1의베이스까지 DC_feedback을 자주 사용했습니다.
이를 위해서는 stage_1의 수집기에서 stage_2 base를 직접 조작합니다.
핵심은 출력 이미 터에서 입력베이스로의 2_resistor 1_capacitor DC_feedback입니다.
두 개의 직렬 저항과 중간 지점 션트 커패시터를 사용하십시오.
커패시터를 접지하십시오 (이것은 극성 커패시터가 됨), (-) 접지하십시오. (+)를 V 바이어스 라고 부릅니다 . 시작 값으로 100µF 사용
Q 1의 베이스에있는 기존 (2 개) 바이어스 저항을 제거합니다.
Q1의베이스에서 V 바이어스 노드 까지 10kohm 저항 실행
V 바이어스 노드에서 출력 이미 터 까지 100kohm 저항을 실행합니다.
초기에 충전이없는 DC_feedback 커패시터 (100µF)를 사용하면 Q1의 컬렉터가 처음에 VDD에있게되어 Darlington 트랜지스터를 통해 잠시 높은 전류가 폭발하고 스피커에서 큰 소리가납니다.
Q1은 약 1 밀리 암페어 콜렉터 전류와 약 10µA 기본 전류를 필요로하므로 (10kΩ + 100kΩ) 피드백 네트워크에서 1.1V 강하가 발생합니다. 따라서 입력베이스는 출력 이미 터보다 1.1V DC 낮습니다.
원하는대로 조정할 수 있습니다.
댓글에서 언급했듯이 실제로 8ohm 스피커를 구동하는 단일 트랜지스터 출력 단계는 좋은 생각이 아닙니다. 음량).
대신 많은 자습서에서 설명한대로 "Class AB push pull"단계를 구축하는 것이 좋습니다. 다음은 도움이 될 것 입니다.
.. 임피던스 매칭을 처리합니다.
그것은 초보자들 사이 에서 흔한 오해 입니다. 오디오 앰프가 예를 들어 "8ohm 출력"이 있다고 말하는 경우가 많지만 이는 임피던스가 일치 한다는 의미는 아닙니다 . 이것이 의미하는 바는 스테이지가 8ohm 부하를 구동하도록 설계되었다는 것입니다. 스테이지가 전달할 수있는 전압 및 전류는 8 옴 부하에 최적화되어 있습니다.
실제로 오디오 증폭기 출력은 매우 낮은 출력 임피던스 를 갖도록 설계되어 전압 소스 처럼 작동 합니다 . 클래스 AB 푸시 풀 단계는 이러한 동작에 가깝습니다.
입력 및 출력 임피던스가 일치해야하는 임피던스 매칭은 일반적으로 신호 주파수가 훨씬 낮기 때문에 오디오 회로가 아닌 고주파 회로에서만 필요합니다.