Sari la conținut


Amplificatorul audio => Generalitati, ep.2



Publicat de Marian78 , 30 iunie 2016 · 345 Vizualizari
* * * - - 5 voturi
Salutari tuturor.

Acest articol este continuarea seriei incepute AICI-Click, serie care isi doreste sa trateze asa cum si titlul spune, notiuni generale despre amplificatorul audio. Reiterez faptul ca nu-mi arog merite necuvenite, nu eu am inventat amplificatorul audio, si nici elementele de circuit ce-l compun, cum deasemeni nici nu intentionez sa tratez dezvoltarea unui amplificator de inalta performanta, deoarece pana acolo este drum lung si anevoios, drum care nu poate fi parcurs fara intelegerea elementelor de circuit de baza, cat mai bine, si asta incerc eu sa fac in aceasta serie de articole destinata in primul rand electronistilor amatori ( fireste ca poate citi oricine ). Nu va asteptati sa deveniti electronisti peste noapte citind o carte, o serie de articole ( cum sunt ale mele spre exemplu ), chiar cunoscand si intelegand la perfectie ce scriu eu aici, totusi nu veti fi dobandit decat cunostinte de baza, dar pe care puteti apoi cladi daca priviti totul cu o minte deschisa si mai ales neatinsi de mentalitatea extrem de daunatoare in genul "stiu destule, n-am nevoie sa invat nimic nou", sau si mai rau, ceva in genul "eu stiu mai bine ce si cum, deci nimeni nu ma poate contrazice".

Am inceput seria asta cu prezentarea in episodul anterior a uneia dintre cele mai importante configuratii ale tranzistorului bipolar-Emitorul Comun; In articolul de fata o sa tratez celelalte 2 configuratii ale sale, asadar sa incepem.


Colectorul comun

Sau repetor pe emitor, acesta indeplineste un alt rol indispensabil in amplificator ( amintiti-va castigul in tensiune ce nu se poate obtine fara emitorul comun ), aici se realizeaza castigul in curent. Schema simplificata este asta:
Imagine postată

Vin este semnalul aplicat in baza, RL este sarcina, Vcc este alimentarea. Desi este un element foarte simplu, totusi sunt foarte multe de spus despre el, o sa incerc totusi sa nu fiu prea lung pentru a nu plictisi, asadar cativa parametrii.

Impedanta de intrare este rezistenta echivalenta vazuta de semnalul aplicat in baza, o voi nota cu ZIN si este:
Imagine postată

Adica impedanta de intrare este rezistenta sarcinii inmultita cu amplificarea in curent a tranzistorului ( cu hfe ), si este ZB descris in articolul anterior.

Impedanta de iesire este rezistenta echivalenta a iesirii, un mod de a privi lucrurile ( cu scopul de a o intelege ) este sa va imaginati o sursa ideeala de tensiune care este acea sursa teoretica capabila de curent infinit ( tensiunea este perfect fixa indiferent de sarcina ), la care se inseriaza o rezistenta, cam asta este impedanta de iesire, pe care o notez cu ZOut si este:
Imagine postată

Unde ZS este impedanta de iesire a stagiului anterior.

Amplificarea in tensiune de regula este subunitara ( nu poate fi mai mare de 1 ), este chiar asa cum suna, cum este afectat ca si amplitudine, semnalul din baza, in cazul ideeal pe sarcina se regaseste exact semnalul din baza insa la un curent mai mare, deci castig unitar in tensiune ( de aici si numele de "repetor in emitor" insa in realitate nu se intampla asa, o sa observati indata de ce. Asadar amplificarea in tensiune, AV, este:
Imagine postată

Unde RL este rezistenta sarcinii, iar Re' este rezistenta intrinseca din emitor descrisa in articolul anterior, si stim ca aceasta este dictata de curentul de colector, si cum acesta variaza in functie de semnal, rezulta in final si o variatie a amplificarii in tensiune cauzata de semnal, si implicit un important contributor la capitolul THD asa cum am mentionat in primul episod, problema foarte importanta la etajul final unde ne dorim un castig in tensiune cat mai constant si putin influentat de semnal, si asta nu se poate face decat cu o polarizare stricta, optima, intelegeti asadar importanta unui reglaj corect al curentului de mers in gol.

Amplificarea in curent este simplist spus, castigul in curent adaugat la semnalul de comanda din baza, il notez cu AI si este:
Imagine postată

Unde Is este curentul de care dispune semnalul aplicat in baza, spre exemplu avem un semnal limitat de 1mA si o amplificare in curent de 50hfe a tranzistorului, curentul disponibil pentru sarcina devine deci 50mA, ( dependenta directa a Ic de Ib este folosita la limitare spre exemplu ).


Neajunsuri

Una dintre principalele probleme derivate din descrierea de mai sus este amplificarea in tensiune care nu este una constanta ci puternic influentata de semnal, sa luam un exemplu cu schema initiala la care vom ignora pentru moment necesitatile Vbe pentru a fi mai usor de inteles. Sa presupunem RL la 4 Ohm si un semnal pe sarcina de 1Vv, ( amplitudine varf ):
Imagine postată

Presupunand ca semnalul creste la 2Vv:
Imagine postată

Dar daca semnalul scade la 0,5Vv:
Imagine postată

Imaginati-va acum variatii mari de multi volti, ale semnalului de pe sarcina, si veti obtine evident variatii importante ale castigului in tensiune, implicit contributie substantiala la THD. Aici intervine rezistenta de putere inseriata cu emitorul, scopul ei nu este doar de a egaliza curentii prin 2 sau mai multe perechi de tranzistori in paralel, ci si o importanta liniarizare a castigului in tensiune, pe ea se stabileste polarizarea optima ( biasul ) in asa fel incat influenta variatiilor Re' asupra castigului in tensiune a etajului final sa fie cat mai redusa. Dar mai multe detalii intr-un articol viitor ce va trata detaliat etajul final.


Baza comuna

Cunoscut si sub numele de "Cascoda" este cea de a 3-a configuratie in care tranzistorul bipolar se poate folosi, schema de principiu cam asta ar fi:
Imagine postată

Se numeste asa deoarece baza este mentinuta la un potential fix, fie direct la masa fie la o tensiune de polarizare cat mai stabila. Este asa cum pare, adica un tranzistor daca vreti, "ajutator" inseriat cu unul principal, se poate folosi in combinatie cu ambele configuratii anterioare, adica atat colector comun cat si emitor comun:
Imagine postată

In ambele situatii beneficiile folosirii cascodei sunt destul de importante, si o sa le luam pe rand pentru a intelege ce si cum, intai emitorul comun:
Imagine postată

Q1 este tranzistorul emitor comun ( deci cel principal ) iar Q2 este cascoda, la Q1 am adaugat si Ro' care este efectul early despre care am vorbit in episodul anterior, ne amintim ca acesta este simplist spus o rezistenta intre colector si emitor, sa ne reamintim formula ei:
Imagine postată

Unde VE este acel "early voltage" caracteristic tranzistorului respectiv. La numarator exista si Vce si aici este buba la emitorul comun, deoarece nu doar ca avem o rezistenta Ro' ( intre colector si emitor ) finita care poate fi destul de mica si deci impedanta de colector destul de redusa, insa valoarea Ro' variaza in ritm cu semnalul audio, deci in concluzie, castigul in bucla deschisa al emitorului comun variaza in functie de semnal datorita variatiei tensiunii de colector. Ceea ce face cascoda din schema este sa mentina colectorul Q1 la un potential fix, ceea ce elimina automat variatiile Ro' cu semnalul, ea inca exista insa cascoda reduce foarte mult efectele ei prin introducerea unui alt Ro' ( al cascodei ) in serie cu aceasta dar la o valoare mult mai mare, caracterizata de produsul dintre Ro' calculat al cascodei si amplificarea in curent a acestuia.

Asadar concluzionand, cascoda folosita in combinatie cu emitorul comun, atenueaza mult ( nu elimina complet ) efectul early, si faciliteaza obtinerea unui castig in bucla deschisa mult mai mare si mai putin dependent de semnal.

Analizam in continuare combinatia baza comuna+colector comun:
Imagine postată

Q1 este tranzistorul principal, Q2 cascoda, RE este rezistenta externa inseriata in emitor, RL este sarcina. Beneficiul? Pai sa presupunem ca avem Vcc la 100V si polarizam cascoda ( baza ei ) la 50Vcc, care este tensiunea colector-emitor vazuta de fiecare din cei 2 tranzistori? Ati ghicit, 50V, adica ne putem folosi de cascoda pentru a limita tensiunea colector-emitor maxim vazuta de tranzistori, putand astfel folosi tranzistori de tensiune mai mica, totodata reducand si disipatia totala pe fiecare in parte, in amplificatoarele de mare sau foarte mare putere, unde alimentarile sunt foarte mari, artificiul asta poate fi foarte util pentru ca acolo limitari vin atat de la SOA maxim suportat de finali dar si de la Vce maxim al lor.

Asadar combinatia colector comun+cascoda ajuta sa limitam tensiunea vazuta de fiecare tranzistor in parte, polarizand baza cascodei la o tensiune atent aleasa care va reprezenta tocmai tensiunea maxim vazuta de tranzistorul ajutat ( principal ).
_______________________________________________________________________________________________________________________

Nota:
Aici se incheie prezentarea celor 3 configuratii ale tranzistorului bipolar, si o data cu ele si articolul de fata, am dorit sa incep cu ele pentru a avea o mica baza cu ajutorul careia sa se inteleaga mai bine ceea ce urmeaza. In episodul urmator o sa va prezint cateva elemente adiacente/secundare si distincte de circuit, prezente in amplificatorul audio.

Cu speranta ca nu v-am plictisit prea tare, va multumesc pentru lectura si pentru atentia acordata. In caz ca aveti nelamuriri sau observatii, lasati comentariu si o sa incerc sa fiu cat mai prompt in lamuriri. Deasemeni daca considerati articolul util, nu ezitati sa-i acordati un rating, este important pentru mine sa stiu ce parere aveti.

Toate cele bune.
Marian.
  • Letcon, flomar și gsabac like this



emil.matei.ro Cel mai cuprinzator director romanesc