Транзистор в змінному режимі
Ласкаво просимо до Зробіть свої гітарні ефекти! Якщо ви тут новачок, можливо, ви захочете прочитати мою книгу про те, як клонувати свою першу педаль ефекту, натисніть тут, щоб завантажити книгу безкоштовно! 🙂
Ласкаво просимо назад, щоб зробити свої гітарні ефекти! Оскільки ви тут не вперше, ви, мабуть, захочете прочитати мою книгу, яка пояснює, як клонувати свою першу педаль ефекту, натисніть тут, щоб завантажити книгу безкоштовно! 🙂
У цій статті розглядається транзистор змінного струму і є продовженням статті під назвою "Точка спокою біполярного транзистора". Ми бачили, як поляризувати транзистор в статичному режимі, тобто «підготувати» його, щоб підсилити змінний сигнал, який надходить від гітари, за найкращих умов.
Тому в цій статті ми продовжимо там, де він зупинився, тобто якщо напруга колектора зміщується вдвічі менше напруги живлення. Ми побачимо вплив транзистора змінного струму на точку спокою. Ми також побачимо через ряд моделювання SPICE, що відбувається, коли вхідний сигнал занадто великий, що призводить до спотворення вихідного сигналу.
1 Електрична схема
Повернемося до рисунка 3 цитованої статті, де ми визначили, що Rb і Rc мають точку спокою в колекторі при 4,5 В зі струмом 10 мА:
Конденсатори Cin і Cout, підключені відповідно до основи та колектора транзистора, дозволяють "ізолювати" статичну ланцюг від решти схеми. Дійсно, конденсатор дозволяє пропускати змінний струм, але не постійний. Отже, напруга постійного струму, яка подається на B і C, впливатиме лише на частину ланцюга між двома конденсаторами. Тому вони дозволяють транзистору зміщуватись у бажаній робочій точці, не впливаючи або не впливаючи зовнішніми прямими напругами.
Ці конденсатори називаються конденсаторами зв'язку (див. Цю статтю). Їх пропускна здатність розраховується таким чином, щоб визначити поріг частоти, нижче якого обрізаються бази частот. У наших додатках ми зазвичай вибираємо значення між 100 нФ (1 нано = 1 мільярд) і 1 F (1 = 1 мільйон).
2 Характеристика Ic = f (Vce)
На малюнку 2 я представив Робоча точка в Q (Vce = 4,5 В на абсцисі, ic = 10 мА на ординаті). Його також називають точка відпочинку, оскільки він представляє роботу транзистора, коли на базу транзистора не подається жоден сигнал.
Коли ми йдемо грати гітарна нота, електричний сигнал, який я зазначив Ve (t) на малюнку 1, змінний (який залежить від часу) пройде через конденсатор Cin і змінить напругу між базою та випромінювачем. Модифікація цієї напруги призведе до модифікації базового струму ib. Змінюючи ib, ми змусимо точку спокою Q переміщатися по лінії навантаження, показаній зеленим на малюнку 2. Коли ib зменшується, Q опускається вправо, а коли ib збільшується, Q піднімається вліво. Тому напруга Vce коливатиметься близько 4,5 В, як це видно на абсцисі на малюнку 2.
Потім константа 4,5 В буде відфільтрована конденсатором з'єднання Cout, і на виході ми отримаємо напругу Vs (t), яка є копією Ve (t), але посилена !
3 Нелінійний режим
Все, що я кажу вище, відповідає дійсності, коли вхідна напруга Ve (t) не надто велика. Дійсно, рух точки точки Q обмежений ліворуч і праворуч, це точки Q1 і Q2, які я поставив на рисунку 2. У випадку Q1 струм бази є занадто низьким, а транзистор заблокований. У випадку Q2 базовий струм занадто високий, а транзистор перебуває в режимі насичення. Тому, якщо вхідний сигнал не надто високий, Q не досягає своїх максимальних значень, а вихідний сигнал відповідає вхідному сигналу, ми говоримо, що ми перебуваємо в лінійному режимі.
З іншого боку, якщо вхідний сигнал занадто великий, його піки виявляться тупими або навіть обрізаними. Ви можете побачити, що означає вирізане, у статті про педаль спотворення RAT. Це призводить до спотворення сигналу.
Ви сказали спотворення ?
розумію любителі спотворень мати очі, які сяють! Дійсно, якщо ми розміщуємо 2-й транзистор після ланцюга, 1-й транзистор посилає сигнал, який має картопля. Тоді сигнал, що надходить від 2-го транзитора, матиме багато спотворень. І додавши петлю зворотного зв'язку між двома транзисторами, ми отримуємо приблизно педаль Fuzz Face ! Але це виходить за рамки цієї статті, і ми ще поговоримо про це.
4 Транзистор в змінному режимі: короткий зміст всього цього в моделюванні
Візьмемо наш SPICE-симулятор і введемо схему на малюнку 1:
На цьому малюнку я залишив напруги і струм спокою. Порівняно з малюнком 4 статті про точку відпочинку, я додав джерело змінної напруги який імітує сигнал нашої електрогітари на частоті 1 кГц (трохи вище, ніж "15" лад на високій струні "Е"). Є також два конденсатори Cin і Cout.
4.1 Лінійний регістр
Почнемо з надсилання слабкого синусоїдального сигналу з амплітудою 10 мВ. Цей сигнал показано на малюнку навпроти. Ми бачимо, що його максимум становить +/- 10 мВ. Ми також бачимо, що його період становить 1 мс. Це відповідає періоду в 1 кГц (= 1000 Гц).
Цей сигнал, що чергується, буде передаватися через Cin і надходити на базу. Як ми вже говорили вище, це спричинить коливання струму ic і напруги Vce навколо точки спокою Q.
На рисунку 5 ми бачимо результат моделювання на рівні колектора чорним кольором і після конденсатора Коута червоним кольором. Ми вже бачимо, що частота зберігається, оскільки вихідна синусоїда має частоту, ідентичну частоті вхідного сигналу. Крім того, ми бачимо, що чорний сигнал коливається близько 4,5 В і становить близько одного вольта. Коливання близько 4,5 В - це те, що ми шукали, щоб коливання могли мати максимум 9 В і мінімум 0 В, так що все добре! Тому ми можемо бачити, що вхідний сигнал справді посилюється.
Однак складова постійного струму вихідного сигналу дратує, вона створює шум, який впливає на якість сигналу змінного струму. Тут виходить Коут. Його роль полягає в тому, щоб блокувати компонент постійного струму і лише пропускати компонент змінного струму. Це те, що ми спостерігаємо, сигнал (червоним) тепер відцентрований на 0 при збереженні амплітуди та частоти.
4.2 Нелінійний випадок
Збільшимо амплітуду вхідного сигналу. Давайте підемо, наприклад, до 30 мВ. Вихідний сигнал, відфільтрований конденсатором Коута, подається справа. Ми все ще можемо бачити синусоїдальний аспект, але дещо спотворений. Тому ми більше не отримуємо копію вхідного сигналу, тому звуковий сигнал буде дещо спотворений.
Давайте збільшимо вхідний сигнал далі і застосуємо амплітуду 100 мВ. Цього разу вихідний сигнал не має нічого спільного з формою. Ми наближаємось до квадратного сигналу, і сигнал вже не є навіть симетричним. Ви зрозумієте, звук буде спотворений на виході !
5 Висновок
Отже, ми побачили, що для отримання ідентично посиленого сигналу необхідно вибрати адекватну точку спокою і що вхідний сигнал досить слабкий. Це важливо, якщо ви хочете, наприклад, натиснути на педаль підсилення з чистим звуком у великому динамічному діапазоні (граючи м’яко або жорстко на струнах). Тепер, якщо ви хочете додати зерна до підсилення, може бути цікаво пограти з насиченістю сигналу. Вся справа в тому, щоб знати, що робити !
Якщо вам сподобалась ця стаття, поділіться нею, дякую !