Труднощі з зміщенням підсилювача класу B

9

Тут я маю на увазі підсилювач вихідної потужності класу B.

Цю схему слід легко побудувати і зрозуміти, але у мене виникають проблеми з ухилом, оскільки я не знаю, як змістити основи Q1 і Q2, щоб Q1 вела тільки сигнали позитивної полярності, а Q2 вела тільки негативну полярність сигнали .

Здається, що мені вдалося належним чином змістити підсилювач класу A, але не клас B.

Як мені довелося би змістити верхній ланцюг, щоб досягти роботи класу B підсилювача?

biasing class-b-amplifier power-output-stage

— Кено
джерело

1

Існує деяка дискусія , пов'язана з налаштовуючи VBIAS тут: підсилювач батареї 9V . Зауважте, що він також обговорює завантажувальний процес, на який згадується oldfart у своєму додатковому коментарі до вас.

— jonk

10

Існує простий відомий ланцюг, який працює як "програмований ценер". Нижче наведена принципова схема:

схематичний

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Для реального застосування змінний резистор може бути розділений на три частини, щоб отримати більш точний контроль. Змінюючи резистор, ви можете встановити напругу «зенера» між основами двох транзисторів Q1 і Q2 і таким чином керувати струмом спокою.

Забув: Як справжній ценер, йому потрібен резистор у верхній частині.

У старі добрі часи транзистор був фізично встановлений на радіаторі, тому ви також мали теплову компенсацію. Зайняв деякий час, щоб знайти зображення на веб-сайті, але ось одне:

Опублікувати редагування
Як зазначено в коментарі нижче, ви повинні бути обережними з цією схемою. Перед першим використанням ви повинні переконатися, що змінний резистор встановлений таким чином, що база знаходиться на напрузі колектора. Таким чином відбувається мінімальний перепад напруги. Потім ви повертаєте резистор до тих пір, поки ухил не стане «правильним», що зазвичай означає, що ви більше не бачите (припускаєте) чути (вуха) спотворення вихідного сигналу. Ви можете повернути його трохи далі, що збільшить спокійний струм у вихідній стадії. (Це отримає більше характеристику підсилювача класу A.)

— Олдфарт
джерело

Замість цього Vbias в моєму ланцюзі це має замінити його?

— Кено

3

Так, але вам потрібен резистор від V +, оскільки йому потрібно десь подати струм. Остерігайтеся, якщо напруга стабілітрона встановлено занадто високим під час першого використання, обидва транзистори кінцевої стадії будуть проводити, щоб у вас було коротке значення від V + до V-. Переконайтесь, що база підключена до колектора! Потім повільно відключіть його і виміряйте струм на кінцевих етапах.

— Oldfart

11

По-перше, зрозумійте, що це лише подвійний випромінювач, який використовує дарлінгтон з кожної сторони. Напруга на виході буде в значній мірі напругою на виході з підсилювача. Метою послідовників випромінювачів є забезпечення поточного посилення.

Якщо, наприклад, кожен транзистор має коефіцієнт підсилення 50, то струм, який має підсилювач та джерело потоку, приблизно в 50 * 50 = 2500 разів менше, ніж навантаження. Наприклад, якщо навантаження складає 1 А, то для оппаму потрібно лише джерело 400 мкА.

Одна з проблем з послідовником випромінювача полягає в тому, що вихідна напруга відрізняється від вхідної напруги падінням BE транзистора. Скажімо, для прикладу, це приблизно 700 мВ, коли транзистори працюють нормально. Для послідовника випромінювача NPN вам потрібно почати з 1,7 В, якщо ви хочете вивести 1 В. Аналогічно, для послідовника випромінювача PNP потрібно поставити -1,7 В, якщо ви хочете вивести -1 В.

Через два транзистори, які каскадують, ця схема має дві краплі 700 мВ від підсилювача до виходу. Це означає, що для виходу на високий рівень, підсилювач повинен бути на 1,4 В вище. Щоб вивести низький вихід, підсилювач повинен бути на 1,4 В нижче.

Не хотілося б, щоб підсилювач несподівано стрибав на 2,8 В, коли форма хвилі переключається між позитивною і негативною. Оператор не може цього зробити раптово, тому на нульовому переході настане невеликий мертвий час, що додасть спотворення вихідному сигналу.

Рішення, яке використовується цією схемою, полягає в тому, щоб поставити джерело 2,8 В між входами на високі та низькі бічні драйвери. При 2,8 В різниці в рівні приводу, два вихідних драйвери будуть просто на межі включення на виході 0. Трохи вищий вхід і головний драйвер почне джерело значного струму. Трохи нижче, і нижній драйвер почне потопати значним струмом.

Одна з проблем полягає в тому, щоб це зміщення було правильним для усунення вхідного стрибка, необхідного на нульових перехрестях, але не включати обох драйверів настільки, що вони в кінцевому підсумку рухають один одного. Це призведе до того, що марний струм буде протікати і розсіювати потужність, яка не збирається навантажувати. Зауважте, що 700 мВ - лише приблизне значення для падіння BE. Він досить постійний, але він змінюється зі струмом, а також із температурою. Навіть якщо ви могли точно налаштувати джерело 2,8 В, не існує жодного точного значення для його налаштування.

Це те, для чого призначені RE1 та RE2. Якщо зміщення 2,8 В є занадто високим і значний струм спокою починає протікати як через верхній, так і знизу драйверів, то ці резистори матимуть падіння напруги на них. Яка б напруга не з’явилася через RE1 + RE2, прямо віднімається від зміщення 2,8 В з точки зору двох драйверів.

Навіть 100 мВ може суттєво змінитись. Це буде спричинено 230 мА струму спокою. Зауважимо також, що 700 мВ, ймовірно, на низькій стороні, особливо для силових транзисторів, коли вони проводять значний струм.

Загалом, джерело 2,8 В призначене для того, щоб підготувати кожного з верхніх і нижніх водіїв "готовими", не вмикаючи їх достатньо, щоб вони почали битися один з одним і розсіювати багато сил.

Звичайно, все є компромісом. У цьому випадку ви можете торгувати більш спокійним струмом для трохи менших спотворень.

В ідеалі, у класі B одна сторона повністю відключається, коли інша починає перебирати. Це практично ніколи не відбувається на практиці, але ця схема досить близька до неї.

— Олін Латроп
джерело

Це точка, коли відбувається перемикання спотворень ? Якщо в моїй книзі я правильно це зрозумів, вона описана як обидві сторони (npn і pnp) проводять сигнал понад 180 градусів?

— Кено

1

@ Кено: Перекручування кросоверів може відбуватися обома способами. Найгірше, як правило, коли водії з високою та низькою стороною проводять менше половини часу. Опамп повинен перестрибнути через мертву смугу, що займає обмежений час. Кожне проведення більше половини часу не обов'язково викликає викривлення. Це залежить від того, наскільки плавно вони в’януть і виходять відносно один одного. Наприклад, обидва проводять у класі А, і більше половини часу в класі АВ. Це суть класу AB проти класу B. Деякі зникаючі явища являють собою витрачену потужність, але не обов'язково спотворення. Мертва смуга спотворює.

— Олін Латроп

Я погоджуюсь з тобою! Але чим ближче ми могли б дійти до класу B, тим ефективнішим буде підсилювач, правда?

— Кено

2

@Keno: Так, клас B є оптимальною ефективністю для системи лінійних прохідних елементів. Домогтися того, щоб обидві сторони переключились прямо правильно, дуже важко. Ось чому клас AB. Дозвольте трохи затухати, щоб зменшити спотворення кросовера, за невеликої ціни на ефективність.

— Олін Латроп

І ще одна річ. Точка / область провідності, де обидві сторони npn і pnp ведуть одночасно, чи може це додати додаткове спотворення на підсилювач або це площа одночасного проведення не є предметом спотворення?

— Кено

7

Різниця між класом А і класом В - це струм спокою через останній етап.

Якщо ви робите нульовий струм спокою, тоді лише Q3 або Q4 подає струм, коли присутній сигнал. Це клас Б.

Якщо ви зробите струм спокою таким великим, що для дуже великих сигналів (навіть найбільших) як Q3, так і Q4 ніколи не мають Ic = 0 (ніколи не вимикаються), у нас є клас А.

Також є клас AB, який може знаходитися в будь-якому місці між класом A і класом B.

Як встановити цей спокійний струм?

Це робить Vbias.

Деякі приклади того, як Vbias можна реалізувати:

"Зенер" з відповіді Олдфарта
справжній діод Зенера

або це:

схематичний

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Джерело струму легко можна зробити за допомогою дзеркала струму PNP та резистора зміщення.

— Бімпелрекіе
джерело

Чи є у вас ідеї, як точно знати, чи працює схема в класі А або в класі В або між ними, тобто клас АВ? Я отримав результат під час зміни зміщення, але все, що я отримую, - це звичайна синусоїда. Я міг би перевірити клас, вимірюючи струм спокою через кожен з транзисторів, але чи є інший спосіб? Може, з o'scope?

— Кено

Ви можете легко виміряти струм через Q3 і Q4 через резистори випромінювача. Тому не застосовуйте сигнал і не вимірюйте струм. Думаю, що з VBias = 2,8 В це буде підсилювач класу AB. Також у класі В буде спостерігатися перехресне спотворення на нульових перетинах.

— Бімпелрекіе

@Bimpelrekkie намалював два приклади етапу виходу класу AB. Невеликий струм завжди протікає через Q1 і Q2, Q3 і Q4. При достатньому струмі холостого ходу спотворення може бути дуже низьким, можливо, 0,05% або менше, але компроміс полягає в тому, що вихідний етап розсіює багато тепла. Знайдіть підсилювачі потужністю 1500 Вт в Інтернеті, і ви побачите подібні, але більш досконалі конструкції зміщення.

— Sparky256

6

Ви повинні добре зрозуміти вихідну топологію, щоб знати, як створити зміщення для неї.

Хоча хтось згадав, що у вашому схематичному прикладі BJT розміщені у Дарлінгтоні (з доданими резисторами, що вимикаються ), вони не сказали вам, що таке розташування майже завжди має кращу топологію. Отже, ви майже ніколи не використовуєте цю топологію для початку. Або, коротше кажучи, немає сенсу намагатися зрозуміти це, щоб упереджувати його.

Навіщо використовувати Дарлінгтон:

Високий коефіцієнт посилення струму, який корисний у таких вихідних схемах драйвера, оскільки це значно зменшує спокійний струм зміщення ланцюга, і це може бути великою підмогою при спробі прокрутити великі струмові гойдалки на невеликий навантаження, як це.

Чому б не використовувати Дарлінгтон:

Повільне відключення, якщо не додано резистор (як це у прикладі схеми.)
Неможливо наситити нижче приблизно однієї краплі діода (плюс трохи) через розташування. Це може означати деяку додаткову накладну напругу, необхідну для підсилювача (що для нижчих ланцюгів напруги може бути неприйнятним), а також може означати деяке додаткове загальне розсіювання для підсилювача.
Виступає так, ніби вимагає двох крапель діода між базою та випромінювачем, що збільшує необхідний проміжок напруги зміщення.
Температура впливає на обидва з'єднання основи-випромінювачі, які додаються послідовно. Тож коливання температури зміщення напруги зміщення тепер включає щонайменше чотири діодні краплі послідовно, всі вони відчувають різницю температури. Складність компенсації, ймовірно, збільшується.
Є кращі альтернативи.

Остання причина є основною причиною того, чому не використовувати тут Дарлінгтона. Якби альтернативи не було, то ви просто зациклювались на думці, якби хотіли її єдиної переваги.

Якщо ви хочете отримати високий коефіцієнт посилення струму в Дарлінгтоні, то майже завжди краще замість цього використовувати схему Sziklai. Це виглядає приблизно так:

схематичний

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Це також забезпечує схожий високий коефіцієнт посилення струму, а також не може наситити нижче приблизно одного падіння діода, але також включає наступне:

Лише один падіння діода базового випромінювача на квадрант.
$R_3$ і $R_4$ можна розташувати так, що $Q_2$ і $Q_4$ підібрати значну частину пікових струмів (скажімо, 25-30%?) Це сприяє стабілізації зміни базових випромінювачів $Q_1$ і $Q_3$ . Ця опція недоступна для домовленості Дарлінгтона.

Ви вже маєте кілька коментарів щодо зміщення схеми. Подібні ідеї можуть також використовуватися із схемою драйверів Sziklai, показаною вище, але вам не знадобиться стільки різниці напруги ухилу.

Крім того, жоден коментар щодо зсувних схем тут не стосується впливу на вашу ланцюг через перепадів температури під час роботи. І це може бути досить важливим для розгляду. Доданий колекторний резистор до більш простого $V_{BE}$ множник (і відключившись від сторони колектора цього доданого резистора, тепер) може забезпечити механізм, за допомогою якого можна вносити коригування, щоб відповідати поведінці множника з варіаціями на вихідній стадії, щоб спокійний струм був відносно стабільним над температура. (Припускаючи, що ви термічно з'єднаєте множник BJT з вихідними BJT.) І це також може додати компенсацію для Early Effect.

Так само, як приблизна модель, схема тепер може виглядати так:

схематичний

^{моделювати цю схему}

Ви налаштували б $R_7$ і $R_8$ і $R_9$ для того, щоб встановити необхідну різницю напруги зміщення (влаштовану таким чином, щоб при спокої перепадало напруга впоперек $R_1$ і $R_2$ було б о $50\:\textrm{mV}$ кожен - після того, як ви вирішите, як розмістити їх в першу чергу - поки не обговорюється.) Ви також налаштували б $R_7$ себе (і, як наслідок цього, також можливо $R_8$ ), щоб відповідати поведінці теплових змін, щоб підтримувати цей перепад напруги впоперек $R_1$ і $R_2$ коли ви використовуєте фен або якесь інше джерело тепла на всій цій вихідній стадії. (Я припускав, що ви термічно з'єднали BJT разом на одному радіаторі.) $C_1$ надає кілька корисних завантажувальних і $C_3$ забезпечує обмін змінного струму через $V_{BE}$ множник для основ на два вихідних квадрати Sziklai.

$C_2$ забезпечує компенсацію Міллеру для VAS ( $Q_6$ ), хоча це не єдиний спосіб керування схемою - замість цього може бути використаний підсилювач (так, ні $Q_6$ в такому разі.)

Вищезазначене передбачає, що у вас дійсно є біполярні рейки подачі та заземлений навантажений постійний струм. Я також не показав негативні відгуки, які, мабуть, знадобляться з часом. Дещо буде дещо інакше, якби навантаження з'єднане змінного струму і у вас є лише одна рейка подачі.

— жарт
джерело

Приємно! Але чому C3 підключений до колектора Q5? І C1, який вважається "завантажувальним" чимось (?) - я досі не отримую його функції, хоча прочитав кілька публікацій, які ти мені рекомендував.

— Кено

@Keno Поки що просто ігноруйте конденсатори. Зауважте, що

R_{7}

$R_7$ зазвичай дуже мала величина (о

50 Ω

$50\:\Omega$ або так) ви могли так само добре підчепити колекторний кінець

C_{3}

$C_3$ до вузла приєднання

R_{6}

$R_6$ і

R_{7}

$R_7$ (без руху

Q_{2}

$Q_2$ Базове підключення до колектора, хоча.) Функція

C_{1}

$C_1$ полягає у підвищенні ефективного опору

R_{6}

$R_6$ і тим самим підвищити коефіцієнт підсилення, що виникає внаслідок його перебування

Q_{6}

$Q_6$ колекторне навантаження (застосовується до малогабаритних,

r_{e} = \frac{k T}{q I_{C_{6}}}

$r_e=\frac{k T}{q I_{C_6}}$ , щоб наблизити цей приріст.)

— джонк

1

@Keno У вас є чому навчитися. Я думаю, що одним із головних моментів тут є те, що проектування хорошої вихідної стадії з дискретних частин вимагає певного рівня та широти знань про різні ефекти . Температура є однією з найважливіших, якщо вона хоче бути хорошим водієм живлення. Ви часто не знайдете детальної обробки дискретних конструкцій (хоча ви й бачите схеми), тому що з появою хороших, дешевих ІМС вже мало потреби. За винятком вчитися. На жаль, старі книги - це єдине місце, де ви можете знайти цю інформацію.

— джонк

3

Насправді підсилювач класу B не має базового зміщення. Зсув відбувається в класі АВ. Але ви можете змістити базу багатьма способами.

Якщо ви використовуєте оп-підсилювач так само, як на зображенні, ви можете просто використовувати зворотний зв'язок. Це робить висновок рівним входу, як буфер, але зі ступенем потужності.

схематичний

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Ви також можете використовувати два джерела напруги.

схематичний

^{моделювати цю схему}

Можна використовувати діоди та постійне джерело струму.

схематичний

^{моделювати цю схему}

І нарешті, але не в останню чергу множник Vbe. Це займає ідею @ oldfart. Струм резисторів R1, R2 і R3 задається приблизно

Я_{r} = \frac{V_{б е 2}}{R_{3}}

$I_r=\frac{V_{be2}}{R_3}$ І,

V_{Б Б} = Я_{r} (R_{1} + R_{2} + R_{3}) = V_{б е 2} (\frac{R 1 + R 2 + R 3}{R 3})

$V_{BB} = I_r(R_1+R_2+R_3) = V_{be2}(\frac{R1+R2+R3}{R3})$ .

схематичний

^{моделювати цю схему}

ПРИМІТКА: Резистор R2 призначений для тонкої настройки.

— Франсіско Гомес
джерело

1

Немає жодних випромінювальних резисторів на кінцевих вихідних транзисторах - це погана ідея, за винятком першого контуру. Навіть якщо ви відрегулюєте зміщення напруги між базами, щоб не спричинити сильний вихідний струм спокою, ви все одно просите теплового втечі. Оскільки вихідні транзистори нагріваються, їх краплі BE знижуються. Це спричиняє більше спокійного струму з однаковим зміщенням вхідного зміщення. Це спричиняє більше нагрівання, що призводить до зниження крапель BE… тощо.

— Олін Летроп

Ти правий. Я відповів на це теоретично, тому що другий і третій контури майже ніколи не використовуються. В останньому ланцюзі ви можете термічно з'єднати Q1, Q2 і Q3, і це вирішує тепловий відбіг.

— Франсіско Гомес

2

клас B визначається як кут провідності 180 градусів - тому клас B упереджений до точки провідності - інакше це дійсно клас C (особливо для малих сигналів). Емітерні резистори є важливими як для стійкості до зміщення, так і для того, щоб кожен пристрій вимикався протягом протилежного півциклу.

клас АВ - це коли кут провідності становить між 180 і 360

— Марк Тіллотсон
джерело