Ein weiterer ausgefallener Differenzverstärker

Dies ist die Schaltung, die ich gemacht habe - entworfen, berechnet, gebaut:

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Der Kollektorstrom von Q1 und Q2 betrug 5 mA, während der von Q3 1 mA betrug. Die Sinuswelle am Eingang hatte 1 Vpp bei 1 kHz. Negatives Feedback sollte funktionieren, da es eine 360-Grad-Verschiebung zwischen dem Eingang an der Basis von Q1 und der Basis von Q2 gibt. Rf2 wurde zuerst auf 10k festgelegt, dann wurde es durch ein Potentiometer ersetzt.

Diese Schaltung funktionierte nicht wie ich erwartet hatte. Ich hatte erwartet, dass eine gewisse Verzerrung innerhalb der Sinuswelle durch eine negative Rückkopplung oder / und ein Differenztransistorpaar korrigiert würde und die korrigierte Verzerrung mit Rf2 (weniger Verstärkung - weniger Verzerrung) gesteuert würde.

Ich habe die Verzerrung erzeugt, indem ich der Basis von Q3 eine weitere Sinuswelle (1 Vpp, 3 kHz) hinzugefügt habe. Die tatsächlichen Ergebnisse konnten nicht mit den gewünschten verglichen werden, da sie nicht einmal annähernd den gewünschten entsprachen.

Als Ergebnis wurde der Ausgang am Kollektor von Q3 genauso verzerrt wie das Signal an der Basis von Q3 - sollte am Kollektor von Q3 reiner Sinus anliegen? Aber dann habe ich das Signal am Kollektor von Q2 erfasst und nur da war die Sinuswelle, die ich am Ausgang des Verstärkers erwartet hatte (unter der Bedingung, dass die Basis von Q2 mit C1 kurzgeschlossen war, sonst mit Drehen des Potentiometers Rf2 das Signal würde sich schnell dem verzerrten nähern).

Sinuswelle am Kollektor von Q2 versus verzerrtes Signal an der Basis von Q3 (nicht auf derselben Spannungsskala).

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich denke, dass es noch eine kleine Lücke in meinem Verständnis des Differenzverstärkers gibt, weil ich damit eine Weile zu kämpfen habe und ich keine nützliche Schaltung einschließlich Diff erstellt habe. Ampere.

Wie haben Sie der Basis von Q3 eine Sinuswelle "hinzugefügt"?
@τεκ Mit einem anderen Kanal meines Funktionsgenerators über Kondensator
@Keno Du bist ziemlich nah dran, wirklich. Sie haben einfach nicht berücksichtigt, dass Sie ihm den "Raum" gegeben haben, damit der NFB bei DC korrekt funktioniert. Das hinzugefügte AC kann also auch nicht funktionieren. Ich bin wirklich froh zu sehen, dass Sie Dinge zusammenstellen und Ihr Denken testen!!
Sie haben also eine Quelle mit niedriger Impedanz an den Ausgang des Differenzialpaars angeschlossen (das eine Ausgangsimpedanz von ~ 1,5 k hat).
@τεκ Ich weiß, dass es nicht der richtige Weg ist, zwei Signale zu mischen, aber ich habe keinen anderen Weg gelernt, es zu tun.
Um die harmonische Verzerrung zu reduzieren, muss die Open-Loop-Verstärkung viel größer sein als die Closed-Loop-Verstärkung. Ihre Open-Loop-Verstärkungen von Rc/Re sind hier zu niedrig, sodass Ihr negatives Rückkopplungsverhältnis von Rf2/Rf1 ebenfalls niedrig ist.
@jonk Habe ich die Dinge durcheinander gebracht, als ich die Schaltung vorgespannt habe? Wo liegt dann das Problem?
@TonyStewart.EEsince'75 Aber ist es nicht irgendwie wahr, dass mit zunehmendem Anteil (abnehmender Verstärkung des Verstärkers) des Ausgangssignals, das an den Diff-Amp zurückgeführt wird, die Verzerrung am Ausgang des Verstärkers abnimmt?
@Keno nur durch das Verhältnis der Open-Loop-Verstärkung zur Closed-Loop-Verstärkung. Die Open-Loop-Verstärkung ist hier sehr niedrig (4?). Es muss höher sein. Für gängige Operationsverstärker sind es ungefähr 100 000.
@τεκ Also, um nur mit negativer Rückkopplung zu experimentieren, muss ich einen solchen Verstärker mit hoher Verstärkung bauen? Oder könnte ich anstelle von Q3 auch einen Operationsverstärker verwenden?
@Keno Die Effekte sind sehr klein, es sei denn, das Verhältnis der Open-Loop-Verstärkung zur Closed-Loop-Verstärkung ist höher. Die Regelkreisverstärkung ist 1+Rf2/Rf1. Die Open-Loop-Verstärkung beträgt ungefähr Rc/Re * Rc2/Re2. Der einfachste Weg, die Open-Loop-Verstärkung zu erhöhen, wäre, Re2 zu verringern (auf vielleicht 100 Ohm) und Rc zu erhöhen (vielleicht 10k).
Wenn Sie das „Verzerrungs“-Signal anwenden, denken Sie auch daran, dass es nur um die Verstärkung vor diesem Punkt gedämpft wird.
@τεκ Sehr niedriger Spannungsabfall über Re2 (der als 100 Ohm angesehen wird), der dann einen kleineren Rc und daher eine kleinere Verstärkung durch den Diff-Amp erfordern würde und auch (wahrscheinlich) zu einer Begrenzung des an Q3 angelegten Ausgangssignals führen würde, da es hoch wäre Spannungspotential am Kollektor von Q1. Das Absenken von Re2 scheint also keine gute Idee zu sein, es sei denn, ich würde die Verstärkung von Q3 erhöhen, indem ich den Emitterwiderstand mit der Kappe umgehe.
@ Keno Sie sagen, es würde die Verstärkung erhöhen, aber Verzerrungen verursachen? Hmmm...
@τεκ bezieht sich darauf: rsrelectronics.com/tips/bode.gif , ja
@τεκ Aber ich weiß immer noch nicht, was Jonk mit "dem NFB-Raum geben" gemeint hat. Vielleicht können Sie das Hauptproblem dieser Schaltung lösen? Dies ist derzeit am wichtigsten zu diskutieren.
@jonk Wenn du aus deinem Kommentar die Bedeutung von "Raum" definieren könntest, würde ich mich sehr freuen.
@Keno Es gab keinen Platz (selbst wenn man diese riesigen Basiswiderstände von annimmt 120 k Ω waren auch kein ernsthaftes Problem), um viel Strom in Bezug auf die Kollektorschenkel auf die eine oder andere Weise umzuleiten, weil der Kollektor in die Sättigung "quetscht". Wenn Sie der Meinung sind, dass Sie hier bereits genug Input haben, kann ich nichts hinzufügen. Wenn Sie das Gefühl haben, dass Sie die Dinge immer noch nicht verstehen, dann fügen Sie einen Kommentar oder etwas hinzu, um mir ungefähr mitzuteilen, warum. Nur als Hinweis, denken Sie genau über diese Basiswiderstände nach und welchen Abfall sie für die Basisströme erzeugen, die bereits von Ihrem Design benötigt werden.
@Keno Ich freue mich jedoch sehr auf die letzten beiden Beiträge. Jeder bricht die bevorstehende Arbeit in logische Teile auf! Nett. (Das ist ein Fortschritt, den ich, glaube ich, bei Ihnen gesehen habe.) Und nein, es wird nicht einfach sein, alle Details richtig hinzubekommen. Es gibt viele Details. Aber Sie werden so viel aus dem Prozess lernen. Ich wette, du wirst mir schon bald ein paar Dinge beibringen! Weiter so.
@Keno Aber ich vermute, Sie müssen noch ein wenig mehr an der theoretischen / mathematischen Dokumentation arbeiten. Sie scheinen sozusagen „aus der Hüfte zu schießen“. Sie scheinen jetzt besser in der Auswahl von Topologien zu sein. (+1 dafür.) Aber immer noch nicht so gut darin, sie zu dekorieren. " Gut, qualitativ; nicht so gut, quantitativ ." Nun, so scheint es mir jedenfalls.

Antworten (2)

Entschuldigung, dass ich die Schaltung falsch analysiert habe - Sie haben tatsächlich viel Open-Loop-Verstärkung - ungefähr 100.

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(siehe Diskussion unten)

Der Kleinsignalwiderstand, der von den Basen von Q1 und Q2 aus gesehen wird, ist sehr unterschiedlich. Ich habe Q2 klein gemacht, indem ich einen Kondensator vom Ausgang zu Vn hinzugefügt habe. Ich verwende 10 kHz als "Verzerrungsquelle", da es einfacher ist, die Wackeln zu sehen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung einGeben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Hier ist es ohne diesen KondensatorGeben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich werde nachsehen, ob Ihre Korrekturen einen Unterschied machen, aber das sollte kein Problem sein, da ich die Schaltung so entworfen habe, dass der Basisstrom durch Rb und Rf1 etwa 16 uA betragen und 2 V darüber abfallen sollten. Sowohl Q1 als auch Q2 haben ein Beta von ca. 300, also 120k Widerstand für beide Basen ist genau richtig, meinst du nicht?
Nein, Ihr Hinzufügen von Basiswiderständen macht die Sache noch schlimmer.
Diese 120k-Widerstände befinden sich jedoch in unterschiedlichen Positionen - Rf1 ist in Reihe mit der Basis, während Rb parallel ist. Versuchen Sie als Experiment, Rf1 auf Null zu setzen.
oder einen 1uF-Kondensator darüber legen
Nein, das verbessert nichts. Das Problem liegt nicht in den Basisströmen, da sich die Spannungsabfälle an beiden Rc nur um 0,5 V unterscheiden.
Gleiches gilt für die 1uF-Kappe
Wie fügen Sie das "Verzerrungs" -Signal hinzu? Wenn Sie die Basis von Q3 wie folgt an einen Kondensator anschließen: i.stack.imgur.com/xwhuR.png , denken Sie daran, dass Sie diesem Knoten viel Kapazität hinzugefügt haben, selbst wenn die Quelle Null ist, was im Wesentlichen einen Kurzschluss bedeutet aus RC
Mit Ihrer Verbesserung ändert sich das Ausgangssignal von diesem: i.imgur.com/MoORj7T.jpg zu diesem: i.imgur.com/840KzCp.jpg
Ich habe auch 10 kHz für das Verzerrungssignal verwendet, wie Sie es getan haben.

Ihr Diffpair-Gewinn ist Rcollector / (2 * reac) = Rcollector * gm/2

Somit beträgt die Diffpair-Verstärkung 1.500 Ohm / (2 * 5 Ohm) = 1.500 / 10 = 150x.

Ihre Ausgangsstufe Q3 hat eine Verstärkung von etwa 3 dB oder 1,4.

Der gesamte Vorwärtsgewinn beträgt fast 200.

Um die Verzerrung zu sehen, befestigen Sie das C1 an der Basis von Q2 und lassen Sie das untere Ende von nur schweben. Oder trennen Sie Rf2, um Stromleitungsabfall zu vermeiden, der sonst durch kapazitive Kopplung mit der Stromverkabelung Ihres Labors oder Leuchtstofflampen aufgenommen werden könnte.

Sie werden eine massive Verzerrung sehen, da das Diffpair vollständig schaltet, wenn Ihr Eingangssignal größer als 100 Millivolt oder so ist und wenn Ihre Frequenz schneller als die F3dB Ihrer 1uF und 120Kohm (ca. 1Hz) ist.

In Anbetracht dessen, dass dies eine Rückkopplungsschleife ist, definiert C1 + Rf1 genau die HighPass-Ecke Ihrer Schaltung ?

Sie werden einen erheblichen Miller-Effekt haben; Die Eingangskapazität jedes Diffpair-Transistors beträgt (1 + 150x) * Cob oder ca. 1.500 picoFarad.

Der Miller-Effekt kommt später - nachdem ich vollständig verstanden habe, wie diese Schaltung so gestaltet wird, dass sie dem erwarteten Verhalten, das ich zuvor in meiner Frage beschrieben habe, so nahe wie möglich kommt.
Zwischen dem Miller-Effekt, der die obere Passband-Ecke einstellt (wirkt mit Rsource in einem LPF) und dem Feedback-Kondensator C1, der die untere Passband-Ecke einstellt, haben Sie in einem HPF möglicherweise wenig oder kein „Passband“, in dem die Verstärkung flach erscheint.
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