Funktion des spezifischen Kondensators in der negativen Rückkopplung des Audioverstärkers

Ich werde einen Schaltplan stehlen, den ich zuvor zu einer anderen Frage, die Sie gestellt haben, gepostet habe, ihn ein wenig vereinfachen und ihn zur Diskussion organisieren. Hier ist es:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Konzentrieren Sie sich nun auf den Abschnitt des Differenzverstärkers und gehen Sie zunächst davon aus, dass kein Signaleingang vorhanden ist.

$Q_1$und$Q_2$teilen den Strom aus Stromquelle 1 auf . Dazu benötigen sie Rekombinations-Basisströme. Diese Basisströme müssen von einer Gleichstromquelle kommen.$Q_1$hat eine Quelle dafür:$R_\text{IN}=10\:\text{k}\Omega$. Dieser Basisstrom verursacht jedoch einen leichten Spannungsabfall$R_\text{IN}$also die basis von$Q_1$wird relativ zum Boden ein wenig positiv sein. Wo das genau ist, ist uns egal. Es ist nicht wichtig. Wir wissen nur, dass es ein paar Millivolt auf der positiven Seite der Erde geben wird, damit das funktioniert.

Aber$Q_2$benötigt auch Rekombinations-Basisstrom und dergleichen$Q_1$dies muss auch von einer DC-Quelle kommen. In diesem Fall ist diese DC-Quelle der Ausgang selbst. Und es kommt durch$R_{\text{F}_1}$Beachten Sie, dass der Wert von$R_{\text{F}_1}$ist auch$10\:\text{k}\Omega$. Dies ist kein Unfall. Die Idee ist, dass es ungefähr den gleichen Spannungsabfall gibt$R_{\text{F}_1}$wie quer$R_\text{IN}$weil die Basisrekombinationsströme für beide ungefähr gleich sein sollten$Q_1$und$Q_2$wenn sie die Stromquelle etwa gleichmäßig aufteilen.

Das verbleibende Problem besteht also darin, dass der Ausgang selbst nahe an der Erdspannung liegen muss, wenn die Basisspannung aus ist$Q_2$wird irgendwo in der Nähe der Basisspannung von sein$Q_1$. (Das muss so sein, weil ihre Emitter auch verbunden sind.)

Der Stromspiegel wird gebildet durch$Q_3$und$Q_4$(Theoretisch, und ich habe die Verwendung von VBE-angepassten BJTs im obigen Schema vorgeschlagen, nur um dies zu betonen) erfordern, dass ihre Kollektorströme beide sehr nahe am gleichen Wert liegen. Da der durch gebildete Differenzverstärker$Q_1$und$Q_2$sollen unterschiedliche Kollektorströme haben können, die Differenz verlässt den Differenzverstärkerabschnitt und wird zum Basisstrom für die VAS ($Q_6$.)

Was also passiert ist, dass das differenzielle BJT-Paar,$Q_1$und$Q_2$, wird automatisch ihr aktuelles Guthaben so anordnen, dass die aktuelle Fahrt$Q_6$Die Basis ist genau die richtige Menge, damit der Ausgangsknoten nahe an Masse liegt und damit die Basisspannung von$Q_2$in geeigneter Weise nahe an der Basisspannung von liegt$Q_1$.

Bisher sind die negative Rückkopplung (der NFB) und die Verstärkung noch nicht einmal berücksichtigt. All dies würde auch dann noch gelten, wenn$R_{\text{F}_2}$und$C_{\text{F}_2}$wurden vollständig aus dem Schaltplan gelöscht. Das System würde trotzdem automatisch die richtige Ausgangsspannung finden , damit sich bei DC alles ausgleicht. Dafür ist es konzipiert.

Sie können sich vorstellen, dass dies einfach das ist$C_{\text{F}_2}$hat bei Gleichstrom eine unendliche Impedanz und daher ist das NFB-Netzwerk (das bei Wechselstrom einen Teiler bildet) überhaupt kein Teiler, sondern leitet die Ausgangsspannung direkt mit einer Verstärkung von 1 direkt in den anderen Eingang des Differenzverstärkers zurück.

Aber wie auch immer Sie darüber denken, der Verstärker „findet einen Ruhepunkt“ (wenn Sie ihn so konstruieren, dass er genügend Spielraum hat, um dorthin zu gelangen, natürlich).

Kommen wir nun zurück zu$R_{\text{F}_2}$und$C_{\text{F}_2}$. Mit der Selbstvorspannung des Verstärkers bei DC, wenn Sie hängen$R_{\text{F}_2}$und$C_{\text{F}_2}$ab von der$Q_2$Basis und Erde am anderen Ende, alles, was passiert, ist, dass ... wieder bei DC ...$C_{\text{F}_2}$Lädt sich auf die gewünschte Ruhespannung auf. Irgendwann fließt kein Strom mehr$R_{\text{F}_2}$und daher kein Spannungsabfall darüber und daher die Spannung darüber$C_{\text{F}_2}$ist nur die Differenz zwischen der Basisspannung von$Q_2$und Boden.

Aber hier ist das GROSSE DING. Das Hinzufügen dieses "Beins" hier bewirkt, dass bei AC etwas Neues passiert. (Bei DC nichts Neues.) Es bildet jetzt einen Spannungsteiler. Das bedeutet, dass nur ein Teil der Spannungsänderungen am Ausgang der Basis von präsentiert wird$Q_2$. Jetzt,$Q_2$arbeitet daran, seine Basisspannung nahe der Basisspannung von zu halten$Q_1$. Also versucht es zu folgen$Q_1$. Aber wenn es nur einen Teil dessen sieht, was am Ausgang passiert, dann stellt es sich so ein, dass sich dieser Teil im Einklang mit dem bewegt, was mit passiert$Q_1$. Dafür muss sich der Ausgang aber umso mehr bewegen, weil nur ein kleiner Teil dessen, was am Ausgang passiert, von „gesehen“ wird$Q_2$.

Die Wirkung von all dem ist Gewinn . So können Sie nun die Verstärkung des Systems unabhängig von der benötigten DC-Vorspannung einstellen. Das ist eine gute Sache.

Und so funktioniert es.

HINWEIS

Nur für den Fall, dass jemand denkt, dass das oben Genannte ein komplettes Design ist, das baubar ist und sofort einsatzbereit ist, ohne Anpassungen oder Optimierungen, um mit den Launen von BJTs fertig zu werden, lassen Sie sich bitte von diesem Gedanken abbringen. Der Schaltplan ist nur nah an etwas, das liefern könnte$5\:\text{W}$als Ausgabe in eine$8\:\Omega$Lautsprecherlast. Aber der VBE-Multiplikator müsste definitiv angepasst werden, und es ist wahrscheinlich, dass die aktuellen Quellen auch einige Optimierungen vertragen könnten. Die spezialisierten BJT-Paare, die im vollständigen Differenzverstärker verwendet werden , funktionieren möglicherweise fast sofort. Aber es ist möglich, dass einige Änderungen erforderlich wären. Der VBE-Vervielfacher selbst sollte thermisch gekoppelt sein$Q_{10}$und/oder$Q_{11}$damit es auch besser läuft. Und der Wert von$R_3$sollte so angepasst werden, dass es sich in der Nähe der Spitze seiner parabolischen Reaktionen befindet. Eine praktische Schaltung würde wahrscheinlich einige Potentiometer enthalten, von denen keines im Schaltplan enthalten ist. Und es gibt andere Konstruktionsdetails, die ich nicht erwähnt habe und über die wahrscheinlich einige andere hier auf EESE mehr wissen als ich.

Sofern Sie sich nicht in der Lage fühlen, dieses Design für die Ihnen zur Verfügung stehenden BJTs einzurichten und zu optimieren, sollten Sie dies eher als Beispielfall denn als echten Fall betrachten. Und wenn Sie keinen Zugang zu angepassten BJT-Paaren für den Differenzverstärker selbst haben, werden an mehreren Stellen einige Degenerationswiderstände benötigt, um mit der VBE-Fehlanpassung fertig zu werden, sowie mindestens ein zusätzlicher Widerstand, der benötigt wird, um mit der Beta-Fehlanpassung fertig zu werden mit$Q_3$und$Q_4$(Dieser Widerstand wäre wahrscheinlich auch nützlich, wenn die BCV61 anstelle des BCM61 verwendet würden.)

Abgesehen davon ist dieses Verstärkerdesign ... halbnah.

Die Verstärkung des Verstärkers hängt von Rf1 und Rf2 ab.

Wie Sie wissen, erscheint der Eingangs-DC-Offset eines Verstärkers, der von der Unsymmetrie im Eingangstransistorpaar abhängt, am Ausgang, verstärkt durch seine Verstärkung.

C2 ist ein Kondensator, also lässt er keinen Gleichstrom durch. Dadurch wird Rf1 aus der Gleichung entfernt und die Verstärkung bei DC wieder auf 1 gebracht.

Dies ist ein einfacher Trick, um sicherzustellen, dass die Ausgangs-DC-Offsetspannung nicht mit der Verstärkung des Verstärkers multipliziert wird, das ist alles.

Mit C2 hat der Verstärker eine DC-Verstärkung von 1. Ohne C2 23. Die AC-Verstärkung beträgt 23.

Da kein Verfahren bereitgestellt wird, um die Eingangsoffsetspannung, die durch die DC-Verstärkung verstärkt wird, auf Null zu setzen, könnte eine DC-Verstärkung Probleme verursachen.

Offset Null könnte durch ein Potentiometer zwischen R2 und R3 bereitgestellt werden. Beachten Sie jedoch, dass sich die Eingangsoffsetspannung mit der Temperatur ändern kann und dies nichts dazu beiträgt, dies zu korrigieren.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}