Stark verzerrter Ausgang eines Leistungsverstärkers der Klasse B

Ich habe das nur schnell aufgezogen, die letzte Stunde oder so. Ich stimme zu, dass es bei Drähten auf einem Protoboard, wie Sie es verwenden, wichtig ist, viel Bypass-Kapazität direkt auf dem Protoboard selbst zu haben. Fügen Sie das hinzu. Ich denke jedoch, dass Sie möglicherweise auch Probleme hatten, da zwischen jedem nahegelegenen Loch auf dem Protoboard ebenfalls eine große Kapazität (einige pF) vorhanden ist. Und Sie haben dem Rückkopplungswiderstand keine Kapazität hinzugefügt (was möglicherweise erforderlich ist). Die Werte hier sind auf die Idee ausgelegt, dass Sie vielleicht so viel liefern können wie$2\:\text{A}$Spitze in ein$8\:\Omega$laden, also habe ich versucht, das zu berücksichtigen. Das heißt, ich habe hier wirklich nichts getan, sondern nur schnell und grob "das rausgehauen". Keine Zeit für mehr.

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

Hier habe ich die Sziklai-Ausgangstreiberanordnung mit den hinzugefügten eingerichtet$V_{BE}$Multiplikator vorhanden, wie es sein sollte. Ich habe zwei variable Widerstände verwendet, von denen einer Ihren hält$2\:\text{k}\Omega$Wert (den ich denke, Sie haben) und ein anderes Wesen$100\:\Omega$.$P_1$können Sie den Ruhestrom einstellen (den Sie messen können, indem Sie die Spannung zwischen den Kollektoren von messen$Q_{12}$und$Q_{13}$.)$P_2$lässt Sie Dinge für die Temperatur- und Early-Effect-Kompensation einstellen. Kannst du aber gerne komplett entfernen$P_2$und$R_3$indem Sie sie kurzschließen, wenn Sie möchten. Sie sind NICHT kritisch. Nur ein Angebot. Wenn Sie sie ignorieren (kurzen), müssen Sie möglicherweise einen anderen Wert für auswählen$R_2$(vielleicht kleiner.) Sie werden wissen, ob dies erforderlich ist, wenn Sie feststellen, dass Sie den Ruhestrom nicht auf den richtigen Bereich einstellen können$P_1$. Wählen Sie in diesem Fall einen Wert in der Nähe für aus$R_2$und versuchen Sie es anzupassen$P_1$nochmal.

Fühlen Sie sich frei, Fragen zu stellen, Keno. Ich werde versuchen, sie so gut wie möglich zu beantworten. Fühlen Sie sich frei, andere zu kritisieren und Kibbitz.

Suchen Sie nach einem Ruhestrom (kein Eingangssignal) von vielleicht einem Milliampere oder so. Anpassen$P_1$dafür und lesen Sie es ab, wie ich es oben erwähnt habe. Sie können die Spannung ausrechnen, die Sie lesen müssten. (Fühlen Sie sich frei, die Werte von zu erhöhen$R_{E_3}$und/oder$R_{E_4}$Um dies einfacher zu erkennen - lassen Sie einfach nicht mehr als ein paar Zehntel Volt fallen, während Sie die Dinge dort anpassen.)

Angenommen, Sie benötigen viel Stromverstärkung für den Ausgangstreiberabschnitt (und das tun Sie auch), hat die Sziklai-Anordnung einige Vorteile gegenüber der Darlington-Anordnung:

1. Es gibt nur zwei$V_{BE}$Tropfen zu bewältigen.
2. Diese zwei$V_{BE}$Tropfen werden weitaus weniger erhitzt, so dass ihre$V_{BE}$Tropfen sind stabiler, was die Planung erleichtert$V_{BE}$Multiplikatorisches Verhalten.

Im Darlington-Fall gilt zwar immer noch, dass bei zwei der vier BJTs weniger Erwärmung stattfindet, Tatsache ist jedoch, dass alle vier eingeschlossen sind$V_{BE}$Tropfen in was erforderlich ist, um über die gesteuert werden$V_{BE}$Multiplikator. Dies verkompliziert also das Design des Vervielfachers oder verringert andernfalls die thermische Stabilität. Wie auch immer, es ist keine gute Sache zugunsten von Darlington. Daher verwendet man es normalerweise nicht für solche Fälle.

(Kurz gesagt, ich kenne keinen guten Grund, Darlington zu verwenden, abgesehen von Problemen mit der Teileverfügbarkeit. Wenn beispielsweise PNPs mit hohem Strom schrecklich und / oder nicht verfügbar sind, können Sie sie ersetzen$Q_{10}+Q_{12}$mit einer Darlington-Alternative, die nur NPN verwendet. Aber Sie würden den Sziklai wahrscheinlich immer noch im unteren Quadranten des Fahrers lassen.)

Schauen wir uns die aktuelle Quelle ohne einige der "Extras" an. (Sie sind nicht wichtig, um den grundlegenden DC-Betrieb zu verstehen.)

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Ignorieren, was auch immer es für die Last geben könnte$Q_5$Sammler, sollten Sie in der Lage sein, sich sehr grob vorzustellen, dass sich diese Schaltung in gewisser Weise selbst vorspannen wird. Von$+20\:\text{V}$, gibt es einen DC-Pfad durch$RSET_1$, der Emittent von$Q_5$zu seiner Basis, dann durch$R_{11}$, die mit Masse verbunden ist. Es steht also außer Frage, dass durch diesen Pfad ein gewisser aktiver Strom fließen wird. Wenn$Q_6$wurden aus dem Stromkreis gezogen, und davon ausgegangen$Q_5$hatte eine Kollektorlast gegen Masse (bzw$-20\:\text{V}$) was nicht anders verursacht hat$Q_5$zu sättigen, dann könnten wir den Basisstrom berechnen als:

Und dies würde sich kaum von der standardmäßigen CE-Verstärkerberechnung unterscheiden.

Aber in diesem Fall gibt es einen Zusatz$Q_6$. Was tut es? Vor dem Hinzufügen gibt es keine besondere Grenze für den Spannungsabfall$RSET_1$. Es können mehrere Volt oder mehr sein. Aber mit$Q_6$hinzugefügt, der auf seine Basis-Emitter-Spannung empfindlich ist, jeglichen Spannungsabfall über$RSET_1$das ist größer als etwa eins$V_{BE}$wird verursachen$Q_6$um viel mehr Strom durch seinen Kollektor zu liefern, die alle über geerdet werden müssen$R_{11}$. Dieser zusätzliche Strom verursacht einen erhöhten Spannungsabfall$R_{11}$. (Denken Sie daran, dass Sie nur ein Mere hinzufügen$60\:\text{mV}$zum Spannungsabfall über$RSET_1$, der Sammler von$Q_6$wird zehnmal so viel Kollektorstrom einspeisen$R_{11}$was auch den 10-fachen Spannungsabfall bedeutet$R_{11}$!) Dieser erhöhte Spannungsabfall über$R_{11}$bedeutet auch, dass die Basis von$Q_5$nach oben (in Richtung der positiven Schiene) gedrückt wird und dies bewirkt$Q_5$'s$V_{BE}$um "eingeklemmt" zu werden, wodurch sein Kollektorstrom reduziert wird.

Was genau ist $Q_5$Kollektorstrom? Nun, es ist so ziemlich der Strom in$RSET_1$. Das ist alles. Und da wir uns auch ziemlich sicher sind, was die Spannung darüber angeht (eins$V_{BE}$), können wir den Kollektorstrom in berechnen$Q_5$ziemlich zuverlässig.$Q_6$wird seine eigenen ständig und sorgfältig überwachen$V_{BE}$und sofort auf Änderungen reagieren, indem Sie Dinge anpassen$Q_5$'s Basis und "Strom hineindrücken/senken"$R_{11}$um diese Änderungen in die richtige Richtung wirken zu lassen.

Am Ende sind es ungefähr zwei$V_{BE}$Tropfen von Ihrer positiven Schiene bis zur Basis von$Q_5$. Sein Kollektor kann ungefähr so ​​hoch in Richtung der positiven Schiene "reichen", bevor er zu sättigen beginnt (was andere Probleme verursacht). Und dies gibt dem Kollektor ziemlich viel Compliance -Bereich$Q_5$. Was gut ist.

In dieser Kurzversion der Schaltung, die am Anfang meiner Antwort zu finden ist, habe ich sie entfernt$RB_1$. Es ist nicht unbedingt erforderlich, um die Schaltung zu erklären. Aber es wird hinzugefügt, um bei möglichen Oszillationen zu helfen, wenn die Schaltung Teil eines größeren Systems ist und ein Wechselstromsignal verstärkt wird. Es fällt nicht viel Spannung ab, sodass Sie es "meistens ignorieren" können. Im Allgemeinen reicht ein Widerstand von einigen hundert Ohm bis vielleicht tausend Ohm aus, aber der bessere zu verwendende Wert hängt (natürlich) vom Basisstrom ab. Er ist einfach nicht besonders kritisch bewertet.

Ich habe die ganze Frage nicht wirklich gelesen (zu lange und bin nicht schnell genug zu einem klaren Punkt gekommen), aber das scheinen Sie nicht mit "Verzerrung" zu meinen:

Dies ist ganz klar der Verstärker, der selbst schwingt, wenn er vom Eingangssignal einen kleinen Kick erhält.

Ein kurzer Blick auf den Schaltplan zeigt, warum das keine Überraschung sein sollte. Es gibt überhaupt keine Kapazität auf den Stromschienen! Der Ausgang lädt die Stromschienen, was ihre Spannung ein wenig ändert. Diese kleine Änderung wird von der Eingangsstufe aufgenommen und dann durch den Rest des Verstärkers verstärkt.

Um dies zu beheben:

1. Setzen Sie auf jeder Stromschiene eine angemessene Kapazität auf Masse. Diese sollte mindestens einige 100 µF betragen.

2. Unterbrechen Sie die Stromschienen links von Q5 für den Pluspol und links von Q7 für den Minuspol. Schalten Sie einen kleinen Widerstand in Reihe, gefolgt von weiteren 100 µF gegen Masse. Fügen Sie dieses Mal jedoch auch eine Hochfrequenzumgehung hinzu, etwa 10 µF Keramik zur Masse an jeder Stromleitung.

Ich glaube, ich erinnere mich, dass ich dir das schon einmal gesagt habe, aber ich habe jetzt keine Lust, in der alten Geschichte herumzuwühlen.

Ich glaube, Ihnen wurde auch schon gesagt, dass Darlingtons hier keine gute Idee sind. Sie erfordern eine höhere Ansteuerspannung als Ausgangsspannung und haben eine ziemlich hohe Sättigungsspannung. Es gibt bessere Möglichkeiten, wie die Verwendung eines Power-PNP für das obere Passelement der letzten Stufe und dann eines Power-NPN für die untere. Diese können von kleineren NPN- bzw. PNP-Transistoren angesteuert werden. Das sprengt jedoch den Rahmen dieser Frage.

Was Sie sehen, ist keine Verzerrung. Es ist der Verstärker, der mit hoher Frequenz schwingt, da +20/-20 V keine Volumenkapazität haben. Dadurch haben sie aufgrund der Induktivität der zu Ihrem Netzteil führenden Drähte und des begrenzten Frequenzgangs des Netzteils eine hohe Impedanz bei hoher Frequenz.

Hier ist eine Simulation:

1uH ist ungefähr die Induktivität von 1 Meter Draht. Die an den Ausgang angeschlossenen 100 pF könnten von der Streukapazität des Steckbretts stammen.

Außerdem: Ich habe Ihren Schaltplan etwas klarer neu gezeichnet.

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