Wie kann ich einen gebrückten Ausgang eines Lautsprechers an 8 Ohm simulieren?

In Anlehnung an meinen vorherigen Beitrag zu einem einzelnen 5-V-Schienenverstärker versuche ich, einen Operationsverstärker mit Brückenausgang zu simulieren, der so eingerichtet ist, dass er eine 8-0-Ohm-Last ansteuert.

Eine der Lösungen war:

Verwenden Sie einen Brückenausgang. Dies sind zwei Leistungsverstärker, zwischen denen das Signal invertiert wird. Einer treibt eine Seite des Lautsprechers hoch, während der andere die andere Seite des Lautsprechers gleichzeitig um den gleichen Betrag tief treibt.

  • Der Eingang ist eine 400-mV-PP-Sinuskurve

  • Erwarten Sie einen 10-V-PP-Ausgangsspannungshub

Es gab keine Informationen, die ich bei Google finden konnte, also versuchte ich ein Design nach dem obigen Zitat (R5 ist die simulierte Lautsprecherlast):

Schema

Die Ausgabe davon ist die folgende: (Hinweis: Der Referenzknoten des oberen Diagramms ist die Ausgabe des invertierenden Verstärkers)

Sim1

Wenn ich jedoch R5 auf 8 Ohm ändere, die Impedanz eines normalen Lautsprechers, erhalte ich die folgende Ausgabe:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ist mein Verständnis eines überbrückten Ausgangs hier falsch? Wenn nicht, warum kann ich nicht die richtige Schaltung simulieren?

Antworten (2)

Ihr erstes Problem ist die Wahl des Netzteils. Da Ihre Opamps Single-Supply betrieben werden, können sie bei Bedarf keine negative Ausgabe liefern. Wenn der Eingang beispielsweise positiv ist, muss Ihr Wechselrichterabschnitt eine negative Spannung ausgeben. Offensichtlich kann es das nicht, und was Sie auf Ihrer unteren Spur sehen, ist das klassische Verhalten eines Operationsverstärkers mit Einzelversorgung, der auf die falsche Polarität getrieben wird - Phasenumkehrung.

Zweitens vermute ich, dass Ihre Simulator-Operationsverstärker nicht Rail-to-Rail sind. Aus diesem Grund erreichen Ihre Ausgänge nicht annähernd 5 Volt.

Versuchen Sie Folgendes: Ändern Sie vor allem die horizontale Skala Ihres Displays, damit Sie nur 3 oder 4 Zyklen Ihres Signals erhalten. Wie dargestellt, sind Ihre Daten wirklich schwer zu sehen.

Zweitens, anstatt Ihren Operationsverstärker V- zu erden, fügen Sie eine negative Spannungsquelle hinzu. Stellen Sie beide Quellen auf 15 Volt statt 5 Volt ein. Dadurch können Sie das qualitative Verhalten der Brücke sehen.

Drittens experimentieren Sie mit dem Hinzufügen eines Widerstands von der Oberseite von R1 zu V + und finden Sie einen Wert (Analyse hilft hier - Hinweis, berücksichtigen Sie die Auswirkungen von R2 und R8), der bewirkt, dass der DC-Pegel 7,5 Volt erreicht. An diesem Punkt ist U1 positiv und U2 negativ gekoppelt. Kein Problem.

Viertens, verwenden Sie einen Widerstandsteiler, um den nichtinvertierenden Eingang von U2 von Masse auf 7,5 zu bringen, und Sie werden sehen, dass sich der Wechselrichterausgang gut verhält. Schließen Sie ebenso das derzeit geerdete Ende von R4 an diesen Teiler an, und U1 beginnt ordnungsgemäß zu arbeiten.

Fünftens können Sie jetzt herausfinden, warum die Amplitude etwas niedrig ist, und die Verstärkungen entsprechend anpassen. (Hinweis - denken Sie an Schritt 3 und die Impedanz von C1)

Sechstens, reduzieren Sie die Spannungsquellen auf 10 Volt, dann 5. Da ich nicht weiß, welche Opanps Sie angegeben haben, kann ich nicht genau vorhersagen, was passieren wird, aber es wird wahrscheinlich nicht gut sein, besonders bei 5 Volt. Dies besagt, dass Sie einen Ersatz finden müssen, der Rail-to-Rail verkehren kann.

Wenn die Schaltung an diesem Punkt gut funktioniert, können Sie überprüfen, ob alle Spannungen immer über 0 liegen. Wenn das stimmt, und nur wenn das stimmt, können Sie Ihre V-Quelle eliminieren.

Ist die Analyse zum Ermitteln des Widerstandswerts trivial oder erfordert sie etwas Arbeit? Wie wirkt sich R2 auf die Vorspannung aus, da es auf virtuelle Masse geht?
Es ist ziemlich trivial. Zuerst habe ich jedoch die Schritte 3 und 4 geändert - meine ursprüngliche Version war falsch. Entschuldigen Sie die Verwirrung. R1 ist mit Masse verbunden. R8 geht eher als R2 auf eine virtuelle Masse. Für die Zwecke des Stromflusses ist eine virtuelle Masse nicht von einer realen Masse zu unterscheiden, sodass R1 und R8 als parallel betrachtet werden können. Wie viel Strom führt R2? Beeinflusst es also den Teiler?
So bemessen Sie einen Widerstandsteiler. Angenommen, Sie haben zwei Widerstände in Reihe, R1 und R2, wobei das freie Ende von R1 auf einer Spannung V und das freie Ende von R2 auf Masse liegt. Der Gesamtwiderstand ist R1 + R2. Der Strom durch jeden ist gleich, nenne ihn i. Dann ist i = V/(R1 + R2), und die Spannung an R2 ist i R2. Die Spannung ist also R2 x V/(R1 + R2) oder VR1 = V x (R2 / (R1 + R2)). Ich nehme an, Sie wissen, wie man den Wert zweier paralleler Widerstände berechnet.
Ich vermutete, dass R2 die Vorspannung nicht beeinflusst, aber die Analyse auf SPICE zeigt, dass dies der Fall ist. Um eine Vorspannung von 7,5 V zu erhalten, benötigen Sie einen Widerstand, der R1 || entspricht R8 = 820 Ohm über R1 bis Vcc, richtig? Wenn ich es jedoch simuliere, gibt es mir eine Vorspannung von 7,4 V. Wenn ich den Wert von R2 ändere, ändert sich auch der Bias-Wert. Liegt das an dem Operationsverstärker, den ich verwende? Es ist ein LT1677.
Eigentlich 818 Ohm. Die Verwendung von 820 sollte eine Vorspannung von 7,492 Volt ergeben. Ich vermute, dass Ihr Simulator nur die ersten beiden Ziffern anzeigt. Ich würde nicht erwarten, dass R2 eine Rolle spielt. Die Kombination aus 20 nA Vorspannungsstrom und einem Thevenin-Äquivalenzwiderstand von 410 Ohm sollte nur eine Änderung von etwa 8 Mikrovolt erzeugen.
Ich bin ein bisschen verwirrt. 1. Sie sagen, dass beide Operationsverstärker negativ angeschlossen werden sollten - warum ist das der Fall? Einer ist invertierend, der andere ist nicht invertierend. Sollten sie nicht an die -ve- bzw. +ve-Schienen angeschlossen werden? 2. Ich hoffe, ich verstehe Ihr Konzept richtig: Verzerren Sie die Eingabe auf Vcc/2. Dann den anderen Differenzeingang der Operationsverstärker auf Vcc/2 vorspannen. Wie erzwingt dies, dass der Ausgang der Operationsverstärker immer über 0 liegt?
Ah, du hast es erwischt. Gut. Es war falsch und ich habe es behoben. Entschuldigung, Hirnfurz in Aktion.
Okay, ich habe endlich eine fast korrekte Ausgabe. Ich werde Ihnen richtig antworten, wenn Sie diese beiden Dinge verdeutlichen könnten: Aufgrund des Widerstandsteilers für die differenzielle Vorspannung besteht eine Abweichung der Amplituden zwischen den invertierenden und nicht invertierenden Ausgängen. Die nicht invertierende Amplitude nimmt ab, je größer die Widerstände sind, die ich verwende (zB gleich 1K). Wenn ich 100 Ohm für den Teiler verwende, ist es anständig abgestimmt. Wenn ich noch größere Widerstände (z. B. 10K) verwende, wird die Invertierung mit dem nicht invertierenden Ausgang phasengleich. Warum ist das?
Ich vermute, dass Ihr Problem darin besteht, dass der Referenzteiler aufgrund der Wechselwirkung mit U1 keinen festen DC-Pegel liefert. Versuchen Sie, den Teiler mit einem dritten Operationsverstärker zu puffern, der als Follower konfiguriert ist (Signal an nichtinvertierenden Eingang, Ausgang direkt mit invertierendem Eingang verbunden). Fügen Sie außerdem, nur zum Grinsen, einen 1-uF-Kondensator zur Masse am Teiler hinzu. Die technische Erklärung ist, dass der Teiler hat ein Thevenin-Äquivalentwiderstand ungleich Null (gleich dem parallelen Widerstand Ihrer Teilerwiderstände), der R4 effektiv erhöht und dadurch die Verstärkung von U1 verringert.Der Follower behebt dies.
Versuchen Sie alternativ Folgendes: Installieren Sie den neuen Follower-Operationsverstärker noch nicht. Berechnen Sie den Parallelwiderstand Ihres Teilers. Reduzieren Sie R4 um diesen Betrag und prüfen Sie, ob die Verstärkung jetzt korrekt ist. Achten Sie auch darauf, dass der DC-Pegel Ihres neuen Teilers genau dem DC-Pegel entspricht, der vom Pullup-Widerstand in Schritt 3 bereitgestellt wird. Wenn Sie dies nicht tun, haben die beiden Opamp-Ausgänge DC-Offsets, die Sie nicht möchten .
Eindrucksvoll! Sowohl die Pufferlösung als auch das Wechseln von R4 funktionierten einwandfrei. Vielen Dank für Ihre Hilfe

Ihre Simulation erfolgt mit Operationsverstärkern, und wenn das Modell für den Operationsverstärker genau ist, können Sie nicht erwarten, dass eine "anständige Leistung" an eine überbrückte (oder andere) 8-Ohm-Last geliefert wird.

Ich habe die Parameter des Operationsverstärkers geändert, um einen Ausgangsstrom zu haben, der weitaus größer als erforderlich ist (2A). Betrachtet man jedoch den Strom durch den 8-Ohm-Widerstand, beträgt er immer noch nur 160 mA PP, und die Leistung beträgt 102 mW, obwohl sie 1,6 W betragen sollte. Gibt es noch andere Parameter, die die Schaltung beeinflussen?
Verbinden Sie das untere Ende von R1 mit Vcc / 2 - dies wird helfen, da dann auch Ihre DC-Pegel korrekt sind - siehe Antwort von whatroughbeasts.
Wie kann ich einen gebrückten Ausgang eines Lautsprechers an 8 Ohm simulieren?
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