Трудности с смещением усилителя класса B

9

Здесь я имею в виду усилитель выходной мощности класса B.

Эту схему должно быть легко построить и понять, но у меня проблемы с смещением, так как я не знаю, как сместить основания Q1 и Q2, чтобы Q1 проводил только сигналы положительной полярности, а Q2 проводил только отрицательную полярность сигналы .

Кажется, мне удалось только правильно сместить усилитель класса А, но не класс В.

Как бы мне пришлось сместить верхнюю цепь, чтобы добиться работы усилителя класса B?

biasing class-b-amplifier power-output-stage

— Кено
источник

1

Существует некоторая дискуссия , связанная с настраивая VBIAS здесь: усилитель батареи 9V . Обратите внимание, что здесь также обсуждается начальная загрузка, на которую oldfart ссылается в своем добавленном вами комментарии.

— jonk

10

Существует простая известная схема, которая работает как «программируемый стабилитрон». Ниже приведена принципиальная схема:

схематический

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Для реального применения переменный резистор может быть разделен на три части, чтобы получить более точное управление. Изменяя резистор, вы можете установить напряжение «стабилитрона» между базами двух транзисторов Q1 и Q2 и, таким образом, контролировать ток покоя.

Забыл: так же, как настоящий стабилитрон, ему нужен резистор наверху.

В старые добрые времена этот транзистор был физически установлен на радиаторе, поэтому у вас также была тепловая компенсация. Мне понадобилось время, чтобы найти изображение на WWW, но вот оно:

Редактирование поста
Как уже упоминалось в комментарии ниже, вы должны быть осторожны с этой схемой. Перед первым использованием убедитесь, что переменный резистор настроен так, что база находится под напряжением коллектора. Таким образом, минимальное падение напряжения. Затем вы поворачиваете резистор до тех пор, пока смещение не станет «правильным», что обычно означает, что вы больше не видите (прицел) не слышите (уши) искажения в выходном сигнале. Вы можете повернуть его немного дальше, что увеличит ток покоя в выходном каскаде. (Он получит больше характеристик усилителя класса А.)

— Oldfart
источник

Вместо этого Vbias в моей схеме, это должно заменить его?

— Кено

3

Да, но вам нужен резистор от V +, поскольку он должен получать ток откуда-то. Остерегайтесь, если напряжение Зенера установлено слишком высоким при первом использовании, оба транзистора на конечной ступени будут проводящими, поэтому у вас будет короткое замыкание от V + до V-. Убедитесь, что база подключена к коллектору! Затем медленно выключите его и измерьте ток на конечных этапах.

— Oldfart

11

Во-первых, поймите, что это всего лишь двойной излучатель, использующий дарлингтона с каждой стороны. Напряжение на выходе будет в значительной степени напряжением на выходе операционного усилителя. Цель подписчиков эмитента - обеспечить текущую прибыль.

Например, если каждый транзистор имеет коэффициент усиления 50, то ток, который операционный усилитель должен получать и снижать, примерно в 50 * 50 = 2500 раз меньше, чем потребляет нагрузка. Например, если нагрузка составляет 1 А, то для операционного усилителя требуется только 400 мкА.

Одна проблема с повторителем эмиттера состоит в том, что выходное напряжение отличается от входного напряжения падением BE транзистора. Скажем для примера, это около 700 мВ, когда транзисторы работают нормально. Для повторителя NPN-излучателя вы должны начать с 1,7 В, если вы хотите 1 В. Точно так же, для последователя PNP-эмитента, вы должны положить -1,7 В, если вы хотите -1 В.

Из-за каскадирования двух транзисторов эта схема имеет два падения напряжения 700 мВ от операционного усилителя к выходу. Это означает, что для увеличения выходного сигнала операционный усилитель должен быть на 1,4 В выше. Для низкого уровня выходного сигнала операционный усилитель должен быть на 1,4 В ниже.

Вы бы не хотели, чтобы операционный усилитель внезапно подскочил на 2,8 В, когда сигнал переключается между положительным и отрицательным. Операционный усилитель не может сделать это внезапно, поэтому на пересечении нуля будет небольшое мертвое время, что добавит искажения к выходному сигналу.

Решение, используемое этой схемой, состоит в том, чтобы поместить источник 2,8 В между входами в драйверы высокого и низкого напряжения. При разнице в уровне привода 2,8 В два выходных драйвера будут находиться на грани включения на выходе 0. Немного выше входной сигнал и верхний драйвер начнет получать значительный ток. Чуть ниже, и нижний драйвер начнет тонуть значительным током.

Одной из проблем является правильное смещение этого смещения, чтобы исключить скачок на входе, необходимый при пересечении нуля, но не включать оба драйвера настолько сильно, что они в конечном итоге будут управлять друг другом. Это может привести к бесполезному току и рассеиванию энергии, которая не идет на нагрузку. Обратите внимание, что 700 мВ - это только приблизительное значение для падения BE. Он достаточно постоянный, но он меняется с током, а также с температурой. Даже если бы вы могли точно настроить источник напряжения 2,8 В, нет единого точного значения для его настройки.

Вот для чего нужны RE1 и RE2. Если смещение 2,8 В слишком велико и значительный ток покоя начинает протекать через верхний и нижний драйверы, то на этих резисторах будет падение напряжения на них. То, какое напряжение появляется на RE1 + RE2, напрямую вычитается из смещения 2,8 В с точки зрения двух драйверов.

Даже 100 мВ может иметь существенное значение. Это будет вызвано током покоя 230 мА. Отметим также, что 700 мВ, вероятно, на нижней стороне, особенно для силовых транзисторов, когда они несут значительный ток.

В общем, источник 2,8 В предназначен для того, чтобы держать верхний и нижний драйверы «готовыми», не включая их настолько, чтобы они начали сражаться друг с другом и рассеивали много энергии.

Конечно, все это компромисс. В этом случае вы можете обменять больше тока покоя на немного меньшее искажение.

В идеале, в классе B одна сторона полностью отключается, когда другая начинает действовать. Это практически никогда не происходит на практике, но эта схема достаточно близка к этому.

— Олин Латроп
источник

Это та точка, где переключение искажений занимает свое место? В моей книге, если я правильно понял, это описывается как обе стороны (npn и pnp) проводят более 180 градусов сигнала?

— Кено

1

@ Кено: искажение кроссовера может произойти в обоих направлениях. Хуже всего обычно, когда водители верхних и нижних сторон проводят меньше половины времени. Операционный усилитель должен перепрыгнуть через зону нечувствительности, что занимает ограниченное время. Каждое проведение более половины времени не обязательно вызывает искажение. Это зависит от того, насколько плавно они появляются и исчезают относительно друг друга. Оба проводят все время в классе A, например, и более половины времени в классе AB. Это точка класса AB по сравнению с классом B. Некоторое затухание представляет собой потерянную мощность, но не обязательно искажение. Мертвая зона искажает.

— Олин Латроп

Я с тобой согласен! Но как можно ближе к более эффективному классу B усилитель будет, верно?

— Кено

2

@Keno: Да, класс B - это оптимальная эффективность для системы линейных проходных элементов. Заставить обе стороны переключиться точно правильно очень сложно. Вот почему класс AB. Позволяют немного затухать, чтобы уменьшить искажения кроссовера при небольшой цене в эффективности.

— Олин Латроп

Еще кое-что. Точка / область проводимости, где обе стороны npn и pnp проводят одновременно, может ли это добавить дополнительное искажение к усилителю или эта область одновременной проводимости не является предметом искажения?

— Кено

7

Разница между классом A и классом B заключается в токе покоя на последнем этапе.

Если вы установите нулевой ток покоя, то только Q3 или Q4 подает ток при наличии сигнала. Это класс Б.

Если вы сделаете ток покоя настолько большим, что для очень больших сигналов (даже самых больших) и Q3, и Q4 никогда не имеют Ic = 0 (никогда не выключаются), у нас есть класс A.

Есть также класс AB, который может быть где угодно между классом A и классом B.

Как установить этот ток покоя?

Это сделано Vbias.

Несколько примеров того, как Vbias может быть реализован:

"Зенер" из ответа Олдфарта
настоящий стабилитрон

или это:

схематический

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Источник тока может быть легко изготовлен с помощью токового зеркала PNP и резистора смещения.

— Bimpelrekkie
источник

Есть ли у вас какие-либо идеи, как точно знать, работает ли схема в классе A или в классе B или между ними, то есть в классе AB? Я изменил границы выходного сигнала при изменении смещения, но все, что я получаю, это обычная синусоида. Я мог проверить класс, измеряя ток покоя через каждый из транзисторов, но есть ли другой способ? Может быть, с глазу на глаз?

— Кено

Вы можете легко измерить ток через Q3 и Q4 через резисторы эмиттера. Так что не подавай сигнал и измеряй ток. Я предполагаю, что при VBias = 2,8 В это будет усилитель класса AB. Также в классе B будут перекрёстные искажения на переходах через ноль.

— Bimpelrekkie

@Bimpelrekkie нарисовал два примера выходного каскада класса AB. Небольшой ток всегда проходит через Q1 и Q2, Q3 и Q4. При достаточном токе холостого хода искажение может быть очень очень низким, возможно, 0,05% или менее, но компромисс заключается в том, что выходной каскад рассеивает много тепла. Посмотрите в сети усилители мощностью 1500 Вт, и вы увидите похожие, но более сложные конструкции смещения.

— Sparky256

6

Вы должны хорошо понимать топологию вывода, чтобы знать, как создать смещение для него.

Хотя кто-то упоминал, что в вашем схематическом примере BJT расположены по принципу Дарлингтона (с добавленными ускоряющими резисторами выключения ), они не говорили вам, что такое расположение почти всегда имеет лучшую топологию. Таким образом, вы почти никогда не будете использовать эту топологию для начала. Или, короче говоря, нет смысла пытаться понять это, чтобы сместить это.

Зачем использовать Дарлингтон:

Высокий коэффициент усиления по току, который полезен в схемах выходного драйвера, таких как этот, потому что он значительно уменьшает ток покоя схемы смещения, и это может быть большим подспорьем при попытке перебросить большие токовые колебания в небольшую нагрузку, как эта

Почему бы не использовать Дарлингтон:

Медленное отключение, если не добавлен резистор (как в вашем примере схемы.)
Не может насытить ниже примерно одной диодной капли (плюс немного) из-за расположения. Это может означать некоторые дополнительные накладные расходы напряжения, необходимые для усилителя (что для цепей с более низким напряжением может быть неприемлемым), а также может означать некоторое дополнительное общее рассеивание для усилителя.
Действует так, как будто требуется два падения диода между базой и эмиттером, что увеличивает необходимый диапазон напряжения смещения.
Температура влияет на оба соединения база-эмиттер, которые добавляются последовательно. Таким образом, изменение температуры диапазона напряжения смещения теперь включает, по меньшей мере, четыре падения диодов последовательно, каждый из которых испытывает изменение температуры. В результате, вероятно, возрастет сложность компенсации.
Есть лучшие альтернативы.

Последняя причина - главная причина того, почему бы не использовать Дарлингтон здесь. Если бы не было альтернатив, то вы бы просто застряли с идеей, если бы хотели ее единственного преимущества.

Если вам нужен высокий коэффициент усиления по току для схемы Дарлингтона, то почти всегда лучше использовать схему Шиклая. Это выглядит так:

схематический

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Это также обеспечивает аналогичное высокое усиление по току и не может насыщать ниже примерно одного падения диода, но также включает в себя следующее:

Только одна диодная база-капля на один квадрант.
$R_3$ $R_4$ $Q_2$ $Q_4$ $Q_1$ $Q_3$

У вас уже есть некоторые комментарии о том, как сместить вашу схему. Подобные идеи могут также использоваться с схемой драйвера Sziklai, показанной выше, но вам не потребуется такая большая разница напряжения смещения.

$V_{BE}$ множителю (и отвод на стороне коллектора этого добавленного резистора, теперь) может обеспечить механизм, с помощью которого вы можете вносить корректировки, чтобы согласовать поведение множителя с изменениями на выходе ступень так, чтобы ток покоя был относительно стабильным по температуре. (Предполагая, что вы термически соедините множитель BJT с выходными BJT.) И это также может добавить компенсацию за ранний эффект.

Теперь, как грубая модель, схема может выглядеть так:

схематический

^{смоделировать эту схему}

$R_7$ $R_8$ $R_9$ $R_1$ $R_2$ $50\:\textrm{mV}$ $R_7$ $R_8$ $R_1$ $R_2$ $C_1$ $C_3$ $V_{BE}$ множитель для базисов в два выходных квадранта Шиклая.

$C_2$ $Q_6$ $Q_6$

Вышесказанное предполагает, что у вас действительно есть биполярные шины питания и заземленная нагрузка постоянного тока. Я также не показал отрицательный отзыв, который, вероятно, потребуется, в конце концов. Все будет несколько иначе, если нагрузка подключена к сети переменного тока, и у вас есть только одна питающая шина для работы.

— Йонк
источник

Ницца! Но почему C3 подключен к коллектору Q5? И C1, которая считается «начальной загрузкой» чего-то (?) - я до сих пор не понимаю, как она работает, хотя я прочитала несколько постов, которые вы мне порекомендовали.

— Кено,

R_{7}

$R_7$

50 Ω

$50\:\Omega$

C_{3}

$C_3$

R_{6}

$R_6$

R_{7}

$R_7$

Q_{2}

$Q_2$

C_{1}

$C_1$

R_{6}

$R_6$

Q_{6}

$Q_6$

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

$r_e=\frac{k T}{q I_{C_6}}$

1

@ Кено У тебя есть чему поучиться. Я думаю, что одним из основных моментов здесь является то, что разработка хорошего выходного каскада из отдельных частей требует определенного уровня и широты знаний о различных эффектах . Температура является одним из наиболее важных факторов, если она является хорошим двигателем силы. Вы часто не находите подробного описания отдельных конструкций (хотя вы видите схемы), потому что с появлением хороших, дешевых микросхем больше нет нужды. Кроме того, чтобы учиться. К сожалению, старые книги - единственное место, где вы можете найти эту информацию.

— Джон

3

На самом деле усилитель класса B не имеет базового смещения. Смещение происходит в классе AB. Но вы можете сместить базу разными способами.

Если вы используете операционный усилитель, как на картинке, вы можете просто использовать обратную связь. Это делает выход равным входу, как буфер, но с каскадом питания.

схематический

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Вы также можете использовать два источника напряжения.

схематический

^{смоделировать эту схему}

Вы можете использовать диоды и источник постоянного тока.

схематический

^{смоделировать эту схему}

я_{р} знак равно \frac{В_{б е 2}}{р_{3}}

$I_r=\frac{V_{be2}}{R_3}$

В_{В В} знак равно я_{р} (р_{1} + р_{2} + р_{3}) знак равно В_{б е 2} (\frac{р 1 + р 2 + р 3}{р 3})

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

схематический

^{смоделировать эту схему}

ПРИМЕЧАНИЕ. Резистор R2 предназначен для точной настройки.

— Франциско Гомес
источник

1

Не иметь никаких эмиттерных резисторов на конечных выходных транзисторах - это плохая идея, за исключением вашей первой схемы. Даже если вы отрегулируете смещение напряжения между базами, чтобы не вызывать значительный выходной ток покоя, вы все равно просите о тепловом разгоне. Когда выходные транзисторы нагреваются, их капли BE понижаются. Это вызывает больший ток покоя с тем же смещением входного смещения. Это вызывает большее нагревание, которое вызывает более низкие падения BE ... и т. Д.

— Олин Латроп

Вы правы. Я ответил на это теоретически, потому что вторая и третья схема почти никогда не используются. Последняя цепь, которую вы можете соединить термически с Q1, Q2 и Q3, решает проблему теплового разгона.

— Франциско Гомес

2

класс B определяется как угол проводимости 180 градусов, поэтому класс B смещен к точке проводимости, в противном случае это действительно класс C (особенно для слабых сигналов). Резисторы эмиттера являются ключом как к стабильности смещения, так и к тому, что каждое устройство может выключаться во время противоположного полупериода.

класс AB, когда угол проводимости составляет от 180 до 360

— Марк Тиллотсон
источник