Неизвестные искажения в двухтактном усилителе малой мощности

Я пытаюсь сделать небольшой усилитель для наушников, и я начал с простого: я использую операционный усилитель LM358 для управления двухтактной сценой с парой BD-транзисторов.

Я начал с одного канала (только с одной стороны наушников), чтобы я мог проверить его и затем удвоить на другом канале.

Вот схема для схемы, которую я построил:

Сопротивление нагрузки (мой динамик наушников) составляет 32 Ом.

На входе я добавил 1 кОм резистор на землю (перед конденсатором) просто для обеспечения некоторого соответствующего входного сопротивления, так как выход на наушники ожидает некоторого.

Схема поддерживает каждую точку постоянного тока там, где она должна быть: напряжение на выходе операционного усилителя равно VCC / 2, напряжение на двухтактном выходе (до конденсатора) также равно VCC / 2, и на постоянном напряжении 0,2 В резистор эмиттера (который дает ток покоя 10 мА).

Однако есть странное искажение. Когда я играю что-либо с очень низкой громкостью, звук идеален. Если я увеличиваю громкость, она начинает очень сильно искажаться внезапно, особенно на низких и средних частотах, и если я продолжаю увеличивать ее, искажение становится слабее, и звук снова кажется лучше (но все еще искажается).

Конечно, если я включу его еще больше, он снова начнет искажаться, так как размах выходного напряжения достигнет максимального пика и начнется ограничение, просто классический перегруз.

Если я играю (тихую) синусоидальную волну на нем, а затем начинаю увеличивать громкость, создается впечатление, что в какой-то момент прямоугольная волна той же частоты внезапно "смешивается" в звуке, но как продолжайте увеличивать громкость, прямоугольная волна не становится громче в том же темпе, что и синусоида, поэтому искажение становится менее ощутимым по контрасту.

Это не похоже на перекрёстное искажение (я имею в виду, что оно похоже на реальный звук, но сценарий на него не указывает), транзисторы хорошо смещены, даже слишком много, 0,2 В немного для напряжение на выходных резисторах. И если бы это было так, то были бы проблемы и с более низкой громкостью, но звук был идеальным.

Может быть, выходной каскад требует слишком большого тока от выхода lm358?

Но если это так, то почему это искажение не становится все хуже и хуже?

Я не могу понять это, и моделирование не помогает, они просто показывают обрезку после того, как выходная амплитуда достигает + -2,4 В, но с этой амплитудой я должен получить что-то около 80 мВт RMS в динамике наушников, которое должно быть довольно громким ,

Это похоже на амплитуду, которую я получаю в больших объемах до перегрузки, поэтому я предполагаю, что это искажение, которое я получаю, вообще не появляется в симуляции.

Любые идеи?

Спасибо!

Ps .: Если кто-то видел мою проблему с lm358 в моем последнем посте, просто проигнорируйте это, это был недостаток симулятора, он хорошо работает в реальности. Когда я говорю, что все работает в симуляции, потому что я симулировал ее как с 741 операционным усилителем, так и с идеальным операционным усилителем, и результат тот же, то искажения не появляются.

Используя 741 вместо этого LM358 в симуляции, и используя источник напряжения АМ с несущей 100 Гц и модуляцией 1 Гц (просто для того, чтобы получить синусоидальное напряжение на входе с возрастающей амплитудой), я построил график выходного напряжения, и вы можете увидеть что искажения не проявляются, за исключением перегрузки, когда он отсекает:

График в диапазоне низкого уровня громкости, горизонтальная шкала 20 мс / дел, а вертикальная шкала 100 мВ / дел:

График в том же временном окне, но теперь с вертикальной шкалой 1V / Div:

График с тем же вертикальным масштабом, что и раньше, но дальше по времени (когда напряжение источника переменного тока увеличивается и достигает перегрузки)

Как видите, перед перегрузкой не возникает никаких искажений

Вот график дифференциального напряжения над R5 в том же временном окне того первого графика и с вертикальной шкалой 200 мВ / дел:

Как видно здесь, в этом временном окне транзистор PNP достигает полного среза, но это не вызывает искажений фактического двухтактного выхода, как показано на этом первом графике.

Я подозреваю, что ваша проблема - искажение кроссовера, но оно исходит от операционного усилителя, а не от выходных транзисторов. Лист данных LM358 гласит: -

Чтобы уменьшить потребление тока источника питания, усилители имеют выходной каскад класса A для малых уровней сигнала, который преобразуется в класс B в режиме большого сигнала ...

Для применений переменного тока, где нагрузка емкостно связана с выходом усилителя, следует использовать резистор от выхода усилителя до земли, чтобы увеличить ток смещения класса A и предотвратить искажение кроссовера.

Я построил вашу схему, и она показала перекрестное искажение примерно на 0,2 В ниже центральной линии сигнала, что объясняет, почему оно внезапно появляется при увеличении громкости. Мне удалось переместить искажение в верхнюю или нижнюю часть сигнала (где оно едва заметно при максимальной громкости), подключив резистор 1 кОм от выхода операционного усилителя к Vcc или заземлению.

Смещение операционного усилителя в класс A снижает пиковое напряжение возбуждения в одном направлении, что приводит к асимметричному зажиму усилителя, но он все еще способен генерировать пиковый неискаженный выход более 2 В в 32 Ом.