Förstärkartyper av klass AB

[Fritzell]

OK jag är helt med på denna del Tack
Däremot har jag en annan fråga som har stört mitt sinne ett tag nu ang feedback... Vid dom kopplingar där man inte använder ström-mirror utan tar ut en spänning till vasen, så skall ju spänningen ut till vasen sjunka när feedbacken "går in" och "tar över strömmen" rätt? Säg att det råder balans mellan Q1 och Q2, men när feedbacken blir större (Q2) minskar strömmen genom Q1 likaså strömmen genom motståndet och spänningsfallet över motståndet blir LÄGRE då blir ju spänningen ut till vasen Högre inte sant? :

edit: ähh glöm det jag fattar nu.. vet inte ens vad jag frågade. Grejen är ju att tomgångsspänning på basen i vasen ligger väldigt nära matningsspänningen

Annars är det lungt

[Fritzell]

Vart tog du vägen pagge? eller har du tröttnat

[pagge]

Jo, precis, basen ligger bara ett diodfall över Vee

Skolmissären har ju dragit igång, någon mkt djupare missär kan jag inte tänka mig då man bara vill dunka poker och spela world of warcraft :p
Har haft mkt att göra :/

Men oroa dig inte, nästa kapitel är under produktion. Måste bara spela lite wow först så ska jag lägga in det =)

Vad som kommer är hur man gör biasgeneratorn, och lite mer avancerade buffersteg som buffrar bättre. Basströmmen från en utgångstransistor som driver en 4 ohms last är inte helt försumbar som sagt, speciellt inte med dåligt beta.

Sen har vi gått igenom hela förstärkaren. Då kommer jag att ta upp de beräkningar som är nödvändiga. Vissa kan du redan, t.ex hur man ställer in biasströmmen i strömgeneratorerna och hur man beräknar closed loop förstärkningen, medan andra kanske är nya. Jag ska fundera på hur mkt kretsteori som är nödvändig för att kunna räkna på den här och ta upp den först.

Sen kommer vi till det fittigaste av alltihopa. Parasitoscillering. Speciellt de mer utbyggda utgångsstegen har lätt för att börja självsvänga. Där har man lokala feedbackloopar som är besvärliga att räkna på, oftast är det trial and error som är den praktiska lösningen. Men det finns några trick man kan ta till. Det trevliga med trial and error är att det inte är nån matte inblandad =)

Sen är du en fullfjädrad förstärkarbyggare =)

[Fritzell]

mjo det är mycket med skolan nu.. har prov i Svenska B på måndag :\ Vad läser du förresten? högskola?
Ser fram emot dom kommande bitarna! jätteschysst att du orkar med det här

[pagge]

Hähä, jo jag lallar runt på universitet, termin alldeles för högt, de suckar i receptionen när jag skall terminsregistrera mig Läser då helt otippat elektroteknik men har vänstrat en del med datateknik

Nåväl såhär kan man göra en biasgenerator.



Först har du då en ideal generator, en sån kan man drömma våta drömmar om =)

==================================

Nästa variant är ett motstånd och en strömgenerator. Om man leder en konstant ström genom ett motstånd så har man ju en konstant spänning.
Nackdelen med denna variant är att man har rätt hög utresistans på övre utgången, det är ju 140 ohm i serie med insignalen (DC strömkällan ger enl superposition endast upphov till en dc spänning, och påverkar inte reistansen alls.).
Ett annat problem är tempraturkompenseringen. Utgångstrissorna har positiv tempraturkonstant dvs. Att när de blir varma leder de MER ström vid SAMMA Vbe, vilket gör dem ännu varmare osv.... Så vi vill ha en spänningskälla som minskar med tempratur för att kompensera för detta. En sån kompensering är inte möjlig med denna variant.

====================================

Sista varianten är vanligast i praktiken. Här försummar man basströmmen (Gör en överslagsräkning på vad den max kan bli, och se att den är liten jämfört med strömmen i motstånden.).

Vidare vet vi ju att det kommer att ligga 0.7V över nedre motståndet (Antar att vi matar ner tillräckligt med ström för att få igång transistorn). Eftersom samma ström går genom bägge motstånden måste ju även det övre motståndet ha 0.7V över sig. Hur fungerar detta? Anta att vi matar ner lite mer ström från strömkällan. Då kommer spänningen över motstånden att öka, vilket leder till att Vbe också ökar, då drar transistorn mer collectorström så strömmen genom motstånden minskar och ordningen är återställd. Collectorn suger åt sig all "överbliven" ström från strömkällan som inte går genom motstånden.

Man kan säga att det är Vbe över nedre motståndet, och den spänningen spelas även över övre motståndet, totalt har man alltså 2Vbe. Vart jag vill komma är att när tempraturen ökar och Vbe sjunker (vid samma ström) så kommer spänningen över våran generator också att sjunka. Håller man generator transistorn vid samma tempratur som utgångstransistorerna så får man utmärkt tempraturkompensering.

=============================

Det är faktiskt väldigigt viktigt med god kompensering. När jag byggde mitt steg och inte höll samma temp på biastransistorn som utgångstrissorna så drog det iväg helt och hållet. Jag ställde in tomgångsströmmen i utgånssteget på 100mA när den var kall, efter 15 sekunder började det dra iväg och efter c:a 30 gick det 500mA och strömbegränsningen på kuben slog till. Trodde nåt hade brunnit för det gick så fort, men när det kallnat så fungerade det igen.

Sen gjorde jag om kretskortet och monterade de tre transistorerna helt ihoppackade, det gick bra eftersom det är to126 kapsel. Drog en bult igenom alla tre trissorna och drog åt.
Då var den helt stabil, drog inte iväg nånting i varmt läge jämfört med kallt.
(Undrar du hur jag kan ha en sån här pyttetrissa som utgångselement? Förklaringen kommer i nästa spännande avsnitt )

TO126 kapsel

[Fritzell]

OK.
Lite frågor.
-Strömmen som går ut genom strömgeneratorn och skapar spänningarna, vart tar den vägen? Ner genom den undre buffer/utgångssteget?
-Om man lägger en spänning på Vin, blir det så att den spänningen läggs i serie med biasstegets (1.4?) spänning? så att om man lägger 0.1V på Vin blir spänningen på collektorn på biasen 1.41V? Och när spänningen på Vin sjunker under 0V till säg -0.1V tar PNP delen över och sen när signalen igen återkommer till 0V och uppåt är NPN delen redan öppnad tack vare att 1.4V redan ligger där. eller är jag helt ute och cyklar nu... Vänta måste göra lite simuleringar

Edit: Har simulerat biasgeneratorn och den jag förstår helt hur den fungerar.
Strömmen går först ner genom 1k resistorn/Ibe och skapar en Ube men den hinner bara stiga till 0.7V då trissan öppnar och leder ner strömmen genom Kollektor->emitter och en 0.7V balans lägger sig över basen. All ytterligare resistans ovanför basen gör en spänning.




Sen har jag en till fråga som egentligen inte hör till saken. I differentialsteget där man tar ut en spänning över ett motstånd på vänstra trissan, där kommer ju spänningen att ÖKA när feedbacken går tack vare att strömmen genom vänstra trissan "minskar" och spänningsFALLET minskar och då ökar ju spänningen. Det ska den ju inte göra Altså ju mindre ström det går genom vänstra trissan ju högre blir ju spänningen ut? Eller blir signalen inverterad igen i vasen?

[pagge]

1)

Njä, ut genom Vin, även om kabeln ser ut att sluta i tomma luften så är det egentligen en spänningskälla där som orsakar Vin. Spänningskällan kommer att dra den ström som behöver dras för att hålla tråden på potentialen Vin.

I praktiken kan man koppla såhär, den buffrade varianten ställer mindre krav på spänningskällan då den bara behöver sänka c:a 100uADC (Jag har en ovana att alltid sätta B=100 märker jag :), tja nu vet du om det iaf). Kopplar man biasgeneratorn i serie med Strömkällan och vasen så blir det ju inga problem eftersom vasen är designad för att sänka 10mADC i det här fallet.



2)

Nästan. Om utgången är kopplad via ett motstånd (högtalare) till jord så kommer övergången att ske då vin är c:a -0.7 (och collectorn +0.7, om motstånden är lika stora), annars är det helt rätt uppfattat. Det var ju precis det vi vill ådstakomma. Det var det jag ville få fram med bilden i min förra post, De tre kretsarna (Den ideala spänningskällan, motstånd+strömkälla, transistorvarianten + strömkälla) är i princip ekvivalenta.

3)

"All ytterligare resistans ovanför basen gör en spänning" Sant, och nyckeln till att beräkna den spänningen är att inse att basströmmen är försumbar (genom att välja tillräckligt små motstånd, 1K är kanske lite i största laget) så det går SAMMA ström genom bägge motstånden. Eftersom 0.7 ligger över det nedre, kan du ju beräkna strömmen genom det. Då du vet att samma ström går genom den övre kan du beräkna spänningen över det. Då du vet bägge spänningarna vet du totala spänningen över hela generatorn.


4) Jo, vasen inverterar signalen.
Då strömmen ökar genom basen på vasen (tihi) så kommer ju vastransistorn att suga ner mer ström, vilket gör att collectorn sjunker, och därmed även stegets utgång.

[Fritzell]

Hehe..
Nu blir jag lite förvirrad dock. Vasen skall ju kunna förstärka spänningen mycket. Om nu strömmen i biasen är begränsad till säg 10mA så kan den ju varken öka eller sjunka. Jo sjunka kan den om man stryper vasen men då sjunker ju även biasen som skall hålla utgångstrissorna igång och då får man ju en övergångsdistorsion. Hur kan det då bli en spänningsförstärkning?
Sen gjorde jag en liten mätning på biasen... och den ligger på typ mellan -11.4V och -10V. Det är ju en skillnad på 1.4V men måste den inte ligga -0.7V till 0.7V för att transistorerna ska öppna? Jag menar en NPN transistor ska ju ha högre spänning på basen än emittern för den skall öppna och det har den ju då inte

[evert2]

Nej, en PNP-transistor skall ha ca 0,7 V LÄGRE spänning på basen än på emittern - För att kunna leda ström

[Fritzell]

Vet inte vad jag tänkte med förut när jag skrev det naturligtvis är det som du säger , Men det blir ändå fel eftersom det ligger negativ spänning på biasen Men det konstiga är att det funkar! Skillnaden är 1.4V men det KÄNNS fel ändå

[pagge]

Först och främst så är strömkällan inte ideal, den har en utresistans (c:a 500k) parallellt med sig så strömmen kan variera lite då spänningen varieras. Denna lilla strömvariation är så liten att det inte påverkar biasgeneratorn.

Med att vasen stryper menar jag inte att det går 0A genom den, bara att det går en gnutta mindre än tidigare.

Om vasen ändrar sin ström till 9.999mA måste ju resten av strömmen (10mA - 9.999mA = 1uA) gå genom "utresistansen" på strömkällan. 1uA genom 500K blir 0.5V (teoretiskt, naturligtvis slår det i taket långt innan). Så en pytteliten strömförändring gör en stor spänningsförändring på vasens collector. Däremot påverkar den inte alls den RELATIVA spänningen över biasgeneratorn eftersom den spänningen är extremt okänslig för strömvariationer. 8mA eller 12mA påverkar inte relativa spänningen särskilt mycket.

Sammanfattningsvis kan man säga att strömmen "i stora drag" är 10mA, men eftersom utsignalen från vastransistorn är en ström, som går genom den höga utresistansen på strömkällan i taket så kan collectorspänningen variera häftigt utan att collectorströmmen varierar märkbart.

Jämför med föregående sida om vasen, enda skillnaden nu är att vi har biasgeneratorn i serie, men eftersom alla signaler mest utrycks i termer av strömmar, så påverkar den lilla seriespänningen inte alls vasens operation.

Hur kan bägge utgångstransistorerna ligga öppna med basspänningar på -11.4 och -10?
Det kan dom inte :). Inte om lasten är kopplad till jord iaf. I det här fallet är bara nedre transistorn öppen. Det är ju den som har hand om den negativa biten av vågen.

[Fritzell]

Så då måste man altså ställa in viloströmmen med last inkopplad?
För övrigt tycker jag det är här med vasen är väldigt krångligt men det klarnar nog när jag får se lite räkneoperationer

[pagge]

Ah, nä. När förstärkaren är i viloläget kommer utgången pga negativ feedback att hålla sig vid 0V. Eftersom lasten är kopplad mellan utgång och 0, dvs mellan 0 och 0 kommer det ändå inte att gå nån ström genom den. Så du kan (tom. _ska_, eftersom du tyvärr alltid får lite offset på utgången = en gnutta ström genom lasten) ställa in viloströmmen utan last. Den optimala viloström du simulerat dig fram till dvs.

Lessen att jag inte hunnit skriva på ett tag, har haft sjukt mycket att göra på siståne :/. Skall slänga ihop lite om olika utgånssteg så fort jag får en sekund över. Sen några små ord och hur man beräknar värden på alla komponenter. Sen borde du kunna bygga din förstärkare, helt själv =). Det är ju det som är roligt, veta ungefär vad det finns för byggblock, och sen customiza ihop en lösning som är helt anpassad efter vad du vill ha :). Gärna Billigare, Bättre och Effektivare än nån annan lösning ;).

En polare håller för övrigt på med att (med mig som bollplank :) bygga ett switchat kraft-agg som skall vara billigt och ändamålsenligt. Switchning gör att man kan spara in rejält på trafokärna och kondensatorbank pga de högre frekvenser man kör med. I en förstärkare är det ju trotsallt Nätagg och kondensatorbank som står för hälften av kostnaden. sen kommer kylfläns och chassi. Sista av allt och försumbart nästan kommer komponenter och kretskort :). Får se vart det landar nånstans. Har iallafall lyckats svetsa hål på metallbaksidan på en TO220 kapsel och släcka lyset i rummet ;). Jag fick nån ide om att vi skulle kolla hur mkt den pallade... vid 200W blev d svart =)

[Fritzell]

Heheh okej Aa men det är det som är kul med att göra saker själv.
ska ner till biblioteket imorrn och se om dom kan ta hem "High power audio amplifier construction" av R. A. Penfold från Malmös stadsbibliotek. Vet inte hur bra den är men kan man få tag i böcker utan att betala så varför inte Jag ser fram emot det här projektet! Hoppas det kommer bli bra det här.

Jag upptäckte att jag hade 2st enkellindade 230V/24V transformatorer alá 6A som man kan sätta ihop till en och ta ut ett mittuttag så man får dubbel spänning så har man sparat in några hundra på en trafo.. sen tror jag att jag har 2st 10000uF/63V kondingar liggande också... sen är det nog rätt lämpligt med en soft-start-circuit till detta också

[pagge]

Här kommer sista kapitlet i grundkursen :)
Två nya olika varianter av utgångssteg. Jag har för enkelhetens skull ritat den övre halvan av de tre första. den fjärde är bara den tredje fast i fullversion.



Variant A

Den första är bara en vanlig emitterföljare.
För BJT transistorer är den endast lämpad för hörlursförstärkare pga
otillräckligt beta.

Du kan ersätta BJT transistorn med en FET, och då går det att använda som
kraftig effektförstärkare eftersom B för en fet är mer eller mindre oändligt.
Det är en vanlig och enkel konstruktion av FET förstärkare.

Även om feten har bättre strömförstärkning (Beta) så har den sämre spänningsförstärkning. dvs. Vgs varierar mer än Vbe vid liknande förändringar i utgångsström. Detta leder till sämre distortion.
Nackdelen med en FET förstärkare såhär är alltså distortion.

===========================
Variant B

Om man ändå vill använda BJT transistorer så kan man darlington koppla
enligt variant B. Då kan förförstärkaren (Q4) vara en lite mindre transistor (med bättre B) och effekttransistorn (Q5) en fetare med sämre B. Skall man ha en riktigt kraftig utström kan man koppla ytterligare ett förförstärkar steg till förförstärkar steget =).

Motståndet R2 är till för att Q4 skall leda redan när Q5 startar samt för att hjälpa till att snabbt stänga av Q5 när den skall sluta leda. (Baskapacitansen kommer att hålla den ledande en stund, och R2 suger ut denna laddning.)

En nackdel med den här buffrade varianten är att du får två bas-emitter fall mellan Vin och lasten vilket leder till lite sämre buffring (Ser man om man räknar på det, intuitivt kan man se det som att Vbe alltid varierar lite med last, och två Vbe leder till att spänningen mellan Vin och lasten varierar dubbelt så mycket...).

Ett annat problem är att du har två transistorer som är tempraturberoende, vilket gör det svårare att temp kompencera biasströmmen i utgångssteget.

===========================
Variant C

Den här är lite annorlunda. Jag förklarar den inte i detalj, titta på den och försök förstå hur den funkar som hemläxa :).
Vid FET design kan Q3 bytas ut mot en FET vilket leder till en praktisk hybrid mellan FET och BJT.

Kombination av det bästa från bägge världar. Mycket hög strömförstärkning från FET transistorn och lågt och välkontrollerat Vbe.

Den här varianten löser problemet (Som plågade B) med två Vbe mellan vin och last. som du ser är det bara ett diodfall.

En kraftig fördel är att det praktiskt taget BARA är Q2 som är tempraturberoende, och det är inte nån särskilt hög effektutveckling där heller, så du kan med fördel bunta ihop Q2 med biastransistorn för att de skall hålla samma tempratur. Mycket god tempraturstabilitet kan uppnås,

Nackdelen är att du har en mycket tight feedbackloop.
Vbe leder till en ström genom R1 <-- (typo åtgärdad)
vilket leder till en spänning på Gaten
som leder till en ström ner genom FET och last
vilket leder till en spänning över lasten
vilket leder till en förändring av Vbe, alltså en loop.

Loopen är inte särskilt välkontrollerad heller, lätt att få 180 graders fasförskjutning och sjänvsvängningar... :/. Finns dock några små trix man kan ta till för att lösa det.

===========================
Variant D

En hel version av C, bara för att visa hur ett riktigt steg kan se ut med nedre speglingen också.
Oroa dig inte för mycket över R5 och R6, de är där för att det skall bli lättare att ställa in en biasström, ett slags negativ feedback. Om biasströmen stiger, kommer spänningen över 0.1Ohms motstånden att öka vilket stryper transistorerna och sänker strömmen. Liknar den stabilisering man kan få av strömspegeln med Emittermotstånd.




Slutligen hur kraftigt steg är det du har tänkte bygga?