Förstärkartyper av klass AB
För att du skall få lite praktiskt att klura på kan du analysera den här kretsen
Svara på följande:
1) Vilken typ av differentialsteg är det? (Strömspegel eller nåt annat vi pratat om tidigare?)
2) Vilken typ av VAS är det? (enkel, darlington, nåt annat?)
3) Identifiera alla strömgeneratorer (vilka komponenter är det som ingår)
och räkna ut strömmen de genererar. (Ifall du måste göra några antagenden om framspänningar m.m. som inte står i kretsen, redovisa dessa antaganden.)
4) Vilka komponenter bestämmer den totala förstärkningen på förstärkaren? några spelar mycket stärre roll än andra, vilka? Hur stor är denna förstärkning (+-10%)? (Hint, en förstärkare är bara en opamp med återkopplingsmotstånd inkopplade redan...).
5)
Vad är det för typ av utgångssteg? (EF, buffrad EF, CFP, nåt annat?)
6) Vilka transistorer har mest inverkan på tempraturstabiliteteten och bör sitta fysiskt ihop?
=======Överkurs - kluringar===========
7) Vad är C1 C2 samt R1 R2 R3 till för? (Ej tagit upp det... klura!).
8) Vad gör C5 för nytta? (Det har jag inte heller tagit upp, där har du en ordentlig kluring :)
9) Vad är R6 till för, Vilka saker bestämmer dess optimala värde?, Skulle nåt annat värde vara bättre?
Alla frågorna går att lösa mer eller mindre "by-inspection". Därav inte sagt att det skall vara enkelt, bara att inga traggliga uträkningar behövs. Verkar nåt bli för bökigt får du göra nåt rimligt försummande så det blir enklare. Några frågor är kuggfrågor pga sin enkelhet. Om nåt verkar enkelt behöver du inte ha fel, det kan mkt väl vara så enkelt =)
Svara på följande:
1) Vilken typ av differentialsteg är det? (Strömspegel eller nåt annat vi pratat om tidigare?)
2) Vilken typ av VAS är det? (enkel, darlington, nåt annat?)
3) Identifiera alla strömgeneratorer (vilka komponenter är det som ingår)
och räkna ut strömmen de genererar. (Ifall du måste göra några antagenden om framspänningar m.m. som inte står i kretsen, redovisa dessa antaganden.)
4) Vilka komponenter bestämmer den totala förstärkningen på förstärkaren? några spelar mycket stärre roll än andra, vilka? Hur stor är denna förstärkning (+-10%)? (Hint, en förstärkare är bara en opamp med återkopplingsmotstånd inkopplade redan...).
5)
Vad är det för typ av utgångssteg? (EF, buffrad EF, CFP, nåt annat?)
6) Vilka transistorer har mest inverkan på tempraturstabiliteteten och bör sitta fysiskt ihop?
=======Överkurs - kluringar===========
7) Vad är C1 C2 samt R1 R2 R3 till för? (Ej tagit upp det... klura!).
8) Vad gör C5 för nytta? (Det har jag inte heller tagit upp, där har du en ordentlig kluring :)
9) Vad är R6 till för, Vilka saker bestämmer dess optimala värde?, Skulle nåt annat värde vara bättre?
Alla frågorna går att lösa mer eller mindre "by-inspection". Därav inte sagt att det skall vara enkelt, bara att inga traggliga uträkningar behövs. Verkar nåt bli för bökigt får du göra nåt rimligt försummande så det blir enklare. Några frågor är kuggfrågor pga sin enkelhet. Om nåt verkar enkelt behöver du inte ha fel, det kan mkt väl vara så enkelt =)
Oj oj nu fick jag allt bita i det hårda äpplet! Ska försöka lösa detta
1) Differentialsteget är ett vanligt (?) steg utan strömspegel dvs man tar ut en spänning på Q1's kollektor
2) Vasen är en vanlig enkel fast i taket
3) Hmm först är det en strömgenerator till diffsteget. Lysdioden skapar ett "stabilt" spänningsfall vilket lämnar ~32,4V på emittern dvs 2,6V över resistorn=>4,6mA rätt? komponenter som ingår är R8,D1,Q3,R7. R8 för att begränsa strömmen till lysdioden
Sen nästa strömgenerator skulle jag gissa är R9 eller R10 ihop på något sätt. Altså bara ett motstånd
kan inte redogöra för dessa tyvärr
4) Det som bestämmer hur mycket den kan förstärka totalt begränsas ju utav utgångssteget, matningsspänningen och VASen, men utöver det bestämms den av återkopplingen -> ~22ggr ? (R5,R4)
5) Utgångssteget ser ut att vara ett CFP
6) Osäker på den. Vet att du skrev Q5/Q6 var mest beroende. Ifall man kör med FETs istället för Q7/Q8 "sänks" inte Vbe när dom blir varma
Behöver lite mer kunskaper här
======
7) Bandpassfilter?
8] skum konding där.. det enda jag kan tänkta mig den gör är att överföra signalen till vasen?
vad nu det skulle göra för nytta =)
9) R6 finns för att skapa en spänning till Vasen. Om den är större blir växelspänningen större?
Detta är mina svar... hoppas jag har rätt på nån fråga iallafall
Tack så mycket för alla dessa lektioner! Du är en bra lärare pagge =)
Just de du fråga hur kraftfullt steg jag hade tänkt mig. Jag hade tänkt mig runt.... 1W
näe skoja
nä men jag vet inte vad som kan vara rimligt. En femtio-sjuttio watt?
1) Differentialsteget är ett vanligt (?) steg utan strömspegel dvs man tar ut en spänning på Q1's kollektor
2) Vasen är en vanlig enkel fast i taket
3) Hmm först är det en strömgenerator till diffsteget. Lysdioden skapar ett "stabilt" spänningsfall vilket lämnar ~32,4V på emittern dvs 2,6V över resistorn=>4,6mA rätt? komponenter som ingår är R8,D1,Q3,R7. R8 för att begränsa strömmen till lysdioden
Sen nästa strömgenerator skulle jag gissa är R9 eller R10 ihop på något sätt. Altså bara ett motstånd
kan inte redogöra för dessa tyvärr4) Det som bestämmer hur mycket den kan förstärka totalt begränsas ju utav utgångssteget, matningsspänningen och VASen, men utöver det bestämms den av återkopplingen -> ~22ggr ? (R5,R4)
5) Utgångssteget ser ut att vara ett CFP
6) Osäker på den. Vet att du skrev Q5/Q6 var mest beroende. Ifall man kör med FETs istället för Q7/Q8 "sänks" inte Vbe när dom blir varma
Behöver lite mer kunskaper här======
7) Bandpassfilter?
8] skum konding där.. det enda jag kan tänkta mig den gör är att överföra signalen till vasen?
vad nu det skulle göra för nytta =)9) R6 finns för att skapa en spänning till Vasen. Om den är större blir växelspänningen större?
Detta är mina svar... hoppas jag har rätt på nån fråga iallafall
Tack så mycket för alla dessa lektioner! Du är en bra lärare pagge =)
Just de du fråga hur kraftfullt steg jag hade tänkt mig. Jag hade tänkt mig runt.... 1W
näe skoja
nä men jag vet inte vad som kan vara rimligt. En femtio-sjuttio watt?Kul att det uppskattas att man klottrar ner lite :)
Jag ser det som terapi sömnlösa nätter :p
1) Stämmer bra det.
2) Jepp.
3) 2.6V över motståndet innebär c:a 3.3V över lysdioden, har det inte smygit sig in ett litet teckenfel här? R8 är mycket riktigt till för att biasera lysdioden så den är igång.
3b) Helt sant, en strömgenerator behöver ju inte vara gjord av transistorer (även om den nu måste det för att vara en "bra" sådan). Om man struntar i C5 så är ju ett motstånd på 6.6k (i det här fallet) en strömgenerator med utresistans 6.6k. Det är dålig utresistans, men man kan ändå se det som en strömgenerator om man vill. Eftersom det i viloläge ligger c:a 35V över motstånden så har de en biasström på 35/6.6k=5.3mA.
Alltså slutsats: Ett motstånd kan betraktas som en dålig strömgenerator om man vill. Dock kommer c5 att se till att den blir bättre vid lite högre frekvenser än DC.
4) Formeln för ickeinverterande är som sagt 1+R5/R4 så 23 faktiskt, men det är dessa som bestämmer gain i allra högsta grad. i övrigt har du ju spänningsdelning mellan R1 och R2 vilket dämpar c:a en faktor 0.9 (22/(22+2.2)). totalt blir det då c:a 21 i passbandet. Har ej räknat med kondensatorerna alls då. De kommer att ge ytterligare lite dämpning, men troligtvis inte mkt i mitten av bandet. (för slö för att räkna, speciellt då det kanske inte är så nödvändigt och jag ligger i sängen med laptoppen på magen :) )
5) Jepp
6) Stämmer även för BJT-BJT. Det är kanske inte helt trivialt att se, men man kan se det som att R11, Q7 och faktiskt lasten (gör om strömmen från Q7 till en spänning) är "open loop" eller styrvägen som en reglertekniker skulle kalla d. Styrvägen har bara högt gain (precis som en opamp). Återkoppling är i det här fallet bara kabeln från lasten till emittern på Q5. Skall man fortsätta med opamps analogin kan man se basen på Q5 som plusbenet och emittern som minusbenet och "opampen" är kopplad som en följare dvs utgången direkt in på minusbenet och insignalen direkt in på plusbenet.
Nåja vad har detta med temp kompensering? Jo som vi vet från opampar så spelar open loop gainet (styrvägen) ingen större roll för closed loop beteendet. Eftersom Q7 ligger i styrvägen och bara bestämmer open loop gain spelar dess tempratur nästan ingen roll. Q5 är däremot med i återkopplingsnätverket och spelar stor roll (Tempraturvarierande Vbe på Q5 ligger i serie med återkopplingen).
Det är även därför man kan lägga oregerliga FET transistorer där uppe med sitt dåligt bestämda Vgs-on och dåliga spänningsförstärkning. Dessa otyg till egenskaper försvinner pga feedbacken. Den enda egenskap som blir kvar är den goda strömförstärkningen :). (Samt då hela kopplingens instabilitet :/ vilket inte är FETens fel,).
C6 ät för övrigt den här konstruktrörens lösning på självsvängningarna. Det ger en dominant pol precis som Cdom. Men den har sitt pris. Den gör feten långsam att slå på vilket försämrar distortionen och framförallt intermodulationen en smula. Dock är det den bästa lösning jag har sett på att få CFP stabil.
När vi nu ändå är inne på det här spåret så är R15 och C7 till för att ge en väldefinierad last på 10Ohm vid höga frekvenser. Detta är viktigt eftersom lasten ingår i open loop gain på CFP feedback loopen. Jag är lite lur på att det skall gå att trixxa lite med dessa komponenter och få kopplingen stabil utan C6 men jag har inte haft tid att experimentera destå mer. Går inte att simulera heller eftersom oscillationen inte uppkommer i Pspice. Nån annan kanske har nåt tips?
7) Stämmer bra. När jag skrev det tänkte jag lågpassfilter, men det är naturligtvis ett bandpass, c1 spärrar DC och riktigt låga frekvenser. c2 spärrar höga.
8) Den är till för att höja utresistansen från "strömkällan" vid höga frekvenser. Kanske måste till en bild här.
Jag har ritat ett förenklat schema med VASen ersatt av en spänningskälla. Det splar i sammanhanget ingen roll, det vesäntliga är att det är nån slagt signalkälla och att utsignalen är en kopia av den. Utgången symboliseras av den andra signalkällan som har gnuttan lägre amplitud och en liten DC förskjutning. Motstånden och kondningen är som de är i riktiga schemat.
Vad händer här? Vi antar att frekvensen är "hög" dvs spänningen över kondningen varierar "lite" vilket i det förenklade fallet betyder "inte alls" om kondningen är "stor nog" :).
Om utsignalen hade exakt samma amplitud som insignalen skulle spänningen över motståndet inte variera alls. Nu kommer den att variera "en gnutta". Hur mycket förändras strömmen genom ett motstånd då spänningen varierar "en gnutta"? Jo, strömmen varierar också "en gnutta".
Vad är det vi ser om vi låtsas att vi är vasen? Jo vi ser att vi varierar våran spänning rätt mycket, men att strömmen in i den röda "blackboxen" bara varierar "en gnutta" Detta (hög spänningsvarians ger låg strömvarians) är ju ett kännetecken på "hög" utresistans hos en strömkälla.
DC komponenten av strömmen är stor, men den orsakas ju för allt vi vet av den "ideala strömkällan" vi i vår okunskap tror gömmer sig i lådan och den variabla strömmen orsakas av utresistansen paralellkopplat och denna utresistans är alltså hög då stömmern varierar "lite" vid en "stor" spänningsförändring.
Den här tekniken att höja utresistansen kallas bootstraping och C5 för bootstrap-kondensator.
9) Ja och nej. Den är förstås till för att skapa en spänning till VASen. Däremot påverkar den inte gainet (nästan) alls. Det ligger ju alltid ett Vbe över motståndet så det går ingen växelström genom motståndet, dvs inget AC gain fås ut då AC strömmen in i vasen inte påverkas av motståndet.
En chans till, vad är det till för?=) Vad händer om man tar bort det helt?
Jag ser det som terapi sömnlösa nätter :p
1) Stämmer bra det.
2) Jepp.
3) 2.6V över motståndet innebär c:a 3.3V över lysdioden, har det inte smygit sig in ett litet teckenfel här? R8 är mycket riktigt till för att biasera lysdioden så den är igång.
3b) Helt sant, en strömgenerator behöver ju inte vara gjord av transistorer (även om den nu måste det för att vara en "bra" sådan). Om man struntar i C5 så är ju ett motstånd på 6.6k (i det här fallet) en strömgenerator med utresistans 6.6k. Det är dålig utresistans, men man kan ändå se det som en strömgenerator om man vill. Eftersom det i viloläge ligger c:a 35V över motstånden så har de en biasström på 35/6.6k=5.3mA.
Alltså slutsats: Ett motstånd kan betraktas som en dålig strömgenerator om man vill. Dock kommer c5 att se till att den blir bättre vid lite högre frekvenser än DC.
4) Formeln för ickeinverterande är som sagt 1+R5/R4 så 23 faktiskt, men det är dessa som bestämmer gain i allra högsta grad. i övrigt har du ju spänningsdelning mellan R1 och R2 vilket dämpar c:a en faktor 0.9 (22/(22+2.2)). totalt blir det då c:a 21 i passbandet. Har ej räknat med kondensatorerna alls då. De kommer att ge ytterligare lite dämpning, men troligtvis inte mkt i mitten av bandet. (för slö för att räkna, speciellt då det kanske inte är så nödvändigt och jag ligger i sängen med laptoppen på magen :) )
5) Jepp
6) Stämmer även för BJT-BJT. Det är kanske inte helt trivialt att se, men man kan se det som att R11, Q7 och faktiskt lasten (gör om strömmen från Q7 till en spänning) är "open loop" eller styrvägen som en reglertekniker skulle kalla d. Styrvägen har bara högt gain (precis som en opamp). Återkoppling är i det här fallet bara kabeln från lasten till emittern på Q5. Skall man fortsätta med opamps analogin kan man se basen på Q5 som plusbenet och emittern som minusbenet och "opampen" är kopplad som en följare dvs utgången direkt in på minusbenet och insignalen direkt in på plusbenet.
Nåja vad har detta med temp kompensering? Jo som vi vet från opampar så spelar open loop gainet (styrvägen) ingen större roll för closed loop beteendet. Eftersom Q7 ligger i styrvägen och bara bestämmer open loop gain spelar dess tempratur nästan ingen roll. Q5 är däremot med i återkopplingsnätverket och spelar stor roll (Tempraturvarierande Vbe på Q5 ligger i serie med återkopplingen).
Det är även därför man kan lägga oregerliga FET transistorer där uppe med sitt dåligt bestämda Vgs-on och dåliga spänningsförstärkning. Dessa otyg till egenskaper försvinner pga feedbacken. Den enda egenskap som blir kvar är den goda strömförstärkningen :). (Samt då hela kopplingens instabilitet :/ vilket inte är FETens fel,).
C6 ät för övrigt den här konstruktrörens lösning på självsvängningarna. Det ger en dominant pol precis som Cdom. Men den har sitt pris. Den gör feten långsam att slå på vilket försämrar distortionen och framförallt intermodulationen en smula. Dock är det den bästa lösning jag har sett på att få CFP stabil.
När vi nu ändå är inne på det här spåret så är R15 och C7 till för att ge en väldefinierad last på 10Ohm vid höga frekvenser. Detta är viktigt eftersom lasten ingår i open loop gain på CFP feedback loopen. Jag är lite lur på att det skall gå att trixxa lite med dessa komponenter och få kopplingen stabil utan C6 men jag har inte haft tid att experimentera destå mer. Går inte att simulera heller eftersom oscillationen inte uppkommer i Pspice. Nån annan kanske har nåt tips?
7) Stämmer bra. När jag skrev det tänkte jag lågpassfilter, men det är naturligtvis ett bandpass, c1 spärrar DC och riktigt låga frekvenser. c2 spärrar höga.
8) Den är till för att höja utresistansen från "strömkällan" vid höga frekvenser. Kanske måste till en bild här.
Jag har ritat ett förenklat schema med VASen ersatt av en spänningskälla. Det splar i sammanhanget ingen roll, det vesäntliga är att det är nån slagt signalkälla och att utsignalen är en kopia av den. Utgången symboliseras av den andra signalkällan som har gnuttan lägre amplitud och en liten DC förskjutning. Motstånden och kondningen är som de är i riktiga schemat.
Vad händer här? Vi antar att frekvensen är "hög" dvs spänningen över kondningen varierar "lite" vilket i det förenklade fallet betyder "inte alls" om kondningen är "stor nog" :).
Om utsignalen hade exakt samma amplitud som insignalen skulle spänningen över motståndet inte variera alls. Nu kommer den att variera "en gnutta". Hur mycket förändras strömmen genom ett motstånd då spänningen varierar "en gnutta"? Jo, strömmen varierar också "en gnutta".
Vad är det vi ser om vi låtsas att vi är vasen? Jo vi ser att vi varierar våran spänning rätt mycket, men att strömmen in i den röda "blackboxen" bara varierar "en gnutta" Detta (hög spänningsvarians ger låg strömvarians) är ju ett kännetecken på "hög" utresistans hos en strömkälla.
DC komponenten av strömmen är stor, men den orsakas ju för allt vi vet av den "ideala strömkällan" vi i vår okunskap tror gömmer sig i lådan och den variabla strömmen orsakas av utresistansen paralellkopplat och denna utresistans är alltså hög då stömmern varierar "lite" vid en "stor" spänningsförändring.
Den här tekniken att höja utresistansen kallas bootstraping och C5 för bootstrap-kondensator.
9) Ja och nej. Den är förstås till för att skapa en spänning till VASen. Däremot påverkar den inte gainet (nästan) alls. Det ligger ju alltid ett Vbe över motståndet så det går ingen växelström genom motståndet, dvs inget AC gain fås ut då AC strömmen in i vasen inte påverkas av motståndet.
En chans till, vad är det till för?=) Vad händer om man tar bort det helt?
Evert: Nån speciell bit som är extra klurig? Vem som helst får naturligtvis ställa frågor :)
Fritz: Hur stor är basströmmen in på vasen vid DC (Egentligen ut från basen då vasen är en pnp om man skall vara petig...)?
Hur stor är den strömmen (basströmmen som går genom Q1) jämfört med tailströmmen (som delas mellan ingångstrissorna) till strömkällan Q3.
Slutligen hur stor är strömmen då genom Q2?
Fritz: Hur stor är basströmmen in på vasen vid DC (Egentligen ut från basen då vasen är en pnp om man skall vara petig...)?
Hur stor är den strömmen (basströmmen som går genom Q1) jämfört med tailströmmen (som delas mellan ingångstrissorna) till strömkällan Q3.
Slutligen hur stor är strömmen då genom Q2?
.....det är en hel del....hmmm vad är sim1,sim2 å BR till för?Här är länken till projektets hemsida där jag snott bilden :)
http://sound.westhost.com/project3a.htm
sim1 och sim2 är enligt designern till för Sound Impairment Monitor. Jag har absolut inte den blekaste vad det är för nåt =)
Edit: Det verkar vara för clippingdetection. Då förstärkaren klipper förstörs den virtuella kortslutningen mellan plus och minus benen. detta kan sen detekteras av nån lämplig krets
BR är enligt tillverkaren är det till för bryggkoppling av två likadana försstärkare.
Enligt honom skall man jorda ingången och koppla in utgången från den andra förstärkaren in på BR.
Då har man en inverterande opamps koppling. Plusbenet jordat (via lite motstånd för att döda DC offset). Eftersom minusbenet är virtuell jord (pga plusbenets jordning) kommer det aldrig att ligga nån spänning över R4 vilket gör att man helt kan bortse från R4. Kvar är bara R5 och R17. Gainet på en inverterande opamp är -R5/R17 = -1.
Eftersom utgången på den andra förstärkaren är kopplad in här så kommer vårat slavsteg att ha samma våg fast inverterad på utgången. Detta är precis vad man vill uppnå. Högtalaren kopplas sen in mellan de bägge utgångarna istället för mellan utgång och jord som i det obryggade fallet.
Vinsten på detta är att du får dubbelt så mycket spänning över högtalaren då den i peak fallen kan vara nästan mellan Vcc och Vee istället för som i enkla fallet endast mellan Vcc och 0. Vid större byggen kan detta vara praktiskt då man inte behöver ha så hög spänningstålighet på komponenterna.
Q4 ner till R10 har jag förklarat tidigare, Q4 är vasen och R16,Vr1,Q9 är biasgeneratorn oxo upptagen tidigare i tråden.
http://sound.westhost.com/project3a.htm
sim1 och sim2 är enligt designern till för Sound Impairment Monitor. Jag har absolut inte den blekaste vad det är för nåt =)
Edit: Det verkar vara för clippingdetection. Då förstärkaren klipper förstörs den virtuella kortslutningen mellan plus och minus benen. detta kan sen detekteras av nån lämplig krets
BR är enligt tillverkaren är det till för bryggkoppling av två likadana försstärkare.
Enligt honom skall man jorda ingången och koppla in utgången från den andra förstärkaren in på BR.
Då har man en inverterande opamps koppling. Plusbenet jordat (via lite motstånd för att döda DC offset). Eftersom minusbenet är virtuell jord (pga plusbenets jordning) kommer det aldrig att ligga nån spänning över R4 vilket gör att man helt kan bortse från R4. Kvar är bara R5 och R17. Gainet på en inverterande opamp är -R5/R17 = -1.
Eftersom utgången på den andra förstärkaren är kopplad in här så kommer vårat slavsteg att ha samma våg fast inverterad på utgången. Detta är precis vad man vill uppnå. Högtalaren kopplas sen in mellan de bägge utgångarna istället för mellan utgång och jord som i det obryggade fallet.
Vinsten på detta är att du får dubbelt så mycket spänning över högtalaren då den i peak fallen kan vara nästan mellan Vcc och Vee istället för som i enkla fallet endast mellan Vcc och 0. Vid större byggen kan detta vara praktiskt då man inte behöver ha så hög spänningstålighet på komponenterna.
Q4 ner till R10 har jag förklarat tidigare, Q4 är vasen och R16,Vr1,Q9 är biasgeneratorn oxo upptagen tidigare i tråden.
Jag skulle hävda att tailströmmen är c:a (Vled-Vf)/Re = (2-0.7)/560=2.5mA
Delar man det i två får man 1.25mA. Alla dessa 1.25 skulle behöva gå igenom basen på vasen (om motståndet är borta)
Om man vänder på det istället, hur stor basström vill vasen ha för att hålla utgången på c:a 0V ?
Går detta ihop?
Delar man det i två får man 1.25mA. Alla dessa 1.25 skulle behöva gå igenom basen på vasen (om motståndet är borta)
Om man vänder på det istället, hur stor basström vill vasen ha för att hålla utgången på c:a 0V ?
Går detta ihop?
