Förstärkartyper av klass AB

[pagge]

Du säger att du är lite osäker på vasen. Då blir jag lite orolig att jag har förklarat nånting väldigt slarvigt då den (i mina ögon) är den enklaste biten på bygget .

Okej, såhär kan man räkna ut hurt mycket basström vasen tar då förstärkaren är i vila (utgången =0V)

Vasen är i det här fallet (DC) bara en helt vanlig transistor med helt vanliga motstånd på kollektorn.

motstånden R9 och R10 är tillsammans på 6.6K och då vasen har c:a 0V på sin kollektor (Den spänning som sånär på 0.7V är på riktiga effekt utgången) går det 35V/6.6K= 5.3mA genom motstånden. I princip samma ström går genom kollektorn på vastransistorn. Detta resulterar i att basströmmen på vastransistorn måste vara 5.3mA/B = 53uA för B=100.

=======================================
Går detta ihop?

Det var det jag ville komma fram till. Vid perfekt balans i ingångssteget (samma ström genom bägge trissorna) så drar bägge sidorna 1.25mA var medan Vasen å andra sidan endast vill få 53uA vid perfekt balans (utgången =0)

Detta går inte ihop, vilket min sista retoriska fråga ville komma fram till
Hur man än vänder och vrider på det så är 53uA inte i närheten lika med 1.25mA.

==============================
Lösningen är motståndet.

Sätter man dit motståndet på 560Ohm så kommer det att gå 0.7/560=1.25mA igenom motståndet. Då går det ihop. Motståndet ger 1.25mA, vasen ger obetydliga 50uA och ingångssteget kan sänka de 1.25mA det vill sänka. Eftersom spänningen endast varierar försumbart över motståndet så kommer motståndet att ge en konstant ström och faktiskt vara en strömkälla! (med lite våld på sanningen då Vf ju faktiskt varierar en gnutta.)

Motståndet är alltså till för att balansera ingångssteget, inte för att ändra gainet (som det inte påverkar nämnvärt då det inte ger nåt AC bidrag pga att Vf="konstant").

Faktum är att jag tror att steget skulle kunna fungera utan motståndet, omän med rätt hög DC offset på utgången och förskräcklig distortion (ingångssteget skulle vara väldigt obalanserat med 53uA på ena sidan och 2.447mA på andra).

======================
Bättre metoder?

Det optimala värdet på R6 är nu beroende av tailströmmen/2 samt Vf på vasen. Tailströmmen/2 är i sin tur beroende på lysdiodens Vf samt r7 och Q3s Vf. Därför kan det vara svårt att få fram exakt rätt värde på R6. Det är ganska viktigt att man har god balans i i ingångssteget, bara någon procents fel försämrar distortionen markant.

Strömspegeln löser enkelt problemet då den uppnår perfekt balans oberoende av tailströmmen. Detta är en anledning att använda strömspegel istället för motstånd. Strömspegeln ger för övrigt dubbelt gain vilket är fint då man vill få hög Open-loop gain dvs. mycket negativ feedback.

Jag håller inte med designer av det där steget då han inte använder strömspegel . Ingen har kunnat ge mig en anledning till att använda nåt annat för att driva en vanlig vas (förutom att ett mostånd är enklare att felsöka än två transistorer och två motstånd som en strömspegel är uppbygd av. Enkelhet är ju iofs inte att förakta men men...)

[Fritzell]

Ohh nu börjar jag fatta det här. Rätta mig om jag har fel. Säg att man har 0V på ingången. 1.25mA går genom bägge trissorna (50uA från vasen). Säg då att man ökar spänningen på ingången till tex 1V. Då kommer vänstra trissan öppna mer och kunna släppa ner mer ström, men den kan inte skjutsa ner mer än 1.25mA från motståndet utan resten måste komma från vasen --> vasen öppnar mer = mer förstärkning och om vi vänder på det och säger att vi sätter -1V istället på ingången, samma sak händer fast denna gången stryps VASen eftersom den inte kan "sänka" sin ström genom vänstra transistorn = negativ förstärkning ? Ifall så är fallet förstår jag att det är ganska svårt att lyckas få fram rätt motstånd osv, dvs mycket smartare med en strömspegel!

Nu måste jag försöka luska ut hur det egentligen går till när spänningarna på VASkollektorn uppstår!

[pagge]

Nu behöver man inte trimma in det exakt, den globala feedbacken kommer att hålla utgången rimligt nära 0 ändå. Det som sker vid felaktigt motstånd är att ingångssteget är i obalans. Man kan säga att strömfördelningen i ingångssteget kommer att vara "så sned som den behöver vara" för att hålla utgången vid 0 vid DC. Det är feedbacken som bestämmer hur sned den behöver vara.

Däremot blir distortionen drastiskt sämre med ökande obalans.

Med obalans menar jag för övrigt skillnad i kollektorström mellan diffstegstransistorerna. Är strömmarna lika (vid dc) har du perfekt balans.

Obalans är inte att förväxla med utgångsoffset vilket är den dc spänning du har på utgången fast du inte skickar in nåt på ingången.

Obalans behöver inte nöndvändigtvis öka när offseten ökar, och tvärt om.

[Fritzell]

Jupp
nu har jag läst den här boken. Ganska kortfattad och går inte in på några detaljer utan gav bara lite råd vad gäller effekt osv. Vad som gick upp för mig var hur motstånden är till för som sitter bl.a. efter bipolära utgångssteg och vid strömspeglar. Innan visste jag att dom hade en termisk funktion med det säger ju ingenting om man inte förstår hur det fungerar egentligen. Dvs när transistorn blir varm ökar strömmen, även i motståndet vilket gör att transistorn stryper sig själv och blir stabil ! =)
Känns som jag börjar få koll på det mesta nu utom vasen.

En fråga: På utgången sitter det nästan alltid ett motstånd i serie med en kondensator mot jord. Är detta ett filter eller kan det vara en liten faskompensering?

[pagge]

De sitter inte bara i bipolära utgångssteg, de sitter även i CFP och iprincip i alla kopplingar utom eventuellt FET sourceföljare, men jag tror att de ävern sitter där. Jag har utelämnat dem hittils för att de inte haft nån vikt vid förståelsen av utgångsstegen och inte för att de är oviktiga.

Kondning-motståndet vid utgången är till för stabiliteten (av utgångssteget, som du minns var speciellt CFP drabbat av parasitoscillering). Tänk dig att du har en induktiv last. Vid höga frekvenser ökar dess impedans. Samtidigt vid höga frekvenser kortsluter kondensatorn så motståndet i princip är direktkopplat till jord. Vi har alltså 10 ohms motstånd (standardvärde) paralellt med en hög induktiv impedans vilket gör den höga induktiva impedansen försumbar.

Nätet är alltså till för att ge en väldefinierad last på 10Ohm vid höga frekvenser om man har en induktiv last. Nätet har ingen effekt alls vid audiofrekvenser.

Varför behövs då det? Jo du minns när jag förklarade CFP utgångssteget. Strömmen som går ner ur effekttransistorn går ju ner i lasten, och blir på så sätt en spänning som går till emittern på småsignaltransistorn. Detta är en bit av den lokala feedbackloopen och den är alltså väldigt lastberoende. Därför vill man ha en väldefinierad, resistiv last.

Man brukar även koppla en liten spole i serie med utgången. Detta för att "koppla bort" en kapacitiv last vid höga frekvenser eftersom det tidigare nätet bara skyddade mot induktiva laster.


Angående vasen. Läs igenom vad jag skrivit på sidan två igen, och säg hur långt du hänger med. Vilken koppling börjar se lurig ut?

[Fritzell]

Jaha så kan man säga att när en högfrekvent signal uppstår på utgången har den ingenstans att ta vägen eftersom moståndet genom högtalaraen är för stor, men då kan den gå ner till jord istället via R-C kretsen?

Ska läsa lite mer om VASen. återkommer

[pagge]

Ja, om man ser högtalaren som en spole, vilket iofs är våld på sanningen.
Du får alltså 10Ohm paralellt med en hög impedans vilket fortfarande är c:a 10 Ohm

Det som är farligt med en induktiv eller kapacitiv last är att du får fasvridningar, vilket ej är önskvärt i tighta okontrollerade feedbakloopar :)

[strombom]

"vilket ej är önskvärt i tighta okontrollerade feedbakloopar "

ingen som funderat på LQ-reglerade högtalarelement ?

/Johan

[pagge]

Antar att LQ högtalare är sånahäninga "snälla" högtalare utan dippar och peakar i frekvensgången.

Tja, det är ju trevligt, men man vill ju göra ett robust steg som fungerar med alla typer av laster vad det än må vara. De två skyddsnäten är ett enkelt sätt att försäkra sig om att allt funkar.

Jag var lite otydlig i tidigare inlägget.
Med fasvridning avser jag inte avser förstärkarens utsignal. den är vid audiofrekvenser lyckligt okänslig för elaka laster och har rak frekvensgång. Det är runt-i-loop vridningen (som inte heller märks utåt så länge man har loopgain >> 1.) i den lilla CFP loopen som jag menar. Runt i loopen vridningen får som sagt inte överstiga 180 grader förän runt-i-loopen gainet är under 1.

[Fritzell]

aha så kondensator-motståndet på utgången är alltså bara till för att motverka positiv feedback? Jag har sett att vissa har satt så stora kondensatorer som 100nF. Då kommer ju även en del av det höga registret att försvinna väl?

[pagge]

Tänk på att nätet ligger paralellt med högtalaren, inte i serie.

Eftersom förstärkaren har mycket låg utresistans och är väldigt lastoberoende påverkar inte kondensatorn utsignalen det minsta.

[Fritzell]

Jag tror det är dags att införskaffa den där boken nu när jag har lite koll på hur grejjerna funkar Det är ju trots allt endel grejer som inte går att trycka ner i en liten text sammanfattad från en hel bok. Det är förståelse jag vill ha, inte som han som hade skrivit boken som jag lånade i biblioteket som bara lade upp en schema, sa så här funkar det och inget mer. jag vill veta hur, varför, hur dimensionerar man, beräknar osv
Jag får tacka så mycket för att du har orkat skriva ner allt! Givetvis får vem som helst fortsätta att diskutera om förstärkare i den här tråden
Tyvärr kommer det nog dröja ett tag innan jag börjar lägga ut nånting i projekt-delen så vi inte börjar med projekt förräns i trean. Om du inte har nått mer att tillägga förstås

[pagge]

Power Amplifier Design Handbook som jag rekomenderade tidigare förväntar sig att du kan lite mer (inte jättemkt men... ) kretsteori än nu. Min tanke var jag skulle ta upp detaljerna nu efter att jag gått igenom principerna. Nu är ju hela förstärkaren principiellt igenomgången.

Hittils har jag bara tagit upp beräkningar för att dimensionera motstånd till konstantströmkällan.

Vad som är kvar att dimensionera är (Vad man skall tänka på är inom parantes).

*motståndet till jord på ingången. (Inresistans, Minimera DC offset.)

*motstånd på feedback nätet (Minimera DC offset)

*biasströmmen i diffsteget och den ner genom Vasen. (Slew-rate, drivkraft till utgångssteget)

*Biasström tvärs ner genom utgånssteget (Bestämmer om förstärkaren är i klass B, AB eller A) (Lineäritet)

*Cdom. (Lineäritet vs. global stabilitet)

*Motstånd i darlingtonkopplade vasen om denna skall användas. (Lineäritet)

*Motstånd på BJT collectorn i CFP utgångssteget. (Slew-Rate, biasstabilitet)


Sen kan det vara intressant att kunna beräkna openloop gain och se vid vilken frekvens closed loop når 1.

dvs beräkna:
*förstärkningen på diffsteget
*Förstärkningen i vasen.


Thats it, sen kan du allt du behöver kunna för att bygga en förstärkare från scratch och veta exakt varför du valt just det värde på komponenten du valt :). Dessutom kommer du att ha lärt dig tillräckligt mkt kretsteori på vägen för att förstå boken.

Den kretsteori du behöver kunna är inte särskilt svår, och det är inte särkilt mkt. heller, men det kan vara jobbigt att få tag i en bok i ämnet som inte drar iväg på vida äventyr ut i matematikens träsk :)

Därför tänkte jag ta upp litegranna kretsteori här och avsluta med att låta dig utföra beräkningarna jag nämnde ovan :). Om du fortfarande är intresserad that-is.

[Fritzell]

Ojoj naturligtvis är jag intresserad, tänkte mer på att du kanske är lite trött på att föklara invecklade saker för en trögfattad hela tiden Du får gärna posta mer om det du nämnde =)
Sen en sak som jag inte tror nämnts tidigare är mosfet utgångar. Fast i princip är dom väl ganska likvärdig BJT utgångar fast man inte behöver ha ett motstånd på utgången tack vare den negativa tempraturkoefficienten och biasen måste vara högre? Men det kan vi lägga på hyllan tillsvidare

[pagge]

Inget mer att tillägga, du sammanfattade väl allt som finns att säga om mosfet-sourceföljare utgången :)