Khó khăn với Xu hướng khuếch đại loại B

9

Ở đây tôi đang đề cập đến bộ khuếch đại công suất đầu ra lớp B.

Mạch này phải dễ xây dựng và dễ hiểu nhưng tôi gặp vấn đề với xu hướng vì tôi không thực sự biết cách phân cực các cơ sở của Q1 và Q2, do đó Q1 sẽ chỉ truyền tín hiệu phân cực dương và Q2 sẽ chỉ dẫn phân cực âm tín hiệu .

Có vẻ như tôi chỉ quản lý đúng bộ khuếch đại lớp A, chứ không phải lớp B.

Làm thế nào tôi có thể thiên vị mạch trên để đạt được hoạt động lớp B của bộ khuếch đại?

biasing class-b-amplifier power-output-stage

— Keno
nguồn

1

Có một số thảo luận liên quan đến việc điều chỉnh vbias ở đây: bộ khuếch đại pin 9V . Lưu ý rằng nó cũng thảo luận về bootstrapping, mà oldfart đề cập đến trong bình luận thêm của anh ấy cho bạn.

— jonk

10

Có một mạch đơn giản được biết là hoạt động như một 'zener lập trình'. Dưới đây là sơ đồ nguyên tắc:

sơ đồ

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Đối với một ứng dụng thực tế, điện trở thay đổi có thể được chia thành ba phần để có được điều khiển chính xác hơn. Bằng cách thay đổi điện trở, bạn có thể đặt điện áp 'zener' giữa các đế của hai bóng bán dẫn Q1 và Q2 và như vậy sẽ điều khiển dòng tĩnh.

Quên: Giống như một zener thực sự, nó cần một điện trở ở phía trên.

Trong những ngày xưa tốt đẹp mà bóng bán dẫn được gắn vật lý trên tản nhiệt, do đó bạn cũng có bù nhiệt. Mất một lúc tôi mới tìm thấy một hình ảnh trên www nhưng đây là một hình ảnh:

Chỉnh sửa bài viết
Như đã đề cập trong bình luận bên dưới, bạn phải cẩn thận với mạch này. Trước khi sử dụng lần đầu tiên, bạn phải đảm bảo rằng bộ biến trở được đặt sao cho đế ở điện áp collector. Do đó có giảm điện áp tối thiểu. Sau đó, bạn xoay điện trở cho đến khi độ lệch là 'chính xác', điều đó thường có nghĩa là bạn không còn thấy (phạm vi) nghe (tai) sự biến dạng trong tín hiệu đầu ra. Bạn có thể biến nó thêm một chút nữa sẽ làm tăng dòng tĩnh trong giai đoạn đầu ra. (Nó sẽ có thêm đặc tính của bộ khuếch đại loại A.)

— Oldfart
nguồn

Thay vì Vbias trong mạch của tôi, điều này nên thay thế nó?

— Keno

3

Có, nhưng bạn cần một điện trở từ V + vì nó cần có dòng điện từ đâu đó. Cẩn thận nếu điện áp zener được đặt quá cao trong lần đầu tiên bạn sử dụng nó, cả hai bóng bán dẫn ở giai đoạn cuối sẽ được dẫn điện để bạn có một đoạn ngắn từ V + đến V-. Hãy chắc chắn rằng cơ sở được kết nối với bộ sưu tập! Sau đó từ từ vặn nó xuống và đo dòng điện trong giai đoạn cuối.

— Oldfart

11

Đầu tiên, hãy hiểu rằng đây chỉ là một người theo dõi phát xạ kép sử dụng một darlington ở mỗi bên. Điện áp ở đầu ra sẽ khá nhiều điện áp ở đầu ra opamp. Mục đích của những người theo dõi phát là để cung cấp lợi ích hiện tại.

Ví dụ, nếu mỗi bóng bán dẫn có mức tăng 50, thì opamp hiện tại phải có nguồn và chìm là khoảng 50 * 50 = 2.500 lần so với tải trọng rút ra. Ví dụ: nếu tải đang vẽ 1 A, thì opamp chỉ cần nguồn 400LAA.

Một vấn đề với người theo dõi phát là điện áp đầu ra khác với điện áp đầu vào bởi sự sụt giảm BE của bóng bán dẫn. Giả sử ví dụ là khoảng 700 mV khi các bóng bán dẫn hoạt động bình thường. Đối với người theo dõi trình phát NPN, bạn phải bắt đầu với 1.7 V nếu bạn muốn 1 V out. Tương tự, đối với người theo dõi bộ phát PNP, bạn phải đặt -1,7 V nếu muốn -1 V ra.

Do hai bóng bán dẫn được xếp tầng, mạch này có hai giọt 700 mV từ opamp đến đầu ra. Điều đó có nghĩa là để tăng sản lượng cao, opamp phải cao hơn 1,4 V. Để lái đầu ra thấp, opamp phải thấp hơn 1,4 V.

Bạn sẽ không muốn opamp phải đột ngột nhảy 2,8 V khi dạng sóng chuyển đổi giữa dương và âm. Các opamp không thể làm điều đó đột ngột, do đó sẽ có một khoảng thời gian chết nhỏ ở giao điểm 0, điều này sẽ thêm méo vào tín hiệu đầu ra.

Giải pháp được sử dụng bởi mạch này là đặt nguồn 2,8 V giữa các đầu vào cho các trình điều khiển phía cao và thấp. Với mức chênh lệch 2,8 V ở cấp độ ổ đĩa, hai trình điều khiển đầu ra sẽ chỉ ở mức cạnh ở mức đầu ra 0. Đầu vào cao hơn một chút và trình điều khiển hàng đầu sẽ bắt đầu tìm nguồn cung cấp hiện tại. Thấp hơn một chút, và trình điều khiển phía dưới sẽ bắt đầu chìm dòng đáng kể.

Một vấn đề là có được phần bù này vừa phải để loại bỏ bước nhảy đầu vào cần thiết ở các điểm giao nhau bằng 0, nhưng không bật cả hai trình điều khiển đến mức cuối cùng chúng lái xe lẫn nhau. Điều đó sẽ khiến dòng điện vô dụng chảy và tiêu tán năng lượng không tải. Lưu ý rằng 700 mV chỉ là giá trị thô cho mức giảm BE. Nó khá ổn định, nhưng nó thay đổi theo dòng điện và nhiệt độ. Ngay cả khi bạn có thể điều chỉnh nguồn 2,8 V chính xác, vẫn không có một giá trị chính xác duy nhất để điều chỉnh nguồn đó.

Đây là những gì RE1 và RE2 dành cho. Nếu độ lệch 2,8 V quá cao và dòng tĩnh không đáng kể bắt đầu chạy qua cả trình điều khiển trên và dưới, thì các điện trở này sẽ có điện áp rơi trên chúng. Bất cứ điện áp nào xuất hiện trên RE1 + RE2 đều trừ trực tiếp phần bù 2,8 V theo quan điểm của hai trình điều khiển.

Thậm chí 100 mV có thể tạo ra sự khác biệt đáng kể. Điều đó sẽ được gây ra bởi 230 mA dòng tĩnh. Cũng lưu ý rằng 700 mV có lẽ là ở phía thấp, đặc biệt là đối với các bóng bán dẫn điện khi chúng mang dòng điện đáng kể.

Nói chung, nguồn 2.8 V có nghĩa là giữ cho mỗi trình điều khiển trên và dưới "sẵn sàng", mà không bật chúng đủ để chúng bắt đầu chiến đấu với nhau và tiêu tan rất nhiều sức mạnh.

Tất nhiên, tất cả mọi thứ là một sự đánh đổi. Trong trường hợp này, bạn có thể đánh đổi dòng điện hoạt động nhiều hơn cho một chút biến dạng.

Lý tưởng nhất là ở lớp B, một bên sẽ tắt hoàn toàn khi bên kia bắt đầu tiếp quản. Điều đó gần như không bao giờ xảy ra trong thực tế, nhưng sơ đồ này khá gần với nó.

— Máy tiện Olin
nguồn

Đây có phải là điểm mà chuyển đổi biến dạng diễn ra? Trong cuốn sách của tôi, nếu tôi hiểu nó một cách chính xác, nó được mô tả là cả hai bên (npn và pnp) thực hiện hơn 180 độ tín hiệu?

— Keno

1

@Keno: Biến dạng chéo có thể xảy ra cả hai cách. Điều tồi tệ nhất thường là khi các trình điều khiển bên cao và thấp tiến hành ít hơn một nửa thời gian. Các opamp phải nhảy qua dải chết, mất thời gian hữu hạn. Mỗi lần tiến hành trong hơn một nửa thời gian không nhất thiết gây ra sự biến dạng. Nó phụ thuộc vào mức độ mượt mà của chúng mờ dần trong và ngoài so với nhau. Cả hai đều thực hiện tất cả thời gian trong lớp A, ví dụ, và hơn một nửa thời gian trong lớp AB. Đó là điểm của lớp AB so với lớp B. Một số mờ dần thể hiện sức mạnh lãng phí nhưng không nhất thiết là sự biến dạng. Một dải chết méo mó.

— Olin Lathrop

Tôi đồng ý với bạn! Nhưng càng gần, chúng ta càng có thể đến lớp B hiệu quả hơn bộ khuếch đại, phải không?

— Keno

2

@Keno: Có, lớp B là hiệu quả tối ưu cho hệ thống phần tử vượt tuyến tính. Bắt hai bên chuyển đổi chính xác là rất khó. Đó là lý do tại sao lớp AB. Cho phép một chút mờ dần để giảm méo chéo, với một mức giá nhỏ trong hiệu quả.

— Olin Lathrop

Một điều nữa. Điểm / khu vực dẫn trong đó cả hai bên npn và pnp đang tiến hành đồng thời, điều này có thể thêm méo bổ sung cho bộ khuếch đại hay đó là khu vực dẫn đồng thời không phải là đối tượng của biến dạng?

— Keno

7

Sự khác biệt giữa lớp A và lớp B là dòng tĩnh qua giai đoạn cuối.

Nếu bạn làm cho dòng không hoạt động bằng 0 thì chỉ có Q3 hoặc Q4 cung cấp dòng điện khi có tín hiệu. Đây là lớp B.

Nếu bạn làm cho dòng tĩnh hoạt động lớn đến mức đối với các tín hiệu rất lớn (thậm chí là lớn nhất) cả Q3 và Q4 không bao giờ có Ic = 0 (không bao giờ tắt), chúng ta có lớp A.

Ngoài ra còn có lớp AB có thể ở bất cứ đâu giữa lớp A và lớp B.

Làm thế nào để thiết lập dòng tĩnh này?

Điều đó được thực hiện bởi Vbias.

Một số ví dụ về cách Vbias có thể được thực hiện:

"Zener" từ câu trả lời của oldfart
một diode Zener thực sự

hoặc này:

sơ đồ

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Nguồn hiện tại có thể dễ dàng được tạo ra với gương hiện tại PNP và điện trở biasinf.

— Bimpelrekkie
nguồn

Bạn có ý tưởng nào để biết chắc chắn không, liệu mạch hoạt động ở lớp A hay lớp B hay ở giữa, đó là lớp AB? Tôi quét phạm vi đầu ra trong khi thay đổi độ lệch nhưng tất cả những gì tôi nhận được là sóng hình sin bình thường. Tôi có thể xác minh lớp bằng cách đo dòng tĩnh qua từng bóng bán dẫn, nhưng có cách nào khác không? Có lẽ với o'scope?

— Keno

Bạn có thể dễ dàng đo dòng điện qua Q3 và Q4 trên các điện trở bộ phát. Vì vậy, áp dụng không có tín hiệu và đo hiện tại. Tôi đoán là với VBias = 2,8 V, đây sẽ là bộ khuếch đại AB. Ngoài ra trong lớp B sẽ có biến dạng chéo tại các điểm giao nhau.

— Bimpelrekkie

@Bimpelrekkie đã rút ra hai ví dụ về giai đoạn đầu ra lớp AB. Một dòng điện nhỏ luôn chảy qua Q1 và Q2, Q3 và Q4. Với dòng điện nhàn rỗi đủ, độ méo có thể rất rất thấp, có thể 0,05% hoặc ít hơn, nhưng sự đánh đổi là giai đoạn đầu ra tiêu tan rất nhiều nhiệt. Tra cứu bộ khuếch đại 1.500 watt trên web và bạn sẽ thấy các thiết kế thiên vị tương tự nhưng phức tạp hơn.

— Sparky256

6

Bạn phải hiểu rõ cấu trúc liên kết đầu ra để biết cách tạo xu hướng cho nó.

Mặc dù ai đó đã đề cập rằng ví dụ sơ đồ của bạn có các BJT được sắp xếp theo kiểu Darlington (có thêm điện trở tăng tốc tắt ), họ không nói với bạn rằng sự sắp xếp như vậy hầu như luôn có cấu trúc liên kết tốt hơn. Vì vậy, bạn gần như không bao giờ sử dụng cấu trúc liên kết đó để bắt đầu. Hay nói tóm lại, không có điểm nào đấu tranh để hiểu nó để thiên vị nó.

Tại sao nên sử dụng Darlington:

Độ tăng dòng điện cao, rất hữu ích trong các mạch trình điều khiển đầu ra như thế này vì nó làm giảm đáng kể dòng tĩnh của mạch thiên vị và đó có thể là một trợ giúp lớn khi cố gắng đưa xung quanh dòng điện lớn vào một tải nhỏ như thế này.

Tại sao không sử dụng Darlington:

Tắt chậm trừ khi thêm điện trở (như trong ví dụ về mạch của bạn.)
Không thể bão hòa dưới khoảng một giọt diode (cộng thêm một chút) vì sự sắp xếp. Điều này có thể có nghĩa là một số chi phí điện áp bổ sung cần thiết cho bộ khuếch đại (đối với các mạch điện áp thấp hơn có thể không được chấp nhận) và điều đó cũng có thể có nghĩa là một số tiêu tán tổng thể bổ sung cho bộ khuếch đại.
Hành vi như thể nó yêu cầu hai giọt diode giữa cơ sở và bộ phát, làm tăng khoảng điện áp phân cực cần thiết.
Nhiệt độ ảnh hưởng đến cả các mối nối phát xạ cơ sở, mà thêm vào trong chuỗi. Vì vậy, sự thay đổi nhiệt độ của nhịp điện áp phân cực hiện bao gồm ít nhất bốn giọt diode nối tiếp, tất cả đều trải qua sự thay đổi theo nhiệt độ. Kết quả là sự phức tạp của bồi thường có thể tăng lên.
Có những lựa chọn thay thế tốt hơn.

Lý do cuối cùng là lý do chính về lý do tại sao không sử dụng Darlington ở đây. Nếu không có lựa chọn thay thế, thì bạn sẽ chỉ bị mắc kẹt với ý tưởng nếu bạn muốn lợi thế duy nhất của nó.

Thay vào đó, nếu bạn muốn mức tăng cao của sự sắp xếp Darlington, thì tốt hơn là sử dụng cách sắp xếp Sziklai, thay vào đó. Nó trông như thế này:

sơ đồ

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Điều này cũng cung cấp mức tăng dòng điện cao tương tự và cũng không thể bão hòa dưới mức giảm một diode, nhưng cũng bao gồm các yếu tố sau:

Chỉ có một diode phát cực gốc trên mỗi góc phần tư.
$R_3$ $R_4$ $Q_2$ $Q_4$ $Q_1$ $Q_3$

Bạn đã có một số ý kiến về làm thế nào để thiên vị mạch của bạn. Những ý tưởng tương tự cũng có thể được sử dụng với mạch trình điều khiển Sziklai được hiển thị ở trên, nhưng bạn sẽ không yêu cầu chênh lệch điện áp khá nhiều.

$V_{BE}$

Giống như một mô hình thô, sơ đồ bây giờ có thể trông như sau:

sơ đồ

^{mô phỏng mạch này}

$R_7$ $R_8$ $R_9$ $R_1$ $R_2$ $50\:\textrm{mV}$ $R_7$ $R_8$ $R_1$ $R_2$ $C_1$ $C_3$ $V_{BE}$ hệ số nhân cho các căn cứ vào hai góc phần tư Sziklai đầu ra.

$C_2$ $Q_6$ $Q_6$

Các giả định ở trên cho rằng bạn thực sự có đường ray cung cấp lưỡng cực và tải kết nối DC nối đất. Cuối cùng, tôi cũng không cho thấy những phản hồi tiêu cực có thể sẽ được yêu cầu. Mọi thứ sẽ khác đi đôi chút nếu tải được ghép nối AC và bạn chỉ có một đường ray cung cấp duy nhất để làm việc.

— jonk
nguồn

Đẹp! Nhưng tại sao C3 được kết nối với bộ sưu tập của Q5? Và C1 được coi là "bootstrap" gì đó (?) - Tôi vẫn không nhận được chức năng của nó, mặc dù đã đọc một vài bài đăng mà bạn đề xuất cho tôi cho đến nay.

— Keno

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

@Keno Bạn có những thứ để học. Tôi nghĩ một trong những điểm chính ở đây là việc thiết kế một giai đoạn đầu ra tốt từ các phần riêng biệt cần một mức độ nhất định và bề rộng kiến thức về các hiệu ứng khác nhau . Nhiệt độ là một trong những điều quan trọng hơn, nếu đó là một trình điều khiển năng lượng tốt. Bạn thường không tìm thấy các phương pháp điều trị chi tiết cho các thiết kế rời rạc (mặc dù bạn thấy sơ đồ) bởi vì với sự ra đời của các IC tốt, giá rẻ, có rất ít nhu cầu nữa. Ngoại trừ việc học. Những cuốn sách cũ thường là nơi duy nhất bạn tìm thấy thông tin này, thật đáng buồn.

— jonk

3

Trên thực tế, bộ khuếch đại lớp B không có sai lệch cơ sở. Sự thiên vị xảy ra ở lớp AB. Nhưng bạn có thể thiên vị cơ sở theo nhiều cách.

Nếu bạn đang sử dụng op amp giống như trong ảnh, bạn chỉ có thể sử dụng phản hồi. Nó làm cho đầu ra bằng với đầu vào, giống như bộ đệm nhưng với tầng công suất.

sơ đồ

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Bạn cũng có thể sử dụng hai nguồn điện áp.

sơ đồ

^{mô phỏng mạch này}

Bạn có thể sử dụng điốt và một nguồn hiện tại không đổi.

sơ đồ

^{mô phỏng mạch này}

{Tôi}_{r} = = \frac{V_{b e 2}}{R_{3}}

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

V_{B B} = = {Tôi}_{r} (R_{1} + R_{2} + R_{3}) = = V_{b e 2} (\frac{R 1 + R 2 + R 3}{R 3})

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

sơ đồ

^{mô phỏng mạch này}

GHI CHÚ: Điện trở R2 được điều chỉnh tốt.

— Francisco Gomes
nguồn

1

Không có bất kỳ điện trở phát nào trên các bóng bán dẫn đầu ra cuối cùng là một ý tưởng tồi ngoại trừ trong mạch đầu tiên của bạn. Ngay cả khi bạn điều chỉnh bù điện áp giữa các cơ sở để không gây ra dòng điện đầu ra không hoạt động nhiều, bạn vẫn yêu cầu chạy trốn nhiệt. Khi các bóng bán dẫn đầu ra trở nên nóng hơn, giọt BE của chúng giảm xuống. Điều này gây ra dòng tĩnh hơn với cùng độ lệch đầu vào. Điều đó gây ra nhiều nhiệt hơn, làm giảm BE thấp hơn ... vv

— Olin Lathrop

Bạn đúng. Tôi đã trả lời nó trên lý thuyết vì mạch thứ hai và thứ ba gần như không bao giờ được sử dụng. Mạch cuối cùng bạn có thể ghép cặp nhiệt Q1, Q2 và Q3 và nó giải quyết được sự thoát nhiệt.

— Francisco Gomes

2

lớp B được định nghĩa là góc dẫn 180 độ - vì vậy lớp B bị sai lệch so với điểm dẫn - nếu không thì lớp C thực sự của nó (đặc biệt là đối với các tín hiệu nhỏ). Các điện trở bộ phát là chìa khóa cho cả sự ổn định thiên vị và cho phép mỗi thiết bị tắt trong nửa chu kỳ ngược lại.

lớp AB là khi góc dẫn nằm trong khoảng từ 180 đến 360

— Đánh dấu Tillotson
nguồn