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Anello di retroazione della coppia Sziklai

Ciao, abbiamo la soluzione a quello che stavi cercando, scorri verso il basso e la troverai di seguito.

Soluzione:

¨Q3 spinge la corrente attraverso R2 circa il guadagno di corrente di Q3 per la corrente di base di Q3.

La corrente di base di Q3 è la corrente di collettore di Q6, che è circa il guadagno di corrente per la corrente di base di Q6.

La corrente di base di Q6 dipende dalla differenza di tensione tra la base di Q6 e l'emettitore di Q6.

La tensione sull'emettitore di Q6 dipende dalla quantità di corrente che Q3 spinge attraverso R2. Questo è il modo in cui la corrente di collettore di Q3 influisce su se stessa attraverso due transistor, l'anello di retroazione. A basse frequenze la retroazione è negativa, la tensione al collettore di Q3 seguirà quella immessa alla base di Q6.

L'idea applicativa di questo circuito è quella di realizzare un emitter follower potenziato (cercate emitter follower, è una delle applicazioni più elementari dei transistor). Un emitter follower a singolo transistor viene potenziato con l'aggiunta di un altro transistor, nel vostro caso il componente aggiuntivo è Q3. Il risultato è come un emitter follower a singolo transistor che contiene un transistor a guadagno di corrente molto elevato, il guadagno di corrente effettivo può essere di migliaia o decine di migliaia.

Purtroppo la non idealità dei transistor rende complesso il comportamento del circuito. Un esempio:

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La tensione di uscita al NODE2 dovrebbe seguire la tensione di ingresso con una differenza di circa 0,6V. La tensione di ingresso (blu) scende da +6V a +4V con un passo di -2V. Ci si potrebbe aspettare che la tensione di uscita (gialla) scenda altrettanto ma con una rampa dovuta alla lentezza dei transistor. Invece si nota un breve picco verso l'alto prima della caduta prevista.

Ho visto la stessa cosa anche con l'oscilloscopio. Devo ammettere che l'applicazione di impulsi veloci è stata un capriccio senza l'intenzione originale di amplificare impulsi veloci con amplificatori a retroazione multistadio, quindi questo esempio è solo teorico.

Le oscillazioni ad alta frequenza si verificano se i transistor possono gestire frequenze così elevate che il cablaggio (induttanza, capacità) e le capacità di giunzione all'interno dei transistor causano uno sfasamento tale che la retroazione inizia a essere positiva. Questo può accadere facilmente se ci sono lunghi cavi di segnale non accoppiati o se il circuito è costruito su una breadboard.

Un esempio:

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La curva è la tensione sul resistore. Il circuito oscilla alla frequenza di risonanza del circuito LC. Non c'è un circuito di retroazione risonante RF intenzionale, ma solo qualcosa che è possibile con lunghi cavi di segnale in ingresso. L'ampiezza dell'oscillazione non raggiunge la piena tensione di alimentazione perché la perdita nella giunzione BE del transistor NPN è un efficace limitatore di ampiezza per il circuito risonante.

AGGIUNTA dovuta ai commenti (che hanno iniziato a trasformarsi in tentativi di trovare errori e sono stati parzialmente cancellati per questo motivo)

Il Darlington emitter follower è anche un amplificatore di retroazione a 2 stadi. Il percorso di retroazione non è ovvio come nella coppia di Sziklai, dove esiste un filo dal carico all'emettitore del transistor NPN. L'emettitore può essere visto come il secondo ingresso del primo stadio di amplificazione.

Nell'inseguitore di emettitore il terminale di uscita è lo stesso del secondo ingresso del transistor, non è necessario alcun filo, ma l'effetto è = retroazione, come altri cercano di dimostrare con le equazioni. La corrente di ingresso dipende dalla tensione di uscita. La coppia Darlington di emitter follower ha 2 emitter follower in cascata. La tensione di uscita influisce anche sulla corrente di ingresso del 1° transistor perché dipende dalla tensione alla base del 2° transistor che è la somma della tensione di uscita e della caduta di tensione nella giunzione BE del 2° transistor.

Con un circuito di ingresso reattivo, una coppia darlington emitter follower oscilla come la coppia Sziklai:

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Ho illustrato molto di ciò che è stato detto nelle risposte e nei commenti precedenti e l'ho ampliato con alcune mie riflessioni.

Coppia Sziklai visualizzata

1. Transistor composto. Il transistor n-p-n e il transistor p-n-p collegati in questo modo formano un transistor n-p-n composto T (in blu). Possiamo pensare a questa combinazione come a un transistor n-p-n "debole" "aiutato" da un "fratello" più forte oppure, in termini di circuiti elettrici equivalenti, come a due sorgenti di corrente in parallelo. Con un po' più di immaginazione, si può ricordare la pompa di corrente di Howland in cui un'altra sorgente di corrente "d'aiuto" è collegata in parallelo alla sorgente di corrente d'ingresso imperfetta.come un resistore negativo INIC..

2. Seguace "emettitore". Una volta accettato che si tratta di un singolo transistor, vediamo che qui è collegato nel noto circuito di un inseguitore di emettitore. Esso copia, mediante il principio della retroazione negativa (il piccolo diagramma a blocchi), la tensione d'ingresso VIN sul carico RL come segue:

La tensione di uscita VE viene confrontata con la tensione di ingresso nel modo più semplice possibile: collegando in serie le due sorgenti di tensione contrarie. Quindi le loro tensioni vengono sottratte secondo KVL.e il risultato viene applicato all'ingresso dell'amplificatore (giunzione base-emettitore). Si noti che le tensioni confrontate sono collegate a terra mentre l'ingresso, dove appare il risultato, è flottante. Il sottrattore (in giallo nello schema a blocchi) è realizzato a costo zero; è solo un anello.un pezzo di filo.

Quando modifichiamo (ad esempio, aumentiamo) la tensione di ingresso VIN muovendo il cursore del potenziometro, il transistor T di Sziklai reagisce a questo "disturbo di ingresso". Inizia ad aumentare la sua corrente di "emettitore" attraverso il carico RL e, di conseguenza, la tensione di uscita VE attraverso di esso, fino a raggiungere l'equilibrio (con VBE inferiore a VIN). Questo è, a grandi linee, il meccanismo di questo tipo di feedback negativo chiamato "degenerazione dell'emettitore".

3. Diodo attivo. Proviamo ora a vedere un'altra retroazione negativa (interna). Ricordiamo il cosiddetto "diodo attivo" che sfrutta un doppio tipo di retroazione negativa. In questo caso l'uscita (parte collettore-emettitore) è collegata in parallelo all'ingresso (giunzione base-emettitore); si tratta semplicemente di un transistor il cui collettore è collegato alla base.

Possiamo quindi notare che nella configurazione di Sziklai esiste una connessione di questo tipo (rete di retroazione negativa) tra il collettore e la base del transistor di uscita.e questa è la parte collettore-emettitore del primo transistor. Si scopre che quando il transistor di ingresso è vicino alla saturazione, agisce come una rete di retroazione (come un filo) che trasmette le variazioni di tensione del collettore alla base. Come risultato di questa retroazione negativa, il transistor di uscita non sarà mai saturo (sarà sempre in modalità attiva).

Naturalmente, in questa applicazione a inseguitore di emettitore, il transistor di ingresso non è mai saturo.ma in altre applicazioni in cui il suo emettitore è saldamente collegato a una tensione fissa (stadio a emettitore comune), può essere saturo.

La coppia di Sziklai (nota anche come Complimentary Feedback Pair o CFP) è la forma più semplice (e probabilmente più incompresa) di amplificatore a retroazione di corrente.

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Q1 è lo stadio di ingresso (cioè il "sostituto" nel solito schema dell'anello di retroazione). La sua base b1 è mantenuta alla tensione d'ingresso v(b1) da qualsiasi circuito la piloti.

La retroazione di corrente avviene attraverso Q1. Se la tensione di uscita v(out1) è troppo bassa rispetto alla tensione di ingresso v(b1), la corrente del collettore di Q1 aumenta. Se v(out1) è troppo alta, la corrente del collettore di Q1 diminuisce. Quindi il nostro "stadio di ingresso" ha un ingresso positivo (Q1 base b1), un ingresso negativo (Q1 emettitore out1) e un'uscita (corrente del collettore Q1). Ha anche una tensione di offset Vbe incorporata, ma questo è importante solo in corrente continua, non per l'analisi della stabilità dell'anello di retroazione in corrente alternata, né per il calcolo delle impedenze di ingresso/uscita, ecc.

L'ingresso positivo è ad alta impedenza e l'ingresso negativo è a bassa impedenza, che è uno dei criteri di definizione di un "opamp" a retroazione di corrente. Un opamp a retroazione di tensione, in confronto, avrebbe un'alta impedenza di ingresso su entrambi gli ingressi.

A piccolo segnale, l'uscita di Q1 (la sua corrente di collettore) è $ g_m ( v_{b_1} - v_{out_1} ) $ con gm che è la transconduttanza di Q1.

Q2 amplifica la corrente di collettore di Q1 in base al suo guadagno di corrente hFe e la invia in uscita al nodo out1. L'uscita di questo circuito a due transistor è quindi una corrente che è la somma della Ie di Q1 e della Ic di Q2.

Il carico R11 converte la corrente di uscita in una tensione di uscita, che chiude il circuito ed è collegata al carico.

Quindi il nostro anello di retroazione è:

v(out1) -> feedback di corrente attraverso Q1 -> Ic(Q1) -> Q2 -> Ic(Q2) -> carico -> v(out1)

Si noti che ho aggiunto il resistore R12 che aumenta la corrente attraverso Q1. Questo aumenta la sua gm (quindi il guadagno del loop) e rende più veloce lo spegnimento di Q2.

Ora, ho appena detto che l'ingresso negativo del nostro stadio d'ingresso (l'emettitore di Q1) prende la tensione come ingresso mentre si tratta di un amplificatore operazionale a retroazione di corrente? Certo! Quindi dividiamo mentalmente Q1 in due parti: nello schema sottostante Q1 è ora un transistor bipolare ideale con transconduttanza infinita, guadagno infinito, ecc. e R13 è la sua resistenza interna di emettitore che è 1/gm, ovvero circa 13 ohm a 2mA Ic:

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A questo punto è più facile capire che la retroazione avviene tramite la corrente attraverso R13. Ma R13 non esiste come resistenza sul nostro circuito stampato, è all'interno del transistor, proprio come il nodo "e" su questo schema. L'effettivo pin di ingresso negativo del nostro stadio di ingresso è l'emettitore di Q1, ovvero il nodo out1, che accetta la tensione come ingresso.

Questo circuito è incredibilmente semplice e fa venire il mal di testa.

Se si desidera, è possibile aggiungere una resistenza di emettitore a Q1. Il resistore sarà in serie con la resistenza di emettitore interna e quindi diminuirà la sua gm, abbassando il guadagno dell'anello; il resistore ha lo stesso ruolo del resistore di retroazione usato per cablare un opamp con retroazione di corrente come un seguace a guadagno unitario:

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(Si noti che l'opamp in questo diagramma ha lo stesso simbolo di un opamp a retroazione di tensione, che non richiede il resistore, il che può creare confusione).

.e se volete un guadagno di 2 con il vostro opamp a retroazione di corrente, potete farlo anche voi:

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R11 è il carico, R14-R15 è la rete di retroazione, "e" è l'ingresso negativo dell'"opamp".e la tensione di uscita v(out1) è circa il doppio della tensione di ingresso (modulo molto offset).

E.Possiamo trasformarlo in un opamp a retroazione di tensione? Certo, dobbiamo aggiungere un buffer per rendere l'ingresso negativo (che ora è la base di Q3) ad alta impedenza. Quello a sinistra sembra un opamp grezzo, quello a destra ha un offset enorme ma utilizza lo stesso principio di retroazione in tensione.

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Modifica per LvW:

Questo è un opamp a retroazione di corrente semplificato con uno stadio di uscita quasi rail to rail (emettitore comune). È un circuito "pratico" solo per gli audiofili, poiché è stato privato di molte cose utili come il guadagno ad anello aperto, la compensazione, ecc.e non ha un controllo del bias, per cui si verificherebbe una fuga termica a meno che i transistor di uscita non siano FET laterali.

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I Q4/Q5 effettuano il bias dello stadio d'ingresso Q1/Q3 che funziona in retroazione di corrente tramite il resistore Rf. Si tratta della stessa struttura di ingresso a "diamante" di molti opamp a retroazione di corrente. Poi Q2/Q6 forniscono il guadagno di corrente. Un vero opamp con uno stadio di uscita rail to rail a emettitore comune sarebbe ovviamente più complicato, ma l'idea di base è questa: Q1/Q2 e Q3/Q6 sono due coppie di Sziklai. Rimuovendo una delle coppie, ad esempio Q3/Q6, si ritorna allo Sziklai originale e l'uscita non è in grado di assorbire corrente, ma si tratta comunque di un opamp CFB.

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