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Come evitare che la corrente fuoriesca dal fondo di questo amplificatore push-pull?

Questa è la migliore soluzione che possiamo darti, tuttavia, guardala attentamente e vedi se può essere adattata al tuo lavoro.

Soluzione:

Torniamo alle basi:

schematic

simulare questo circuito - Schema creato con CircuitLab

Stadio di uscita

Qui sopra è riportato un frammento del circuito nello schema precedente che stavate esaminando. ´V_testo{CC}=12:text{V}$ e si presume che l'uscita all'emettitore di $Q_1$ sia centrata a circa $6:text{V}$ e che l'oscillazione dell'uscita sia limitata a picchi che rimangano almeno $1,5:text{V}$ al di sopra o al di sotto dei binari. Quindi $6:text{V}pm 4,5:text{V}$ all'emettitore di $Q_1$. Questo dovrebbe essere in grado di superare $1:text{W}$ in un diffusore $8:Omega$.

La corrente di picco è $I_testo{PEAK}<570>:testo{mA}}$ nel diffusore. Poiché si suppone che questo sia un amplificatore di classe A, è importante che ci sia sempre un po' di Per mantenere la variazione di ´V_testo{BE}$ in ´Q_2$ a circa 30:´testo{mV}$, voglio che ´I_testo{MIN}=frac{I_testo{PEAK}}{e^frac{30:´testo{mV}}{V_T}-1}}circa 260:´testo{mA}}$. Chiamiamolo ´I_testo{MIN}=250:text{mA}}. Questo è il minimo per questa classe-A. So $I_text{MAX}=250:text{mA}+570:text{mA}=820:text{mA}$. Si tenga presente che stiamo parlando esclusivamente della corrente di collettore per $Q_2$. Per implicazione, la corrente di emettitore di ´Q_1´$ avrà gli stessi minimi e massimi, solo che saranno sfasati rispetto a quelli di ´Q_2´$.

La somma delle due correnti di collettore sarà $250:text{mA}+820:text{mA}=1,07:text{A}$ (come si vedrà in seguito, questa somma è abbastanza costante, così come la somma delle due correnti di base). Dato un NPN come il D44H11, avevo calcolato che $betage 90$ per $Q_1$ e $Q_2$. Quindi la corrente di base per entrambi i BJT di uscita, sommata, è risultata pari a circa 12:text{mA}$.

Ciclo di avvio

´R_2´$ viene trasformato in una sorgente di corrente dal ciclo di bootstrap. (Possiamo assumere che la $V_testo{BE}$ di $Q_1$ sia approssimativamente fissa (come una batteria) per tutto il funzionamento dell'amplificatore. Possiamo anche assumere che la tensione su $C_1$ sia approssimativamente fissa (di nuovo, come una batteria).

Quindi, percorrere l'anello usando KVL partendo dall'uscita. Deve essere il caso che $V_testo{OUT}+V_{C_1} + V_{R_2}+V_text{BE}=V_text{OUT}$. Ma questo significa che $V_{R_2}=--sinistra(V_{C_1} + V_testo{BE}destra)$ e poiché il lato destro dell'equazione è fisso allora è necessario che la tensione su $R_2$ sia fissa. E questo significa che la corrente in $R_2$ è fissa. Pertanto, abbiamo una corrente costante in $R_2$.

Q.E.D.

Dato che la tensione su $C_1$ sarà la metà della tensione di alimentazione e che la $V_text{BE}$ di $Q_1$ sarà di circa $700:text{mV}$, posso calcolare che la tensione su $R_2$ è di circa 5,3:text{V}$. Data la somma della corrente di base necessaria, come indicato nella sezione precedente, ho deciso che mi serviva almeno un altro $1:text{mA}$ (ma anche di più), quindi ho calcolato che $R_2=frac{5,3:text{V}}{13:text{mA}}circa 407:Omega$. L'ho arrotondato per difetto (più corrente è meglio) al vicino $R_2=390:mega$.

Con oltre 1:{mA}$ rimanente dopo aver sottratto le correnti di pilotaggio della sezione di uscita, e sapendo che la ´V_testo{BE}$ di ´Q_2$ ha bisogno di circa 700:´testo{mV}$, ho impostato ´R_1=560:´Omega$. Vorrei non più basso di questo. Ma potrei anche provare ad aumentare di un gradino $R_1=680:Omega$, senza battere ciglio. In effetti, ripensandoci ora, probabilmente preferirei $R_1=680:mega$. Ma uno di questi due valori andrebbe bene.

Un'ultima nota su questo tipo di bootstrapping. È molto bello perché è un metodo molto semplice per creare un'alimentazione a corrente costante semplicemente riorganizzando le parti che si usano comunque. Tuttavia, la corrente costante attraverso $R_2$ passa attraverso il diffusore. Pertanto, si crea una corrente di biasing in corrente continua nel diffusore. Potremmo desiderare che non sia così, ma è un prezzo da pagare per questa soluzione.

Splitter di fase

Abbiamo una sorgente di corrente sul collettore di $Q_3$ dove il valore di $R_2$ stabilisce la sorgente di corrente per il collettore di $Q_3$ e la base di $Q_1$. Dopo aver sottratto la corrente di base di $Q_1$, ciò che resta è quindi guidata attraverso l'emettitore di $Q_3$ e, dopo aver sottratto la corrente di base di $Q_2$, produce una tensione attraverso $R_1$.

Penso che possiate capire l'ovvio. In effetti, le correnti di collettore di $Q_1$ e $Q_2$ sono sfasate tra loro ma coprono lo stesso intervallo. La loro somma è quindi una costante relativa. Pertanto, anche la somma delle loro correnti di base è una costante relativa.

Ciò implica che la corrente costante di $R_2$, dopo aver sottratto la somma delle correnti di base di $Q_1$ e $Q_2$, lascerà una corrente relativamente costante per $R_1$. Possiamo quindi prevedere approssimativamente un valore per $R_1$, come fatto in precedenza.

Tuttavia, e questo è importante, la tensione su $R_1$ non è esattamente costante. La variazione sarà solo quella necessaria per muovere $Q_2$ attraverso il suo progettato variazione di corrente del collettore. (Mentre si va avanti nella lettura, si può anche ricordare il motivo per cui era importante, come già detto, limitare questa variazione).

Dalla fase di progettazione precedente abbiamo ´30$:´testo{mVpp}´ per ´Q_2´. Ho scelto questo punto di funzionamento ignorando completamente le resistenze ohmiche. Queste sono importanti. Per ora, raddoppio a caso la variazione stimata in precedenza su $R_2$. Quindi circa 60:text{mVpp}$ di variazione su $R_1$.

Che dire della base di ´Q_3´? Aspettatevi altri 30:´testo{mVpp}$ da aggiungere ai 60:´testo{mVpp}$ previsti per ´Q_2$ (la corrente di collettore di ´Q_3$ sta subendo variazioni analoghe).

Questo è il motore di $Q_3$. L'intera sezione di uscita e lo splitter combinati devono essere pilotati da un segnale di tensione che non può variare più di $100:text{mVpp}$. Sappiamo anche che il centro di questa tensione deve essere approssimativamente di due $V_text{BE}$, giusto? Questo significa $1,4:text{V}$ o giù di lì.

Quindi $V_testo{DRIVE}=1,4:testo{V}pm 50:testo{mV}}. Inoltre, avremo bisogno di una corrente di base di picco per $Q_3$ di forse $60:mutext{A}$. Per sicurezza, ipotizziamo un caso peggiore di ´100´:´mu´text{A}´.

NFB

Questa parte è relativamente banale. È solo un divisore AC di base che, in corrente continua, passa semplicemente l'uscita con un guadagno di 1. Ma in corrente alternata passa solo una parte divisa dell'uscita.

È un segnale di tensione. Così com'è, dovremmo aspettarci un guadagno di circa $vert A_vrvert $circa 15$. Ma questo lo vedremo più avanti. (In realtà impostato il guadagno a 15 e poi ho calcolato i valori delle resistenze in un secondo momento, come si vedrà più avanti).

Aggiunta dello stadio PNP

Quindi. Abbiamo un NFB pronto per l'uso e la necessità di un segnale DRIVE.

Ora possiamo considerare il nuovo circuito.

schematic

simulare questo circuito

Si presume che l'uscita dell'amplificatore sia già in grado di pilotare $600:text{mA}$. Quindi sarà perfettamente in grado di pilotare l'emettitore del PNP aggiunto, $Q_4$. Il segnale d'ingresso, molto più debole, non può pilotare così tanto (per ipotesi), quindi lo alimentiamo alla base di $Q_4$.

La corrente di collettore di $Q_4$ deve alimentare la base di $Q_3$ e vogliamo che questa sia rigida Quindi la corrente di collettore di $Q_4$ è determinata in $1:text{mA}$ (dato che prima abbiamo messo da parte $100:mutext{A}$ per il caso peggiore di base di $Q_3$). Sappiamo anche che vogliamo circa $1,4:text{V}$ alla base di $Q_3$. (Questo significa che la resistenza di collettore di $Q_4$ è impostata sul valore standard che vedete sopra.

Dato ´4,5:text{Vp}´ per l'uscita e un guadagno di 15, sappiamo che il segnale di ingresso deve essere ´V_text{IN}´le 300:text{mVp}´. Oppure $600:text{mVpp}$. A causa dell'effetto Early sui BJT, voglio mantenere al minimo la variazione di $Q_4$ di $V_text{CE}}$. Ma l'emettitore seguirà la base. Ho quindi deciso di impostare il centro (quiescente) $V_text{CE}$ di $Q_4$ a $3:text{V}$ o più. Ma dato il stretti spazi qui (non c'è molto spazio per la tensione), ho deciso di accontentarmi di $V_{text{CE}_{text{Q}}=3:text{V}$ per $Q_4$.

Dato questo, e sapendo che devo ancora ottenere $1:text{mA}} dall'uscita per alimentare l'emettitore di $Q_4$, imposto $R_3$ come vedete. (Da questo, e conoscendo un guadagno di 15, si è ottenuto il valore di $R_4$).

Potresti aver scelto un $V_{text{CE}_{text{Q}}$ diverso da quello che ho scelto io per $Q_4$. Forse l'hai impostato ancora un po' più in alto. O più basso. Anche questo andrebbe bene. Ma questa è la cifra che ho scelto. Stavo solo facendo un progetto il più velocemente possibile (il cervello si muoveva più velocemente) e non volevo perdere tempo a fare considerazioni secondarie (ce ne sono alcune).

Questo è tutto quello che c'era da fare. L'unica cosa che rimaneva da fare era capire la tensione di base a riposo per $Q_4$ (banale) e trovare una disposizione dei divisori.


Note sul guadagno

Ignorando il $Q_4$, il guadagno ad anello aperto dell'amplificatore deriva dalla conversione di circa $100:text{mVpp}$ in circa $9:text{Vpp}$ -- circa $A_{VOL}=90$ (il valore effettivo potrebbe essere un po' più alto perché ho arrotondato per eccesso l'oscillazione dell'ingresso). Ma ´Q_4´ è anche quello che può essere visto come un amplificatore CE (guardate il carico dell'emettitore rispetto a quello del collettore). In questo caso, ho calcolato ´r_e´ circa 26´:´Omega´´ (a temperatura ambiente) e ´100´:´Omega´´ medio 1,5´:´testo{k}´Omega´´ circa 94´:´Omega´´. So $A_{VOL}=90cdotfrac{1.5:text{k}Omega}{94:Omega+26Omega=120:Omega}=1125$.

Quindi il guadagno in anello chiuso dovrebbe essere $frac{1125}{1+frac{100:Omega}{1,5:text{k}Omega+100:Omega}cdot 1125}= 15,8$.

(Tutto ciò suggerisce che l'input dovrebbe essere mantenuto a meno di circa 250:text{mVp}}$ piuttosto che ai 300:text{mVp}}$ originariamente menzionati, e forse solo un po' meno).

Un'altra questione da considerare si rivelerà un dettaglio minore. A causa della vicinanza della grandezza di $r_e$ rispetto a $R_4$, il suddetto guadagno ad anello aperto dipende dalla temperatura. È improbabile che $Q_4$ si auto-riscaldi molto, ma le variazioni ambientali possono essere ampie. In un intervallo compreso tra $-20:^circulazionetesto{C} e $+40:^circolazionetesto{C}, $22:megale r_ele 27:mega\. Chiunque abbia familiarità con la potenza dell'NFB si renderà immediatamente conto che alla fine questo non avrà molta importanza (il guadagno ad anello aperto può andare da 1115 a circa 1165). Il guadagno in anello chiuso sarà comunque solido. Provate voi stessi a fare i calcoli e vedrete.


Aggiornamento

Ho aggiornato lo schema finale di cui sopra. Avevo completamente dimenticato la necessità di forzare un roll-off ad alta frequenza. Ho aggiunto $C_3$ con un valore nominale che credo sia ragionevolmente posizionato. Anche le resistenze ohmiche in $Q_1$ e $Q_2$ dovrebbero essere gestite e sarebbe utile anche una limitazione di corrente. Ma il polo di compensazione è indispensabile. Quindi è stato aggiunto ora.

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