Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Stopień końcowy na tranzystorach, klasa A

XaFFaX 18 Wrz 2008 21:56 2660 20
  • #1 18 Wrz 2008 21:56
    XaFFaX
    Poziom 20  

    Witam!
    Chciałem zrobić stopień końcowy do przedwzmacniacza, w klasie A (żeby było jak najprościej i jak najmniej zniekształceń), tak, żeby mogł bez większych problemów pociągnąć słuchawki.

    Wykombinowałem takie coś:
    Stopień końcowy na tranzystorach, klasa A

    Rezystor R8 to 'symulacja' ;) impedancji wyjściowej poprzedniego stopnia, wiadomo, że nie będzie taka wielka, ale im wiecej tym 'trudniej' więc tak zostawiłem, R7 to słuchawki, reszta chyba wiadomo ;).

    Wg symulacji układ ten ma taką oto charakterystykę:
    Stopień końcowy na tranzystorach, klasa A

    Ma to być prosty, dwustopniowy wtórnik napięciowy/wzmacniacz prądu na tranzystorach. W symulacji wygląda pięknie (pasmo ok, steruje spokojnie 32 Omy, THD ok. 1%, w paśmie ma ok. -0.35 dB, ale mocy wciąga sporo - ok. 1W :D ), ale jako, że symulacjom lepiej nie wierzyć :) pomyślałem, że zapytam czy aby na pewno zadziała to tak jak symulacja podaje.

    Chciałbym również wiedzieć, czy można jakoś ten układ 'udoskonalić' (ale tak, żeby nie był za bardzo skomplikowany :P chodzi mi głównie o inne wartości elementów ew. inne tranzystory lub sposób połączenia), żeby np. uzyskać chociaż minimalne wzmocnienie napięcia (1-2dB), żeby układ pobierał nieco mniej mocy :) no i dobrze by było, jakby można było użyć niższego napięcia zasilania (np. 9V). Nie wiem tylko czy to się da zrobić :P. Projektowanie układów na elementach dyskretnych niestety nie wychodzi mi najlepiej :(.

    0 20
  • #2 20 Wrz 2008 09:52
    XaFFaX
    Poziom 20  

    Czyżby podany przeze mnie układ był TAK beznadziejny :P, że nikt nie chce odpowiedzieć :( ? No bo chyba nie jest jakiś mega skomplikowany :P.

    0
  • #3 20 Wrz 2008 11:34
    jony
    Specjalista elektronik

    Mnie osobiście martwi tylko mały prąd pierwszego wtórnika i ogólnie niezbyt dobrze dobrany punkt pracy.
    I zobacz sobie na przykładowe schematy:
    Stopień końcowy na tranzystorach, klasa A

    Typowy schemat wzmacniacza audio
    Stopień końcowy na tranzystorach, klasa A
    Stopień końcowy na tranzystorach, klasa A

    0
  • #4 20 Wrz 2008 11:38
    XaFFaX
    Poziom 20  

    Prawdę mówiąc widziałem większość schematów, które podałeś :) (zanim zrobiłem ten swój to szukałem na forum) i są one dość skomplikowane prawdę mówiąc... Chodzi mi o jak najmniejszą ilość stopni, a co za tym idzie tranzystorów, rezystorów itp. Dlatego zrobiłem własny. Chcę tylko wiedzieć, czy to działa jak symulacja podaje...

    0
  • #5 20 Wrz 2008 11:54
    jony
    Specjalista elektronik

    Działać będzie. Ale może niech kolega zmniejszy rezystory:
    R1=1K; R3=39K i R4=47K i już można zaczynać praktyczne eksperymenty.
    A te schematu które pokazałem dodatkowo wzmacniają sygnał.

    0
  • #6 20 Wrz 2008 12:22
    XaFFaX
    Poziom 20  

    Dzięki za podpowiedź! Troche zmieniłem układ - m. in. tranzystor, w ogóle eksperymentowałem z różnymi, zostało na tym (BC549), czytalem jego notę podobno to jakiś nisko-szumny (chyba, że ktoś może polecić jeszcze jakiś lepszy). Jednak teraz znowu nie wiem czy wierzyć symulacji czy nie :( otóz z podanymi wartościami rezystorów (R1=1K; R3=39K i R4=47K) miałem ~ 10% THD na wyjściu :( (się z sinusa zrobił prawie trójkąt :P ), wieć 'pomieszałem' ;) troche rezystorami, i z tymi na schemacie mam ~ 0.5% THD @ 20kHz (na niższej f jeszcze mniej). No ale (jak już pisałem) to tylko symulacja, więc nie wiem, jak będzie lepiej w reczywistości - tak jak mam teraz, czy wg wcześniejszych zaleceń?

    Schemat:
    Stopień końcowy na tranzystorach, klasa A

    0
  • Pomocny post
    #7 20 Wrz 2008 15:12
    jony
    Specjalista elektronik

    Teraz czas na praktyczne próby. Tylko wywal ten kondensator C4.
    I wypróbuj działanie z R1=1K; R3=39K i R4=47K jak i R1=510; R3=39k; R4=68K. Bo nie kupisz rezystor 70K czy też 500
    A tu wersja która wzmacnia
    Stopień końcowy na tranzystorach, klasa A
    Wzmocnienie regulujesz rezystorem R51.

    I jak zastosujesz tranzystory niskoszumne to nie znaczy ze będzie mało szumieć. I pamiętaj o mocy strat na Q2 i R5

    0
  • #8 20 Wrz 2008 16:51
    XaFFaX
    Poziom 20  

    Zrobiłem symulację wg zaleceń i jedynie w przypadku podanym na schemacie jest wzmocnienie napięcia (ok. 11dB) w pozostały podanych w poście mam -8dB i -2.4dB (jak dobrze pamiętam, więc niezły tłumik :) albo symulator jest do d... ;) ).

    W każdym razie zrobiłem modyfikację układu ze schematu (wywaliłem R51 i kondensator z nim oraz zmieniłem rezystor w kolektorze na 150Om) i jest ładnie: 2.5dB wzmocnienia i baardzo małe zniekształcenia (<1% THD @ 20kHz), ALE układ ma jedną 'małą' wadę - ma baaardzo małą impedancję wejściową :). Jeżeli dobrze myślę jak to można zmierzyć to wynosi ona tylko 1.7kOm (wpiąłem ze źródłem napięcia rezystor szeregowo, i zmieniałem wartość aż napięcie spadło o połowę, było to przy 1.7kOm), co nie jest za dużą wartością... No ale wiem, że takie proste wzmacniacze tak działają - im większe wzmocnienie napięcia tym mniejsza Zwe.

    Jeżeli chodzi o moc strat to też mierzyłem - na R5 i tranzystorze jest chyba coś ok. 0.5W, więc rezystor 2W się weźmie, a tranzystor myślę, że wytrzyma to spokojnie (ew. dostanie kawał jakiejś blachy, jako radiator ;) ).

    Tak czy inaczej dzięki za pomoc - może zbuduje oba warianty 'na pająka' ;) i zobacze jak sie zachowują i ten co będzie lepszy zrobie już na płytce.

    0
  • #9 20 Wrz 2008 18:46
    jony
    Specjalista elektronik

    Coś nie podobają mi się wyniki tych twoich symulacji.
    Po pierwsze te układ nie mogą tłumic tyle co ty obliczyłeś.
    Po drugie układ z tego schematu
    Stopień końcowy na tranzystorach, klasa A
    Po usunięciu R51 i kondensatora i zamianie Rc na 150 układ będzie miał takie parametry:
    Z szacunkowych obliczeń wychodzi:
    Zakładamy że hfe2 (β) dla BD139 wynosi 100 a dla BC Hfe1=200
    Rezystancja wejściowa Q2 wynosi:
    Rwe2=hfe2*(R5||R7)≈2.3KΩ
    Więc wzmocnienie tranzystora Q1 wyniesie
    Ku1=(Rc||Rwe2)/Re=(150Ω||2.3KΩ)/100Ω=140Ω/100Ω=1.4[V/V]≈3dB (jak widać sam układ możne dać takie wzmocnienie).
    Teraz obliczmy rezystancje wejściową wzmacniacza:
    Rwe1=R3||R4||(hfe1*Re)=12KΩ||2.2KΩ||(200*100Ω)≈1.7KΩ
    I ta rezystancja z rezystancją wewnętrzna źródła sygnału tworzy dzielnik napięć który zmniejszy wzmocnienie o :
    Ku2=Rwe1/(R8+Rwe1)=1.7KΩ/(1KΩ+1.7KΩ)=0.629
    Więc wzmocnienie całego wzmacniacza wyniesie:
    Kuf=Ku1*Ku2=0.629*1.4=0.881[V/V]=-1dB
    A multisim 10 pokazuje 0.85[V/V] -1.4dB
    Jak już chcesz mieć tak małe wzmocnienie to zrób tak.
    R4=4.7K; R1=220; Rc=470 i nie montuj R51 ani kondensatora.

    0
  • #10 20 Wrz 2008 19:30
    XaFFaX
    Poziom 20  

    Ja tam widzę, że wszystko co napisałeś się zgadza :P (i potwierdza co ja posałem ;) ) - zgodnie z obliczeniami wyliczyłeś, że Zwe jest równa 1.7kOm, co własnie napisałem w poście wcześniej :) (na dodanym rusunku poniżej widać to), ja powiedziałem, że mi wychodzi wzmocnienie układu równe 2.5dB, a tobie wyszło z obliczeń 3dB :), dla mnie ok ;). Poza tym, ja jak 'podczepiałem' Bode Plotter (to co rysuje charakterystykę częstotliwościową) nie brałem pod uwagę rezystora R8, bo on jest mi tylko potrzebny do oszacowania Zwe, a nie, żeby mi wpływał na wzmocnienie w charakterystyce. Dlatego zaczepiałem Bode'a zawsze za R8.

    Poniżej schemat jak 'zaczepiałem' mierniki i jakie jest pasmo wg Multisima.

    Stopień końcowy na tranzystorach, klasa A

    Stopień końcowy na tranzystorach, klasa A

    0
  • #11 21 Wrz 2008 00:15
    prezeswal
    VIP Zasłużony dla elektroda

    Mój symulator pokazuje coś takiego:
    Stopień końcowy na tranzystorach, klasa A

    charakterystyka częstotliwościowa:
    Stopień końcowy na tranzystorach, klasa A

    przebiegi Uwe i Uwy:
    Stopień końcowy na tranzystorach, klasa A

    Impedancję wejściową Zwe (a dokładniej: rezystancję Rwe) można - moim zdaniem - zwiększyć zwiększając R3 i R4 (sprawdzę to). Poza tym punkt pracy tranzystorów jest - jak dla mnie - dziwnie ustalony (9,4V na emiterze Q2 ? ). Sprawdzę, co będzie przy innym dzielniku R3/R4.
    Pozdrawiam.

    ps. już sprawdziłem, zobacz sam, co się stanie, gdy zwiększysz R4 do 6,8k i R3 do 22k :D

    0
  • #12 21 Wrz 2008 01:11
    XaFFaX
    Poziom 20  

    Hehe, dzięki za posta! Sprawdziłem zaleconą wartość i faktycznie wygląda, że jest lepiej :). Powiem więcej - zacząłem eksperymentować z wartościami R3 i R4 (zwiększając je, ale zachowując stały stosunek R3/R4=1.71) i co się okazało - albo Multisim zwariował :D (mam nadzieję, że nie ;) ), albo dla R3=120k i R4=70k jest IDEALNIE :D. Wzmocnienie na poziomie 2.5dB, zniekształcenia przy 1.3V na wyjściu @ 20kHz = 0.6%, impedancja (rezystancja :P ) wejścia 17.8k. Dla większych idzie już niestety do góry THD i szybko jest powyżej 1%... Mam tylko nadzieję, że tak faktycznie będzie jak się to zbuduje...

    A co do punktu pracy 2go tranzystora: chyba się inaczej tego nie da zrobić (w sensie zbudować wtórnika emiterowego inaczej), można tylko regulować rezystancję w emiterze, ale jak się ją zwiększy no to wtedy wydajność prądowa spadnie (o ile się nie mylę) i wtedy nie pociągnie słuchawek. A inaczej nie da sie chyba zmienić potencjału na emiterze... Zresztą, dla mnie może tam być nawet 100MV :P byleby działalo :D.

    Schemat:
    Stopień końcowy na tranzystorach, klasa A

    0
  • #13 21 Wrz 2008 01:21
    jony
    Specjalista elektronik

    XaFFaX napisał:
    Mam tylko nadzieję, że tak faktycznie będzie jak się to zbuduje...

    Hehe, to się kolega zdziwi, bo widzę ze kolega dalej nie rozmowie jak to wszystko ma poprawnie działać.

    0
  • #14 21 Wrz 2008 01:28
    XaFFaX
    Poziom 20  

    Nie tyle może nie rozumie :P co nie chce mu się liczyć małosygnałówki dla tranzystora :P i zakłada, że symulacja (chociaż mniej więcej) dobrze podaje :D. Przypuszczam, że pewnie za mało prądu puszcza się teraz na tranzystor, więc to nie zadziała, ale w takim razie Multisim jest do piachu ;). Swoją drogą dlatego też pytam, bo (jak napisałem na początku) lepiej nie wierzyć symulacjom :).

    W ostateczności (zakładając, że się nie zmieni topologia układu) zmieni się wartości rezystorów i myślę, że będzie (jakoś :P ) działało.

    A pytając krótko - ta wersja, która jest teraz w moim poprzednim poście się nie nadaje do niczego :( ?

    0
  • #15 21 Wrz 2008 01:36
    jony
    Specjalista elektronik

    XaFFaX napisał:

    A pytając krótko - ta wersja, która jest teraz w moim poprzednim poście się nie nadaje do niczego :( ?

    No nie czemu? Wystarczy znaleźć tranzystory o dokładnie takim samym wzmocnieniu prądowym co w multisim'je i to wszystko.
    A R5 i napięcia na emiterze Q2 ma zasadniczy wpływ na maksymalną niezniekształconą amplitudę napięcia wyjściowego. Zresztą podobny wpływ na to ma spoczynkowe napięcia na kolektorze Q1. Dlatego oprócz analizy w dziedzinie częstotliwości prósze przeprowadzić analizę w dziedzinie czasu.

    0
  • #16 21 Wrz 2008 01:48
    XaFFaX
    Poziom 20  

    Napisałem właśnie wcześniej, że dla mnie (wg symulacji podkreślam to jeszcze raz) jest wszystko idealnie :). Wcześniej miałem taką 'niespodziankę', że podczas symulowania na 1kHz miałem niecały 1% THD a na 20kHz było 25% :D, teraz sprawdzałem (i tak jak zresztą pisałem), wszystko wydaje się być git - Rwe jest super (ok. 18k), pasmo ok (2.5dB), THD przy Uwy 1.3V @ 20kHz = 0.6%. Prawdę mowiąc nie wiem, co jeszcze możnaby sprawdzić w symulacji z rzeczy stosunkowo 'standardowych'. Sprawdziłem też THD dla 5kHz i 50Hz, wyszło (odpowiednio) 0.5 i 0.4%.

    A jeżeli coś jeszcze można sprawdzić w symulacji (w dziedzinie czasu lub czestotliwości) o czym może zapomniałem, albo nie wiem, to proszę napisać - sprawdzę.

    Ale to już jutro (dzisiaj, ale później :P ? ), trzeba się troche wyspać ;).

    0
  • #17 21 Wrz 2008 12:54
    prezeswal
    VIP Zasłużony dla elektroda

    Możesz jeszcze sprawdzić symetrię ograniczania sygnału wyjściowego w warunkach przesterowania przy różnych wartościach R3 i R4,
    Mnie wyszło, że dla wartości 22k/6,8k maksymalna amplituda Uwe to 1,8V (R8=0) . Powyżej tej wartości Uwe następuje ograniczanie Uwy - dla takich wartości R3/R4 - jest ono symetryczne. Dla innych wartości - sprawdź sam.

    ps. nie wiem, czy zauważyłeś, że sprawność tego wzmacniacza wynosi ok. 7% ( :!: ) przy maksymalnym wysterowaniu :D

    0
  • #18 21 Wrz 2008 13:16
    XaFFaX
    Poziom 20  

    Dla wartości, jakie podałem w poście wcześniej w warunkach przesterowania (2V RMS na wejściu) sygnał się przesterowuje na +2.15V i -2.49V :D, czyli troche niesymetrycznie :P (punkt pracy najpewniej nie jest idealnie na środku dla Q1), ale to chyba nie robi różnicy, jeżeli sygnał nie będzie tak duży na wejściu, żeby się przesterowywał.

    Co do sprawności to wiem, wiem :D wg tego co mi podaje Multisim moc pobierana z +12V to ok. 1.5W podczas gdy użyteczna @ 1.3V to 56mW na słuchawkach :D (czyli ten rezystor 32Omowy na końcu układu) to mi wychodzi (jeżeli dobrze liczę, czyli (Pużyteczna/Ppobrana)*100%) 56mW/1.5W=3.73% :D:D powiedziałbym, że jeszcze lepiej :P.

    EDIT: A dla warunków maksymalnego wysterowania to ja mam: Uwe=1.2V RMS, Vwy=1.59V RMS @ 1.9% THD (no można pojechać nawet do 10%, wtedy będzie jeszcze większa wydajność :P ), to jest jakies 79mW i to daje 5.27% :).

    0
  • Pomocny post
    #19 21 Wrz 2008 13:31
    prezeswal
    VIP Zasłużony dla elektroda

    Czyli mniej więcej - to samo.
    Skoro akceptujesz taką sprawność (wiem, wiem - coś za coś :D ), to powodzenia w dalszych symulacjach i .... w "realu" :!:
    Pozdrawiam

    0
  • #20 21 Wrz 2008 13:33
    XaFFaX
    Poziom 20  

    Hehe, dzięki :P ciekawy jestem, czy w rzeczywistości to tak zadziała. Jak będe miał troche czasu, to może zmontuje pająka i zobacze jak to wygląda :D. Tak czy inaczej - dzięki za pomoc i zainteresowanie!

    0
  • #21 21 Wrz 2008 14:32
    jony
    Specjalista elektronik

    Optymalizując układ pod względem Uwy_max teoretyczne przy R3=150Ω i Re=100Ω optymalny prąd kolektora Q1 wynosi ok
    Ic_opt=(Vcc-Uce_sat)/(2Rc+Re)≈27.5mA (dla Uce_sat=1V).
    A jeśli chodzi o stopię wyjściowy na Q2 to decydujące znaczenia ma tu
    spoczynkowe napięcie na emiterze i co za tym idzie prąd emitera Q2.
    Np. jeśli spoczynkowe napięcie na emiterze Q2 wynosi 8.8V.
    To maksymalna ujemna wartość napięcia nie przekroczy:
    -Uwy_max=Ue*RL/(Re+RL)=8.8V*32Ω/(80Ω+32Ω)=8.8V*0.285=-2.5V.
    Albo trochę inne spojrzenie -Uwy_max=Ie*(R6||R5)=110mA*22.8Ω=2.5V.
    Co da 1.7V RMS. Wynika z tego ze na wyjściu nie uzyskamy więcej niż 1.7V RMS przy tak ustalonym punkcje pracy.
    By pozbyć się tego ograniczenia zastępujemy rezystor Re źródłem prądowym.
    Takie właśnie zadanie pełni T3 w tym wzmacniaczu na MOSFET'ach.

    A wprowadzając tą samą modyfikacje do twojego schematu:
    Stopień końcowy na tranzystorach, klasa A
    Uzyskamy przy 2V RMS na wyjściu THD=0.191%

    0