Acoplamiento de entrada al amplificador Clase AB con polarización de diodo. ¿Un condensador o dos?

Question

Cuando se acopla de forma alterna la señal de entrada a un par complementario Clase AB (Push-Pull / Par Complementario) que está polarizado por diodo, veo dos enfoques diferentes:

1. Señal conectada entre los diodos de polarización con un solo condensador de desacople:

2. Señal conectada directamente a la base de cada transistor con condensadores separados:

¿Cuál es la diferencia práctica entre estos dos enfoques? ¿Es uno mejor que el otro?

Aquí hay un circuito editable que muestra la idea básica del segundo enfoque (NB: los valores no son muy realistas):

simular este circuito – Esquemático creado utilizando CircuitLab

Aquí hay

Answer 1

El propósito de los diodos es establecer un voltaje de polarización entre las bases de los transistores, lo que establece una pequeña corriente en reposo a través del push-pull. Esto hace que funcione en clase-AB y reduce la distorsión de cruce. Sin embargo, los diodos deben estar acoplados térmicamente a los transistores, para evitar el desbordamiento térmico. Además, se deben utilizar resistencias emisoras por esta razón.

De todos modos.

Mientras ambos diodos conduzcan, digamos unos pocos mA de corriente a través de los diodos, su impedancia dinámica será bastante pequeña, como 10-20 ohmios, por lo que los transistores serán alimentados desde una baja impedancia. Lo que importa aquí es que esta corriente de polarización es generada por las resistencias R1 y R2.

Entonces, cuando queremos un voltaje de salida positivo alto (y presumiblemente una corriente de salida alta) el voltaje en R1 será bajo ya que TR1 se impulsa a un voltaje cercano a la fuente de alimentación positiva. Dado que la corriente de base de TR1 proviene únicamente de R1, esto es un problema: para una corriente de salida lo suficientemente alta, la corriente de base de TR1 absorberá toda la corriente que R1 pueda proporcionar, por lo que D1 se apagará y ya no funcionará.

La segunda configuración funcionará mejor si los dos capacitadores de entrada son lo suficientemente grandes como para tener una baja impedancia en la frecuencia de interés: en este caso, la corriente base de CA es proporcionada desde la fuente de señal a través de los capacitores, y R1/R2 solo establecen el punto de operación CC.

Por lo tanto, la segunda configuración es una mejor elección, si se requiere un rendimiento adicional. También permitiría valores más altos para R1/R2 ya que resuelve el problema de que las resistencias deben ser lo suficientemente pequeñas para dejar pasar suficiente corriente para la corriente base requerida para la corriente de salida máxima.

Answer 2

Es un poco más complicado cuando se manejan corrientes altas porque la elección de cada componente afecta los resultados de la impedancia de salida, corriente en reposo de los drivers, distorsión armónica, relación de amortiguamiento que afecta el voltaje de la contrafuerza electromotriz en bajas frecuencias y por lo tanto "bajos confusos".

Naturalmente, los efectos de Shockley en Vbe vs Tjcn y lo mismo para el diodo, incluso si están thermalmente emparejados, pueden causar problemas si los diodos tienen una capacidad de potencia demasiado pequeña o demasiado grande y por lo tanto ESR con cambios en Vbe de las R de polarización afectando la corriente de reposo de salida considerablemente.

Para determinar la configuración óptima de capacitor, es necesario entender que este amplificador es menor que la ganancia unitaria. Entonces, ¿por qué hay pérdida y dónde está? y por qué es importante minimizar la atenuación de voltaje para una buena respuesta de baja frecuencia, pero vendrá con un costo en disipación de potencia en reposo y mayores valores de C de salida clasificados para corriente de pico o corriente de carga en este caso.

La pregunta es simplemente comparar la impedancia del capacitor a cierta frecuencia vs la fuente y la impedancia de entrada para ver si la impedancia del capacitor es significativa. Las diferencias en estas dos elecciones son menores en comparación con los otros factores en el diseño del ratio de R y la selección del ratio de Pd para el transistor y el diodo para que polaricen la etapa de salida a la corriente deseada para lograr una baja impedancia de salida, que es esencialmente la impedancia de la fuente que impulsa la base/hFE.

¿Quieres saber más?

Entonces necesitas definir más especificaciones.

Incluyendo: Pmax, Vmax, carga min, f min, THD max, factor de amortiguamiento mínimo (generalmente 10 en diseños baratos, 100 es mejor) Impedancia de fuente..

Cuanto más baja sea la impedancia de tu altavoz, como 4 Ohmios, más críticos son los ajustes de derivación térmica y coincidencia de hFE entre PNP y NPN, sin embargo, con +/-5V puedes generar fácilmente 5W. Un diseño mejor capaz de 0.3W en auriculares de 60 Ohmios o unos pocos altavoces de 8 Ohmios. Usar diodos 1N400x en lugar de diodos pequeños de señal 1N4148 debe usar un potenciómetro entre la cadena de diodos que produce cambios de Vf más bajos pero agregar un potenciómetro de 50 o 100 Ohmios entre ellos debe ajustarse para la carga del altavoz y la potencia de salida deseada y la falta de coincidencia de hFe. (quiere que estén dentro del 20%)

tinyurl.com/y9pdw3uv es un ejemplo de esto en mi última simulación. Nota la potencia RMS en el altavoz, puedes cambiar el valor de R y la potencia RMS de cada fuente (-ve) debería ser de 30% eficiente como máximo o 60% de ambas fuentes. Observa cómo el potenciómetro afecta a cada señal y la corriente mínima de DC. Esto ofrece muy buenos factores de amortiguamiento y respuesta de CC en la salida. Puedes acoplar CC la entrada si la fuente es 0Vdc.

• transistores de potencia hFE desconocida pueden crear problemas si no coinciden.
  • estos S8050/S8550 están clasificados por hFE, ten en cuenta el sufijo.

Answer 3

Nadie hace una salida de amplificador como esa. Ambos circuitos fueron utilizados hace muchos años en la escuela. Es muy importante utilizar acoplamiento DC y falta retroalimentación negativa.