Entendiendo los armónicos de diferentes circuitos de amplificador (A, AB, AB w / OP-Amp)

Examine la forma de onda de salida, luego piense qué armónicos serían necesarios para reproducirla. Por ejemplo, esto es lo que se ve al agregar el 66% del tercer armónico y el 25% del quinto armónico: -

Yaquíestáel LTSpice FFT para esa forma de onda: -

Solodosarmónicosimparesconlaamplitudyfasecorrectasfueronsuficientesparacrearunaformadeondamuysimilaraladistorsiónde"cruce" de clase B típica. Con la adición de algunos armónicos más altos, podría igualar con precisión la salida de su amplificador. Lo que esto significa es que (en el dominio de la frecuencia) su amplificador crea esos armónicos.

Como asumió, cualquier desviación de una onda sinusoidal pura produce armónicos, y cuanto mayor es la distorsión, mayor es el contenido armónico. También puede hacerse una idea de los armónicos que se producirán al examinar la forma de la forma de onda distorsionada.

Incluso los armónicos solo se producen cuando la onda no es simétrica, es decir. Las mitades positivas y negativas son diferentes. Dado que un amplificador de clase B tiene salida simétrica, solo produce armónicos impares.

Las desviaciones más agudas producen armónicos más altos. La distorsión cruzada de Clase B pone un "punto plano" en el medio de la forma de onda. Esto puede ser audible incluso cuando es muy pequeño, porque la transición brusca crea armónicos más altos que el oído humano puede distinguir fácilmente. Y como se requiere una cantidad fija de voltaje de señal para superar ese 'punto plano', las señales más pequeñas sufren una distorsión más alta .

Los amplificadores de clase A tienen una transición suave en el centro, pero comprimen la forma de onda a amplitudes más altas, generalmente más en una mitad que en la otra. Esto crea armónicos pares e impares de bajo orden que son menos audibles incluso a niveles de distorsión bastante altos. También es difícil distinguir en la forma de onda hasta que la distorsión es muy alta, porque nuestros ojos no son buenos para ver desviaciones sutiles de una onda sinusoidal.

NOTA: para obtener mejores gráficos FFT en LTSpice, debe establecer un tiempo de simulación más largo, por ejemplo. 1 segundo en lugar de 10ms. Esto hará que los picos sean más agudos y reducirá los artefactos. También puede cambiar la escala vertical para eliminar el piso de ruido y hacer que la escala de frecuencia sea lineal para que los armónicos se produzcan a distancias iguales.

Ahora vamos a usar suministros VDD + y VDD más realistas, en lugar del SPICE ideal. En cada una de las 2 líneas eléctricas, instale 100,000uF en serie con 100nanoHenry a tierra {4 "de cable}. Esto resuena con una frecuencia de radianes de 1 / sqrt (L * C) o 1 / sqrt (0.1F * 1e-7H) o 1 / sqrt (1e-8) = 10 ^ + 4 radianes / seg o 1,590 Hertz, una frecuencia muy audible. Para desacoplar ligeramente las fuentes SPICE, instale 0.1 ohms desde + 15v hasta su tapa de filtro, e instale 0.1 ohms desde - 15v a su tapa de filtro.

Ahora vuelva a ejecutar los sims, y examine tanto la SALIDA DE TIEMPO como el Gráfico de frecuencia. Observe qué tan grande es el timbre de 1,590 Hertz.

¿Cómo amortiguar esto, para evitar el timbre, es decir, no tener cruces por cero adicionales? Utilice una resistencia de valor R = sqrt (L / C); nuestro sqrt (0.1uH / 0.1Farad) se convierte en sqrt (0.000 001) o 0.001 Ohm; Un miliohm de resistencia es solo 2 cuadrados de lámina de cobre, por lo que es fácilmente amortiguado por una resistencia inevitable de cableado / traza.

¿Qué tal 1uF y 0.1uH? Fring (MHz) es sqrt (25,330 / Luh * Cpf) o sqrt (25,330 / 0.1 * 1,000,000) = sqrt (25,330 / 100,000) = sqrt (0.2533) = 0.5MHz. ¿Cuánto R para humedecer? use sqrt (L / C) = sqrt (0.1uH / 1uF) = sqrt (0.1) = 0.316 ohms, que es lo suficientemente grande como para que la R parásita en los cables / trazas / vías no sea suficiente.

¿De dónde viene Rdamp = aqrt (L / C)? $$ Fring = 1 / [2 * pi * sqrt (L * C)] $$ $$ Zinductor = 2 * pi * Fring * L $$ y queremos aproximadamente Q de 1, donde $$ Zinductor = Rdamp $$ Sustituye la ecuación izquierda en la ecuación derecha y reemplaza Zinductor por Rdamp. $$ Rdamp = 2 * pi * L / [2 * pi * sqrt (L * C)] $$ Ahora cancele el '2 * pi', y reemplace la 'L' en la parte superior con sqrt (L * L) $$ Rdamp = sqrt (L * L) / sqrt (L * C) = sqrt (L / C) $$

Aquí está el timbre VDD ligeramente amortiguado: 0.1Farad, 0.1uH, 0.1MilliOhm ESR [Q = 10] La salida está relacionada con el tiempo de la entrada, pero no está relacionada armónicamente. La entrada es de 1.6 amperios a través del 0.1MilliOhm ESR. AcontinuaciónsemuestrasololaformadeondadeSALIDA,quemuestraunaamplitudmásbajaporquesoloUNtransitorioClassBproporcionalaenergíaparasonar.

Tengaencuentaqueelperíododellamadaes1.59KHz.Enestaformadeonda,generadaporSignalWaveExplorerusandoelejemploenlatado(losparámetrospuedenvariar)"Ejemplo de filtro de fuente de alimentación, paso # 2" (el paso # 1 simplemente genera 0.16 amp ClassB transitorio de medio pecado), el timbre Q = 10 VDD decaerá lentamente, comenzando en 2uVpeakpeak.