amplificador diferencial par de transistores

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He estado tratando con estos amplificadores diferenciales durante semanas y aún no entiendo los principios básicos de su funcionamiento y cómo se deben usar dentro de un amplificador de audio.

Comprendo todo hasta el punto en que la señal de entrada (por ejemplo, AC) se aplica al circuito. No comprendo por completo cómo debería la retroalimentación negativa de la salida del amplificador a la entrada no inversora hacer nada en absoluto. Toda esa cancelación de distorsión dentro de la retroalimentación negativa del par difusor amplificador es totalmente incierta para mí (en la práctica, principalmente).

  • ¿CómomejoranlosdostransistoreslaTHD(distorsiónarmónicatotal)delamplificador?¿Cómosecancelaunapartedeesadistorsiónpordiff-amp?¿Tienequehaberuncambiodefasede180gradosaretroalimentaciónnegativaparaqueladistorsiónsecancele(encasoafirmativo,¿porqué)?

Cualquierrespuestaaunadeestaspreguntasconejemplosprácticossindudamejoraríamicomprensióndeesta"maravilla".

    
pregunta Keno

2 respuestas

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Puede ver la distorsión como señales no deseadas presentes en la salida que no estaba presente en la entrada del amplificador.

Y, en general, la retroalimentación negativa siempre reduce las distorsiones.

En su amplificador, el Q1, Q2 como su nombre sugiere trabajar como un amplificador diferencial. Y el trabajo para este amplificador Diff es amplificar (solo) la diferencia entre las dos entradas.

El transistor Q1 está "observando / monitoreando" la señal de entrada y el transistor Q2 está "observando / monitoreando" la retroalimentación de la señal de salida a través de la resistencia R5.

Y si se observa "distorsión" en la salida (la salida generada no es igual a la salida deseada). La señal de error se "producirá" en el amplificador diferencial. Y la señal desfasada de 180 grados se "generará" para cancelar las distorsiones en la salida (por ejemplo, para cancelar + 1V, el amplificador intentará producir -1V).

Si Vout es más grande de lo esperado (Vin), el Q2 reducirá su corriente Ic. Pero al mismo tiempo, la corriente Q1 Ic aumentará. Y la corriente de Q3 y Q4 también aumentará, por lo que el voltaje Vout disminuirá.

Y para mostrarle cómo se ve esta "señal de error" vista en la entrada del amplificador de diferencia.

Hice este simple circuito en LTspice.

Yelvoltajedesalidaparalaondasinusoidal"pura" en la entrada se ve así (junto con el error de señal en rojo):

    
respondido por el G36
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Parece que lo que tienes problemas para entender es sobre amplificadores diferenciales y retroalimentación negativa en general en lugar de este circuito específico, así que generalicemos esto.

Lo primero que debemos hacer es identificar la retroalimentación que va desde la salida a la entrada y luego considerar el circuito sin ella. He resaltado la red de comentarios aquí:

TambiénvoyaignorarC7,elcondensadordecompensación,queesmuyimportante,perosepuedepensarmásadelante/porseparado.

Nobuscohacerelanálisiscompletoaquí,perolapequeñaresistenciadeseñalqueseobservaenlasentradasesaproximadamente\$\betaR1\$,laresistenciadesalidaesaproximadamente15k(yesproporcionalalvoltajeinicialdeQ4),ylagananciadiferencial\$A_{dif}\approx15\cdot\beta\$(porahoratambiénignorarálagananciaenmodocomún).

Entonces,podemosreemplazarestoconunaspectosimilaralsiguiente:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Entonces, ¿cuál es el problema con este amplificador? Tiene una ganancia muy alta de aproximadamente 1500, tiene una resistencia de entrada bastante alta de 150k. El problema es que sus propiedades son muy dependientes de los transistores. Un transistor con un β = 200 cuando está frío puede tener un β = 50 cuando está caliente. Un lote de transistores tendrá grandes variaciones en β. No querría, por ejemplo, que sus altavoces sean cuatro veces más fuertes en un día caluroso que en un día frío. 1500 (o 3000, o 750, dependiendo de β) también es una gran ganancia. También la resistencia de salida es bastante alta a 15k.

Ahora que tenemos un modelo más simple, agreguemos nuevamente el circuito de retroalimentación. Voy a asumir que a la frecuencia que nos interesa, C5 es un circuito abierto y C6 es un cortocircuito.

simular este circuito

Todo lo que agregamos aquí es un divisor de voltaje. Como Rin = 150k es mucho más grande que R7 que en paralelo, podemos ignorarlo. Entonces,

$$ V _- = V_o \ frac {\ mathit {R7}} {\ mathit {R5} + \ mathit {R7}} $$

entonces

$$ A_ {diff} (V _ + - V_-) = A_ {diff} (V_ {in} - V_o \ frac {\ mathit {R7}} {\ mathit {R5} + \ mathit {R7}} ) $$

La salida actual \ $ I_o \ $ es

$$ I_o = \ frac {V_o} {R5 + R7} $$ $$ V_o = A_ {diff} (V _ + - V _-) - R_oI_o $$

así que finalmente tenemos

$$ V_o = A_ {diff} (V_ {in} - V_o \ frac {\ mathit {R7}} {\ mathit {R5} + \ mathit {R7}}) - V_o \ frac {R_o} {R5 + R7} $$

Luego mueve Vo al lado izquierdo,

$$ V_o + A_ {diff} V_o \ frac {\ mathit {R7}} {\ mathit {R5} + \ mathit {R7}} + V_o \ frac {R_o} {R5 + R7} = A_ {diff } V_ {in} $$

y resuelve para Vo

$$ V_o = \ frac {A_ {diff} V_ {in}} {(1 + \ frac {R_o} {R5 + R7} + A_ {diff} \ frac {\ mathit {R7}} {\ mathit {R5} + \ mathit {R7}})} $$

Pero Adiff (alrededor de 1500) es realmente grande en comparación con 1, y Ro / R5 + R7 también. Así que ignoremos esos términos.

$$ V_o = \ frac {A_ {diff} V_ {in}} {A_ {diff} \ frac {\ mathit {R7}} {\ mathit {R5} + \ mathit {R7}}} = V_ { in} \ frac {\ mathit {R5} + \ mathit {R7}} {\ mathit {R7}} = V_ {in} (1+ \ frac {\ mathit {R5}} {\ mathit {R7}}) $ $

Esto no contiene Adiff en absoluto! Recuerde que Adiff era muy dependiente de la versión beta, lo que habría provocado que el amplificador tuviera propiedades muy inconsistentes. Entonces, al introducir comentarios, hemos hecho que la ganancia dependa casi exclusivamente del valor de algunas resistencias, que pueden ser muy consistentes.

Ahora solo hablé de ganancia, pero lo mismo se aplica a la distorsión. Considere si el amplificador tuvo una ganancia de bucle abierto de 1000 para Vo = 0V y 2000 para Vo = 5V. Una señal lo suficientemente grande como para atravesar ambos puntos se distorsionaría, ya que las partes por encima de Vo = 5V se amplificarían solo la mitad. Con la retroalimentación negativa, la ganancia de bucle cerrado cambiaría muy poco a medida que Vo subiera por encima de 5 V, aún sería aproximadamente 1 + R5 / R7.

El factor por el cual esto se reduce es cuánto más grande \ $ A_ {diff} \ frac {\ mathit {R7}} {\ mathit {R5} + \ mathit {R7}} \ $ fue de 1 cuando decidimos ignorar el término 1 (y el término de resistencia de salida, aunque podemos volver a eso). Esta es la ganancia de bucle abierto dividida por la ganancia de bucle cerrado.

    
respondido por el τεκ

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