Wie reduzieren Dioden und Kondensatoren Crossover-Verzerrungen?

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Ich habe dieses Diagramm über Class AB-Verstärker und die Reduzierung von Crossover-Verzerrungen gefunden: Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

http://www.electronics-tutorials.ws/amplifier/amp_7.html

Diese Vorspannung entweder für einen Transformator oder eine transformatorlose Verstärkerschaltung bewirkt, dass der Q-Punkt des Verstärkers über den ursprünglichen Grenzwert hinaus bewegt wird, so dass jeder Transistor für etwas mehr als die Hälfte oder 180 ° in seinem aktiven Bereich arbeiten kann jeder halbe Zyklus. Mit anderen Worten 180 ° + Vorspannung. Der Betrag der am Basisanschluss des Transistors vorhandenen Diodenvorspannung kann durch Hinzufügen zusätzlicher Dioden in Reihe um ein Vielfaches erhöht werden. Dies erzeugt dann eine Verstärkerschaltung, die üblicherweise als Klasse-AB-Verstärker bezeichnet wird, und ihre Vorspannungsanordnung ist unten angegeben.

Ich verstehe die Erklärung nicht, wie die Dioden und die Kondensatoren die Crossover-Verzerrung reduzieren. Jeder Transistor (npn und pnp) sollte einen Sinus von 180 Grad abdecken. Warum entfernt eine Vorspannung von 180 + nicht die vollständige Verzerrung? Was haben die Kondensatoren und Dioden damit zu tun? Ich habe über die Dioden gelesen, die den Transistorspannungsabfall von zweimal 2 × 0,6 V kompensieren. Wie funktioniert das genau? Wie glättet der Kondensator das Signal?

PulseDot
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Antworten:

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Überkreuzverzerrung eines Verstärkers der Klasse B: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die obere Hälfte der Wellenform stammt von TR1 und die untere Hälfte von TR2. Irgendwann wechselt ein Klasse-B-Verstärker von der Verwendung des oberen Transistors zum unteren Transistor. In diesem Fall reicht die Spannung zwischen Basis und Emitter nicht aus, um einen der beiden Transistoren zu aktivieren. Daher gibt es eine Totzone: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Dioden verwandeln ein Design der Klasse B in eine Klasse AB. Jetzt ist keiner der Transistoren vollständig ausgeschaltet, daher ist die Totzone nicht mehr vorhanden.

Die Kondensatoren sind zufällig - sie ermöglichen es dem Eingangssignal, sich an beide Basen zu koppeln, ohne dass die neue Vorspannungsanordnung beeinträchtigt wird.

Andy aka
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Was macht "ohne dass die neue Vorspannungsanordnung betroffen ist". bedeuten? Es gibt eine neue Vorspannung an der Basis des BJT und es wird nicht beeinflusst, weil?
PulseDot
Ich würde das erste Bild (völlig unverzerrt) als Klasse C bezeichnen und den genauen Punkt der korrekten Vorspannungsklasse B, dh der Verbindungswinkel beträgt genau 180. Durch Übervorspannung wird es zur Klasse AB.
user207421
@ PulseDot-Kondensatoren beeinflussen die Vorspannung zwischen den beiden Dioden nicht - die Kondensatoren ermöglichen es, dass sich der Wechselstromgehalt des Eingangs an der Anode der oberen Diode und der Kathode der unteren Diode überlagert, die tatsächliche Spannung zwischen Anode und Kathode jedoch weitgehend noch eine Gleichspannung von ca. 1,4 Volt.
Andy aka
@EJP - ein Verstärker der Klasse C ist ein Verstärker, der ein wenig vorgespannt ist, dh eine gewisse Vorspannung aufweist, aber diese Vorspannung zwingt ihn dazu, weniger als Klasse B zu leiten
Andy aka
@AndyAka Nein, ein Verstärker der Klasse C ist definiert als einer, dessen Leitungswinkel weniger als 180 Grad beträgt, und genau das ist in der Grafik dargestellt. Biassing ist der Mechanismus, über den diese Klassen implementiert werden: nicht die Definition selbst.
user207421
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Die Dioden kompensieren den Basis-Emitter-Spannungsabfall der Transistoren. Jeder Transistor wird als Emitterfolger betrieben. Für den oberen (NPN) Transistor ist der Ausgang der BE-Abfall kleiner als der Eingang, und für den unteren (PNP) Transistor ist der Ausgang der BE-Abfall größer als der Eingang.

Dies bedeutet, dass es eine Eingangstotzone von zwei BE-Tropfen gibt, in der sich der Ausgang nicht ändert. Wenn Sie eine Sinuswelle in den Eingang einfügen, sind die Sinuswellen der Ausgang, wobei jede der Wellenhälften einen BE-Abfall weniger in der Amplitude aufweist, mit einem flachen Punkt, an dem der Eingang zwischen dem Ansteuern eines Transistors zum anderen übergeht. Dieser flache Punkt ist eine Überkreuzungsverzerrung . Dies geschieht, weil die Schaltung nicht linear ist, wenn sie zwischen der Verwendung des oberen Transistors, um den Ausgang zur Verwendung des unteren zu treiben, "überkreuzt" oder umgekehrt.

Die Dioden addieren einen Versatz zur Eingangsspannung, um jeden Transistor anzusteuern. Der BE-Übergang eines Transistors sieht für die Schaltung wie eine Diode aus und hat ungefähr die gleiche Spannung wie eine Diode, wenn er in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist. In diesem Fall werden die Dioden als Nebenschlussreglerspannungsquellen verwendet, um die BE-Spannungen des Transistors auszugleichen. Sie werden nicht als Gleichrichter verwendet, was wahrscheinlich zu Verwirrung führt.

Olin Lathrop
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Vielen Dank. Ich habe es in der Simulation versucht und nur mit den Dioden gibt es immer noch diese Überkreuzungsverzerrung. Mit den hinzugefügten Kondensatoren verschwindet der größte Teil der Verzerrung an der Frequenzweiche. Was machen diese Kondensatoren genau?
PulseDot
Wenn beide Eingänge kapazitiv gekoppelt sind, bin ich mir nicht sicher, ob die Dioden viel bewirken. Wenn man die Kappen durch offene Stromkreise ersetzte und den Eingang mit dem Mittelpunkt der beiden Dioden verband, konnte ich ihre Nützlichkeit erkennen. Andernfalls, wenn die Diodentropfen nur ein kleines bisschen unter den BE-Tropfen liegen, könnte ich sehen, dass die Dioden den Strom in R1 und R2 ausgleichen, aber wenn die Diodentropfen signifikant kleiner sind, würde ich denken, dass sie eine Verzerrung hinzufügen würden. Wenn die Diodentropfen höher sind als die BE-Tropfen, würden die Dioden nichts tun.
Supercat
@supercat Wenn Sie den Eingang mit dem Mittelpunkt der beiden Dioden verbinden, blockieren die Dioden die Halbzyklen von jedem Transistor, den sie verwenden müssen.
Tut
@Tut: Wenn der Mittelpunkt der Dioden mit den Mittelpunkten der Kappen verbunden wäre, würde jede Diode im Grunde genommen wie eine 0,7-Volt-Quelle wirken. Die Basis von TR1 würde 0,7 Volt über dem Eingang liegen, und die Basis von TR2 würde 0,7 Volt unter dem Eingang liegen. Das Weglassen der Kappen würde verhindern, dass TR1 einen anderen Basisstrom als R1 und TR2 einen anderen Basisstrom als R2 erhält. Ich vermute, dass der Zweck der Dioden darin besteht, die Menge des stationären Stroms zu reduzieren, der durch TR1 und TR2 fließen würde, ohne zur oder von der Last zu fließen.
Supercat
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Ohne die Dioden sind die Transistoren ausgeschaltet, wenn der Eingang zwischen +0,6 und -0,6 V liegt (nicht genügend Vbe an den Transistoren), was zu einem 0 V-Ausgang führt, der die Überkreuzungsverzerrung verursacht.

Die hinzugefügten Dioden spannen die Q-Punkt-Spannung für die Schaltung vor, wodurch die Transistoren eingeschaltet werden können, wenn die Eingangsspannung zwischen -0,6 + 0,6 V liegt, wodurch das Problem der Überkreuzungsverzerrung behoben wird.

dscharge
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Ich habe es in der Simulation versucht und nur mit den Dioden gibt es immer noch diese Überkreuzungsverzerrung. Mit den hinzugefügten Kondensatoren verschwindet der größte Teil der Verzerrung bei 0 V. Warum ist das?
PulseDot
@PulseDot Wie haben Sie ohne die Kondensatoren das Eingangssignal zu den Transistorbasen gebracht, ohne sie kurzzuschließen, wodurch die Dioden effektiv aus der Schaltung entfernt würden? Die Kondensatoren ermöglichen es, die Basen durch Wechselstromkopplung vom Eingang auf verschiedene Pegel vorzuspannen.
Tut
Also "kurzschließen", weil die Kondensatoren als Kurzschluss angesehen werden können, wenn ein Wechselstromsignal vorliegt, und offen, wenn eine Gleichspannung vorliegt. Die Basis ist bei 0 Hz (DC), so dass sie "auf verschiedenen Pegeln vorgespannt" werden können, aber ich habe vergessen, was "AC-Kopplung vom Eingang" bewirkt hat.
PulseDot
@Tut Vin kann auf den Knoten zwischen den beiden Dioden angewendet werden.
Nicole Hamilton
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Die Erklärung der ursprünglichen Stelle ist insofern zweifelhaft, als der kondensatorgekoppelte Eingang kein typischer Anschluss ist. (OK, vielleicht eine Kappe, aber nicht zwei. Außerdem zeigen sie, dass die Last geerdet ist, der Eingang jedoch negativ ist.) Sie zeigen eine IV-Kurve und eine Lastlinie, und das lernen Sie in der Schule. Aber ich hätte eine zweite Zeichnung gezeigt, die das VAS (Spannungsverstärkungsstufe) mit den Vorspannungsdioden hinzufügt. Typischerweise liefert diese Stufe einen Teil der Spannungsverstärkung, ist jedoch, was noch wichtiger ist, direkt mit der letzten "Folger" -Ausgangsstufe gekoppelt. Die VAS-Stufe macht zwei Dinge: Verstärkung und Gleichstromvorspannung der Ausgangstransistoren. Stellen Sie sich die Dioden als Batteriespannung vor. Wenn Strom durch die Dioden fließt, beispielsweise 5 mA, wird für die beiden Ausgangstransistoren ein DeltaV von ~ 1,4 V erzeugt. Um die Vorspannung zu variieren, Typischerweise wird ein Vorwiderstand verwendet (einige zehn Ohm). Es gibt tatsächlich einen dritten und sehr wichtigen Aspekt, den die Dioden auf den Tisch bringen - die Temperaturkompensation. Der NPN / PNP-Ausgang gibt viel Wärme ab, wenn er viel Arbeit leistet. Nur ein paar Watt Leistung erzeugen einen Temperaturanstieg in den Transistoren. Bipolare Bauelemente sind für ihre thermischen Durchgehenseigenschaften bekannt, und die Vorspannung der Dioden nimmt bei erhöhten Temperaturen ab, wodurch die Temperatureigenschaften der Ausgangsgeräte kompensiert werden. Die Dioden müssen in thermischem Kontakt mit den Ausgängen stehen, um die Temperatur der Ausgänge zu erfassen. Andernfalls zerstören sich die Ausgänge selbst, da sie sich weiter erwärmen. Die erforderliche Vbe-Spannung sinkt und wird härter eingeschaltet, bis die SOA des Gehäuses überschritten wird. Es ist tatsächlich ein dritter und sehr wichtiger Aspekt, den die Dioden auf den Tisch bringen - die Temperaturkompensation. Der NPN / PNP-Ausgang gibt viel Wärme ab, wenn er viel Arbeit leistet. Nur ein paar Watt Leistung erzeugen einen Temperaturanstieg in den Transistoren. Bipolare Bauelemente sind für ihre thermischen Durchgehenseigenschaften bekannt, und die Vorspannung der Dioden nimmt bei erhöhten Temperaturen ab, wodurch die Temperatureigenschaften der Ausgangsgeräte kompensiert werden. Die Dioden müssen in thermischem Kontakt mit den Ausgängen stehen, um die Temperatur der Ausgänge zu erfassen. Andernfalls zerstören sich die Ausgänge selbst, da sie sich weiter erwärmen. Die erforderliche Vbe-Spannung sinkt und wird härter eingeschaltet, bis die SOA des Gehäuses überschritten wird. Es ist tatsächlich ein dritter und sehr wichtiger Aspekt, den die Dioden auf den Tisch bringen - die Temperaturkompensation. Der NPN / PNP-Ausgang gibt viel Wärme ab, wenn er viel Arbeit leistet. Nur ein paar Watt Leistung erzeugen einen Temperaturanstieg in den Transistoren. Bipolare Bauelemente sind für ihre thermischen Durchgehenseigenschaften bekannt, und die Vorspannung der Dioden nimmt bei erhöhten Temperaturen ab, wodurch die Temperatureigenschaften der Ausgangsgeräte kompensiert werden. Die Dioden müssen in thermischem Kontakt mit den Ausgängen stehen, um die Temperatur der Ausgänge zu erfassen. Andernfalls zerstören sich die Ausgänge selbst, da sie sich weiter erwärmen. Die erforderliche Vbe-Spannung sinkt und wird härter eingeschaltet, bis die SOA des Gehäuses überschritten wird. Nur ein paar Watt Leistung erzeugen einen Temperaturanstieg in den Transistoren. Bipolare Bauelemente sind für ihre thermischen Durchgehenseigenschaften bekannt, und die Vorspannung der Dioden nimmt bei erhöhten Temperaturen ab, wodurch die Temperatureigenschaften der Ausgangsgeräte kompensiert werden. Die Dioden müssen in thermischem Kontakt mit den Ausgängen stehen, um die Temperatur der Ausgänge zu erfassen. Andernfalls zerstören sich die Ausgänge selbst, da sie sich weiter erwärmen. Die erforderliche Vbe-Spannung sinkt und wird härter eingeschaltet, bis die SOA des Gehäuses überschritten wird. Nur ein paar Watt Leistung erzeugen einen Temperaturanstieg in den Transistoren. Bipolare Bauelemente sind für ihre thermischen Durchgehenseigenschaften bekannt, und die Vorspannung der Dioden nimmt bei erhöhten Temperaturen ab, wodurch die Temperatureigenschaften der Ausgangsgeräte kompensiert werden. Die Dioden müssen in thermischem Kontakt mit den Ausgängen stehen, um die Temperatur der Ausgänge zu erfassen. Andernfalls zerstören sich die Ausgänge selbst, da sie sich weiter erwärmen. Die erforderliche Vbe-Spannung sinkt und wird härter eingeschaltet, bis die SOA des Gehäuses überschritten wird. Die Dioden müssen in thermischem Kontakt mit den Ausgängen stehen, um die Temperatur der Ausgänge zu erfassen. Andernfalls zerstören sich die Ausgänge selbst, da sie sich weiter erwärmen. Die erforderliche Vbe-Spannung sinkt und wird härter eingeschaltet, bis die SOA des Gehäuses überschritten wird. Die Dioden müssen in thermischem Kontakt mit den Ausgängen stehen, um die Temperatur der Ausgänge zu erfassen. Andernfalls zerstören sich die Ausgänge selbst, da sie sich weiter erwärmen. Die erforderliche Vbe-Spannung sinkt und wird härter eingeschaltet, bis die SOA des Gehäuses überschritten wird.

Wenn Sie die Möglichkeit haben, eine SPICE-Simulation auszuführen und nicht nur Spannungen, sondern auch STRÖME zu prüfen, wird alles klar. Sie werden sehen, dass NPN und PNP die Arbeitslast abwechseln, wenn die Tendenz von nicht genug (Klasse B) zu gerade genug (Klasse AB) zu wohl zu viel (Klasse A) geht. Wenn das Ausgangssignal hoch geht, erledigt der NPN die ganze Arbeit, wenn niedrig, erledigt der PNP die ganze Arbeit (Klasse AB oder B). Wenn Sie die Dioden deltaV prüfen, sehen Sie eine konstante Spannung (mit geringem Wechselstrom aufgrund der endlichen Impedanz der Dioden).

gman
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