Ein weiterer ausgefallener Differenzverstärker

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Dies ist die Schaltung, die ich gemacht habe - entworfen, berechnet, gebaut:

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab

Der Kollektorstrom von Q1 und Q2 betrug 5 mA, während der von Q3 1 mA betrug. Die Sinuswelle am Eingang hatte 1 Vss bei 1 kHz. Negative Rückkopplung sollte funktionieren, da zwischen dem Eingang an der Basis von Q1 und der Basis von Q2 eine 360-Grad-Verschiebung besteht. Rf2 wurde zuerst auf 10k festgelegt, dann wurde es durch ein Potentiometer ersetzt.

Diese Schaltung funktionierte nicht wie erwartet. Ich habe erwartet, dass eine gewisse Verzerrung innerhalb der Sinuswelle durch negative Rückkopplung oder / und Differenztransistorpaar korrigiert wird und die zu korrigierende Betragsverzerrung mit Rf2 gesteuert wird (weniger Verstärkung - weniger Verzerrung).

Ich habe die Verzerrung durch Hinzufügen einer weiteren Sinuswelle (1 Vpp, 3 kHz) zur Basis von Q3 vorgenommen. Die tatsächlichen Ergebnisse konnten nicht mit den gewünschten verglichen werden, da sie nicht einmal den gewünschten nahe kamen.

Infolgedessen wurde der Ausgang am Kollektor von Q3 auf die gleiche Weise verzerrt wie das Signal an der Basis von Q3 - sollte am Kollektor von Q3 reiner Sinus vorhanden sein? Aber dann habe ich das Signal am Kollektor von Q2 abgetastet und nur dort war die Sinuswelle, die ich am Ausgang des Verstärkers erwartet hatte (unter der Bedingung, dass die Basis von Q2 mit C1 kurzgeschlossen wurde, andernfalls mit Drehen des Potentiometers Rf2 das Signal würde sich schnell dem Verzerrten nähern).

Sinuswelle am Kollektor von Q2 gegen verzerrtes Signal an der Basis von Q3 (nicht auf derselben Spannungsskala).

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich denke, dass es immer noch eine kleine Lücke in meinem Verständnis des Differenzverstärkers gibt, weil ich eine Weile damit zu kämpfen habe und keine nützliche Schaltung einschließlich Diff gemacht habe. Ampere.

Keno
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Wie haben Sie der Basis von Q3 eine Sinuswelle "hinzugefügt"?
τεκ
@ τεκ Mit einem anderen Kanal meines Funktionsgenerators über Kondensator
Keno
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@ Keno Du bist wirklich ziemlich nah dran. Sie haben es einfach nicht berücksichtigt, ihm den "Raum" zu geben, damit der NFB bei DC korrekt funktioniert. Die hinzugefügte Klimaanlage kann also auch nicht funktionieren. Ich bin ernsthaft froh zu sehen, dass Sie Dinge zusammenstellen und Ihr Denken testen !!
Jonk
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Um die harmonische Verzerrung zu verringern, muss die Verstärkung im offenen Regelkreis wesentlich höher sein als die Verstärkung im geschlossenen Regelkreis. Ihre Rc / Re-Open-Loop-Verstärkungen sind hier zu niedrig, sodass auch Ihr negatives Rückkopplungsverhältnis von Rf2 / Rf1 niedrig ist.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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@ Keno Ich freue mich sehr über die letzten beiden Beiträge. Jeder teilt die bevorstehende Arbeit in logische Teile auf! Nett. (Das ist ein Fortschritt, den ich in Ihnen gesehen habe.) Und nein, es wird nicht einfach sein, alle Details richtig zu machen. Es gibt viele Details. Aber Sie werden so viel aus dem Prozess lernen. Ich wette, du bringst mir bald ein paar Dinge bei! Weiter so.
Jonk

Antworten:

2

Es tut uns leid, dass Sie die Schaltung falsch analysiert haben - Sie haben tatsächlich viel Verstärkung im offenen Regelkreis - ungefähr 100.

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab

(siehe Diskussion unten)

Der kleine Signalwiderstand von den Basen von Q1 bis Q2 ist sehr unterschiedlich. Ich habe Q2 klein gemacht, indem ich einen Kondensator vom Ausgang zu Vn hinzugefügt habe. Ich verwende 10 kHz als "Verzerrungsquelle", da die Wackelbewegungen leichter zu erkennen sind.

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Hier ist es ohne diesen Kondensator Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

τεκ
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Ich werde prüfen, ob Ihre Korrekturen einen Unterschied machen, aber dies sollte kein Problem sein, da ich die Schaltung so ausgelegt habe, dass der Basisstrom durch Rb und Rf1 etwa 16 uA und 2 V Abfall darüber betragen sollte. Sowohl Q1 als auch Q2 haben ein Beta von ca. 300, also 120k Widerstand für beide Basen ist genau richtig, meinst du nicht auch?
Keno
Nein, Ihre Hinzufügung von Basiswiderständen macht die Sache noch schlimmer.
Keno
Diese 120k-Widerstände befinden sich jedoch in unterschiedlichen Positionen - Rf1 liegt in Reihe mit der Basis, während Rb parallel geschaltet ist. Versuchen Sie als Experiment, Rf1 auf Null zu setzen.
τεκ
oder einen 1uF-Kondensator darüber
legen
Nein, das verbessert nichts. Das Problem liegt nicht in den Basisströmen, da sich die Spannungsabfälle an beiden Rc nur für 0,5 V unterscheiden.
Keno
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Ihr Diffpair-Gewinn ist Rcollector / (2 * reac) = Rcollector * gm / 2

Somit beträgt die Diffpair-Verstärkung 1.500 Ohm / (2 · 5 Ohm) = 1.500 / 10 = 150x.

Ihre Ausgangsstufe Q3 hat eine Verstärkung von etwa 3 dB oder 1,4.

Der gesamte Vorwärtsgewinn beträgt fast 200.

Um Verzerrungen zu erkennen, befestigen Sie das C1 an der Basis von Q2 und lassen Sie das untere Ende von nur schweben. Oder trennen Sie Rf2 vom Stromnetz, um zu vermeiden, dass Stromleitungen durch die kapazitive Kopplung an die Stromkabel Ihres Labors oder durch Leuchtstofflampen entstehen.

Sie werden eine massive Verzerrung feststellen, da das Diffpair vollständig schaltet, wenn Ihr Eingangssignal größer als 100 Millivolt ist und wenn Ihre Frequenz schneller als die F3dB Ihrer 1uF und 120Kohms (ca. 1Hz) ist.

In der Tat, da dies IST eine Rückkopplungsschleife, genau funktioniert C1 + Rf1 die Highpass Ecke Ihrer Schaltung definieren?

Sie haben einen erheblichen Miller-Effekt. Die Eingangskapazität jedes Diffpair-Transistors beträgt (1 + 150x) * Cob oder ca. 1.500picoFarads.

analogsystemsrf
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Der Miller-Effekt tritt später auf - nachdem ich vollständig verstanden habe, wie diese Schaltung so gestaltet werden kann, dass sie dem erwarteten Verhalten, das ich zuvor in meiner Frage beschrieben habe, so nahe wie möglich kommt.
Keno
Zwischen dem Miller-Effekt, der die obere Durchlassbandecke einstellt (mit Rsource in einem LPF) und dem Rückkopplungskondensator C1, der die untere Durchlassbandecke in einem HPF einstellt, kann es sein, dass Sie wenig oder kein "Durchlassband" haben, in dem die Verstärkung flach erscheint.
Analogsystemsrf