Amplificatore a stato solido senza NFB globale

[plovati]

Paola (?) se hai articolo da cui ha preso le figure sopra, postalo pure.

vocale corretta , sorry

per quanto riguarda isteresi, che non sia legata alla necessità del condensatore di speed-up ?
https://electronics.stackexchange.com/q ... -capacitor

[drpaolo]

Ho terminato di disegnare il PCB dello stadio finale (tripletta QUAD con diverse modifiche per la sua linearizzazione, che mi hanno dato diverse soddisfazioni ) e ora sto testando in simulazione un paio di circuiti di stabilizzazione.

Ho messo su un circuito che simula le condizioni di funzionamento dinamico dell'alimentatore: buchi e variazioni di tensione di rete e picchi improvvisi di assorbimento nei pieni orchestrali.
In questo modo dovrei essere abbastanza sicuro del fatto mio.

P.S. con la simulazione dinamica si comprendono tante cose, sugli alimentatori...

[UnixMan]

Per caso hai fatto anche dei test in "reverse driving"? (vedi esposizioni di Mauro Penasa sull'argomento qui sul forum). Anche quelle aiutano a comprendere diverse cosette...

[drpaolo]

Perchè occorre fare una simulazione dinamica sull'alimentatore di un amplificatore senza GNFB ?

Come è già stato fatto osservare qui -assai correttamente- da Paolo, se si vuole realizzare un amplificatore di potenza senza GNFB la controreazione bisogna comunque metterla da un'altra parte e quest'altra parte non può che essere il circuito di alimentazione, che vede -innanzitutto, ma non esclusivamente- la maglia dei transistor finali.

I circuiti usati in questa mia versione dell'ampli hanno un certo grado di feedback locale, ma hanno anche una reiezione ai disturbi sull'alimentazione assai scarsina. Per evitare di costruire dei generatori di rumore, bisogna avere a tutti i costi un'alimentazione stabilizzata; QUAD e Radford -che facevano dei finali a transistor di riferimento- insegnano.

Perchè alimento il mio circuito di stabilizzazione con un'onda sinusoidale "pessima" e soggetta a picchi ? Per testarne innanzitutto la stabilità in regime dinamico, dato che il circuito di stabilizzazione -se deve stabilizzare- deve essere controreazionato.
Che il circuito "stabilizzi" in modalità statica è ovvio; la gran parte dei simulatori lavorano in questa modalità, che potrebbe essere sufficiente testare in un ampi dotato di global feedback.
Ma noi questa cosa qui non l'abbiamo e quindi ci tocca lavorare in modalità dinamica, simulando i picchi di assorbimento e le variazioni di tensione.

Per caso hai fatto anche dei test in "reverse driving"?

Si, ma sul simulatore non vedi niente; se voglio lavorare impedendo all'altoparlante di incasinarmi la rete di reazione, progetto un amplificatore controreazionato in corrente. E qui l'altoparlante, per quanto ci si metta d'impegno, non può far nulla

[UnixMan]

Per caso hai fatto anche dei test in "reverse driving"?

Si, ma sul simulatore non vedi niente;

Ni. Qualcosina si può vedere. In particolare, anche in simulazione puoi osservare come variano il modulo e la fase dell'impedenza di uscita dell'ampli al variare della frequenza (sia pure solo approssimativamente, con tutti i limiti di un modello inevitabilmente incompleto ed imperfetto).

Penso sia ovvio che (a prescindere dalla presenza o meno di NFB), l'andamento dell'impedenza di uscita di un ampli abbia un qualche effetto sul comportamento dinamico della maglia di uscita, e quindi sul suono prodotto.

P.S.: la stessa tecnica può essere impiegata anche per valutare le caratteristiche di uscita di un alimentatore (specie se stabilizzato...).

[drpaolo]

In una banda passante 20 Hz-200 kHz lo scostamento in impedenza d'uscita è pari a 0,5 dB (rispetto all'impedenza nominale); lo scostamento in fase è meno di 16°. Ecco perchè dico che non si vede niente.

In banda 100 Hz - 100 kHz (tre decadi) lo scostamento in impedenza di uscita è pari a 0,03 dB e quello in fase è inferiore a 5°

D'altronde la FdT dei due transistor finali presi separatamente è identica su tre decadi, per cui...

[plovati]

A proposito di rendere sempre più simmetriche le due porzioni di un amplificatore a simmetria complementare, qui una interessante variazione:

https://www.valveradio.net/audio/super- ... stage.html

SuperComplement-BJT.jpg

"Each leg has a phase splitting transistor, e.g., Q1 for the top side, which feeds both PNP and NPN power transistors, Q2 and Q3 respectively. The same current through the phase splitter drives both power devices Q2 and Q3. Output currents of Q2 and Q3 are added at the load, thus roughly doubling the output current in comparison with a conventional Darlington or Sziklai pair.

In other words, the circuit can be treated as a sum of a Darlington Q1Q3 and a Sziklai pair Q1Q2, sharing the same Q1 leading transistor. The net effective current gain B of such circuit is:

B = B1 * (B2 + B3)

The net beta is about two times higher than of a standard Darlington or Sziklai, which is an advantage.

The most important that the bottom "leg" has exactly the same current gain, because NPN and PNP output transistors also work together in parallel. Therefore, even if PNP and NPN betas are different, the sum of them are equal for both top and bottom leg. Thus the difference between the top and bottom legs now depends not on the output power devices, but on the phase splitters. Those splitters, being low power transistors, are easier to get matched. Also, because of the finite beta of the phase splitter, its emitter current is slightly better than the collector current. As a result, in the top leg NPN Q3 is getting a slightly better treatment, while in the bottom leg PNP Q6 is getting some "favour". However, since the beta of th phase splitter is large (100...200) this inequality is only within 0.5...1%. Further, if the splitter itself is made as a Darlington or Sziklai pair, this phenomenon will become absolutely negligible."

[drpaolo]

Terminata l'analisi e la simulazione del circuito descritto sopra da Piergiorgio; un pelino in più di polarizzazione dei driver realizza un circuito che ha la stessa linearità della FdT che la tripletta QUAD, ma meno isteresi e consuma -a riposo- di più.

Realizzerò il PCB di prova anche per questo.

[plovati]

come li simuli? Micro cap ? Tina ?
Si potrebbe (se vuoi) condividere i file, tina cloud o easyEda hanno la possibilità di fare un progetto condiviso, mi pare.

[drpaolo]

MultiSim di National Instruments se sono circuiti che presento anche ai miei studenti, altrimenti uso LTSpice.

Ho anche testato due diversi tipi di stabilizzatore: uno con mosfet e diodi zener, ultrasemplice e uno con opamp e darlington in uscita.

[drpaolo]

...ha la stessa linearità della FdT che la tripletta QUAD, ma meno isteresi e consuma -a riposo- di più.

La superiore linearità di questo stadio è "figlia" della classe A, ovviamente, altrimenti il comportamento è molto meno lineare di quello della tripletta QUAD.

Bella lotta: (quasi) zero corrente di riposo della tripletta, per ottenere la massima linearità della FdT contro funzionamento in classe A del doppio complementare...

Io li realizzerò entrambi, ma la mia preferenza rimane per la tripletta, meno energivora.

Adesso proverò anche a realizzare una configurazione Blomley.

[drpaolo]

La "isteresi" (chiamiamola così) nei transistor finali, evidenziata dalle immagini all'oscilloscopio, si può anche quantificare confrontando -alla potenza nominale- la dissipazione nei dispositivi finali e quella sul carico resistivo.
A questo proposito il triplo inseguitore di emettitore è quello che meglio si comporta, sia alle misure, sia nei grafici dell'oscilloscopio.

[drpaolo]

Ulteriori test sui circuiti di preamplificazione; dopo il cascode (più promettente) e il Totem pole oggi ho provato a simulare un circuito con op-amp bootstrappato, che potrebbe risolvere il problema della scarsa reiezione ai disturbi dell'alimentazione dei due sunnominati circuiti.

In simulazione prestazioni eccellenti, con meno di 0,1% di distorsione armonica e (quasi) nulla distorsione di incrocio alla massima potenza nominale, pilotando la tripletta QUAD, che è la più rognosa dal punto di vista del pilotaggio.

Gli stadi finali sono stati provati (sempre in simulazione) con un carico che ha un argomento di 30° giudicato, ai tempi delle prove di Suono, un carico piuttosto impegnativo e rivelatore (dei difetti).

La risposta all'onda quadra e l'analisi al transiente hanno evidenziato prestazioni molto buone, per cui ora dovrò tirare le somme e realizzare i circuiti.

I circuiti che saranno effettivamente realizzati saranno:

• tripletta QUAD;

• triplo inseguitore di emettitore,

pilotati da:

• cascode;

• stadio ad op-amp bootstrappato,

con:
Alimentatore stabilizzato con darlington e zener.

Alla prossima...

[UnixMan]

Se non ci avevi già pensato probabilmente arrivo tardi. Comunque, se ancora devi fare i PCB, stavo pensando che forse non sarebbe una cattiva idea farli separati per le diverse sezioni (pre/driver, finali ed alimentazioni) così da poter sperimentare sul campo diverse combinazioni...

[drpaolo]

Si, farò così. Sono ancora in tempo perchè devo finire dei lavori urgenti e ho tralasciato il disegno dei rimanenti PCB, dopo aver realizzato i primi due.

[marley]

Ciao drPaolo, come procedono le prove?

[drpaolo]

Non ho ancora spedito i PCB alla Ditta che li realizzerà perchè sono un po' preso col lavoro (ho tre classi quinte da portare all'esame), però poi vado in ferie e in pensione (!) e quindi da fine giugno posso dedicarmi al lavoro che mi diverte di più.

In ogni caso ho completato l'esame dei transistor finali da adoperare e ora ho due o tre valide alternative, a costi veramente bassi.