Amplificatore a stato solido senza NFB globale

[drpaolo]

Ecco come si comporta la tripletta QUAD all'incrocio, a metà potenza di uscita:

FdT transistor alto TIP3055.JPG

FdT DEL TRANSISTOR ALTO (TIP3055)

FdT transistor basso TIP3055.JPG

FdT DEL TRANSISTOR BASSO (TIP3055)

Sommando le due FdT lungo la linea orizzontale, la risultante dovrebbe essere una retta; potete constatare come assolutamente non lo sia !
Dipende dalla simmetria non complementare dello stadio, dal fatto che uno dei due transistor sia pilotato di collettore e l'altro di emettitore o dal tipo di transistor, che ha un guadagno in corrente vs. potenza di uscita molto variabile?
Tenderei ad escludere questa ultima possibilità, perchè usando un transistor moderno, con hFE "costante" il problema si presenta pari-pari.

Sicuramente la tripletta QUAD non può funzionare in un amplificatore senza GNFB, perchè necessita di controreazione globale per linearizzare la Fdt.
Il problema quindi non è che la tripletta QUAD autooscilla, ma che il guadagno in corrente dei due transistor finali -non complementari- che la compongono è fortemente non lineare in quella configurazione (i tedeschi sono precisi, ma hanno poca immaginazione ).

[drpaolo]

Vediamo ora come si comporta il triplo inseguitore di emettitore:

FdT transistor alto triplo inseguitore.JPG

(FdT DEL TRANSISTOR ALTO (TIP3055)

FdT transistor basso triplo inseguitore.JPG

(FdT DEL TRANSISTOR BASSO (TIP2955)

Mooolto meglio; direi che quindi il candidato ottimale per lo stadio finale di un amplificatore senza GNFB può essere il triplo inseguitore di emettitore...

[drpaolo]

...però, però, però, ingrandiamo la regione di incrocio:

FdT transistor alto triplo inseguitore-ingrandito.JPG

FdT INGRANDITA TRANSISTOR ALTO (TIP3055)

FdT transistor basso triplo inseguitore-ingrandito.JPG

FdT INGRANDITA TRANSISTOR BASSO (TIP2955)

C'è ancora una certa (piccola) difformità; da cosa dipenderà ?

[drpaolo]

Comunque anche usando solamente i simulatori SPICE -nella maniera giusta- si possono fare tante belle cosine...

...ad avere un po' di tempo da starci dietro.

[UnixMan]

Diversi anni addietro, da qualche parte (se non ricordo male, IEEE) avevo letto un articolo dove avevano trovato quella che definivano la soluzione definitiva ai problemi della classe AB (distorsione di incrocio, Beta doubling...) arrivata troppo tardi (era già cominciata l'era della "classe D"). Sarebbe da tentare di ritrovarlo e dargli una occhiata...

Edit: non è quello che stavo ricercando, ma anche questo potrebbe essere interessante:
“Bias control for linearizing class AB amplifiers using envelope detection”.

[drpaolo]

In effetti non è stato scritto molto sull'argomento, ma il primo articolo di Blomley, apparso sul numero di febbraio 1971 di Wireless World, lo potete trovare qui:
New approach to Class-B amplifier design.

L'articolo sopracitato spiega chiaramente qual è il problema, in termini di gm (mutua conduttanza) e di variazioni del guadagno, ma l'assunto di base di quello che io ho esposto più sopra non è dissimile e Blomley fa capire bene quale sia la questione generale: "domare" i transistor finali all'incrocio, in modo da ridurne la distorsione (di incrocio) complessiva.

[plovati]

...però, però, però, ingrandiamo la regione di incrocio:
(...)
C'è ancora una certa (piccola) difformità; da cosa dipenderà ?

non ho capito, ti dà isteresi così marcata, tra la spazzolata di andata e quella di ritorno?
Questo vale per ogni frequenza di segnale di test?

Suppongo che Spice non consideri riscaldamento giunzione e assuma Tj =25°C costanti sempre, o no?

[plovati]

Potrebbe servire ad esempio questo anche se purtroppo non esplora la tripletta (son tutti ampli con NFB globale e la tripletta probabilmente manda tutta la compensazione a pallino)

AES AMSTERDAM 2008 w noise.pdf

Poi questo:
https://leachlegacy.ece.gatech.edu/lowtim/output.html

e questo:
http://www.geokrilov.com/afeede.html

e una bella realizzazione commerciale no GNFB (topologia sconosciuta):
https://www.soulnote.audio/soulnote-en/ ... 3/a-3-core

e non dimentichiamo una bella variante della tripletta: il diamond triple buffer. Dal libro di Cordell:

Cordell_Diamond_Triple_Buffer.jpg

qui in una interpretazione di Boskie (Tubecad):

SuperDiamondBufferBroskie.jpg

e le varianti descritte nel libro High Performance Audio Power Amplifier di Duncan:

Duncan_output_triples.jpg

in particolare lo stadio Bryston che:
"
Last, Figure 4.23 (c) shows an elegant
development by Bryston in Canada. Having already employed the QUAD
scheme, they improved complementarity by adding Tr.12, which is in parallel with
the usual Tr.13. The output stage thus comprises paralleled npn + pnp devices, and
vice-versa in the lower half complement. Aside from canceling non-complementarity
(as both pnp and npn transistors are conducting at all times) an unexpected benefit
is that the driver (penultimate) transistors work less hard; the current demanded of
them is more spread out. Overall, and when used in class A-B (or B), distortion –
the high harmonics associated with crossover-distortion in particular – are reduced,
all the more so when there is hard drive into low impedances. By repute, this topology,
more than other BJT output stages, allows class A-B amplifiers to challenge
the sonic behaviour of class-A
"

[drpaolo]

non ho capito, ti dà isteresi così marcata, tra la spazzolata di andata e quella di ritorno?
Questo vale per ogni frequenza di segnale di test?

Si, su tre decadi.

Suppongo che Spice non consideri riscaldamento giunzione e assuma Tj =25°C costanti sempre, o no?

La temperatura di default per l'analisi è di 27 °C, ma può essere variata a piacere (è l'analisi interattiva, fatta in modalità "oscilloscopio"); proverò a variarla, ma se tanto mi dà tanto...

Mi spiace per la tripletta QUAD che -controreazionata- dà un suono meraviglioso.

[drpaolo]

Provato ad aumentare la temperatura di giunzione; sempre lo stesso risultato (ma anche Blomley l'aveva in parte previsto).

Immaginavo un artificio del simulatore, ma con l'altro tipo di circuito e i transistor planari epitassiali dello stesso tipo il problema non si presenta.
Il problema si presenta anche con i finali a beta costante, di tipo moderno.

Non è neanche overbiasing, perchè con un diodo ed un trimmer in polarizzazione...

[plovati]

qualche capacità che si carica nell'andata e non ha modo di scaricarsi, variando un po' la polarizzazione?

[drpaolo]

Portando la polarizzazione al minimo (0,6 V=una giunzione) l'effetto scompare; bisogna però dire che -con il circuito a simmetria complementare- la gamma di tensioni (e correnti) di polarizzazione è molto più ampia, prima che si verifichi quell'effetto.
Probabilmente la tripletta QUAD è stata progettata (non faccio fatica a crederlo) per avere una corrente di riposo del circuito inferiore ai 10 mA

[plovati]

PS: da MJ, a MOSfet e senza feedback globale, con tutti i dettagli costruttivi e le misure, ci sarebbe questo :

https://another-electronics.blogspot.co ... power.html

[drpaolo]

Ho rintracciato le foto originali dell'articolo di Blomley relative al comportamento dei transistor finali in un circuito a simmetria quasi-complementare:

Blomley.JPG

Di fatto sono lo specchio della mia simulazione, che quindi ha un fondo di realtà...

[drpaolo]

Ora proverò gli stadi Crimson (innamoramento di gioventù) e Bryston.

Confermo: con la tripletta QUAD il limite accettabile della corrente di riposo è di 10 mA massimi (congruo con le indicazioni di QUAD).

[plovati]

Ho rintracciato le foto originali dell'articolo di Blomley relative al comportamento dei transistor finali in un circuito a simmetria quasi-complementare:

Blomley.JPG

Di fatto sono lo specchio della mia simulazione, che quindi ha un fondo di realtà...

pure nella realtà ha una isteresi.. non capisco, a meno che se le isteresi fossero complementari (vale a dire che sommate le due curve si annullino), ma il fatto che il punto di lavoro tensione-corente dipenda alla direzione del segnale applicato mi perplime. Che ci sia un'effetto sfuggito ai più?

[plovati]

già che ci siamo carichiamo un articolo celeberrimo e ipercitato di Blomley:

New Approach to class-B Amplifier Design by P Blomley.pdf

e un bel remark di un appassionato:
https://www.allaboutcircuits.com/techni ... diophiles/

Paolo se hai articolo da cui ha preso le figure sopra, postalo pure.

[drpaolo]

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

Eccolo di seguito:

WW-High-Fidelity-Guide-Bailey.pdf

Ho sbagliato la citazione; l'articolo è di Bailey (altro grande dell'hifi britannica) e non di Blomley. Le figure sono prese di li.

[drpaolo]

In compenso ho trovato questa coppia di transistor complementari adattissimi alla tripletta :

Coppia complementare.JPG

e costano solo 3,6 € cadauno (+IVA) su Mouser...

Con questi la FdT è molto più lineare, anche in simmetria non complementare.

[drpaolo]

Che ci sia un'effetto sfuggito ai più?

Una causa (in simulazione) è sicuramente la capacità del diodo di polarizzazione (ma guarda cosa esce, dall'analisi un pelo più approfondita di un circuito !).
Se uso un diodo switching (1N4148) l'isteresi è molto più bassa che se uso un diodo comune (1N40xx).
Se uso un diodo Schottky -risistemando la polarizzazione- l'isteresi torna alta ( lo Schottky dovrebbe avere una giunzione metallo-semiconduttore e non semiconduttore-semiconduttore).