Выбор выходного каскада.

[.Васильев]

Несмотря на сложившееся мнение по выбору ВК в усилителе решился на новое поднятие этой темы. Статью Н.Сухова читал, читал и С.Агеева и других авторов . При симуляции отдельных Выходных каскадов всё же вкрались сомнения. И хотелось бы услышать мнения более подготовленных товарищей, профи и любителей, которые собаку на этом съели. Вашему вниманию предлагаю 4 варианта выполнения Вк. Параллельник А.Агеева с вольтдобавкой ,стандартную тройку с межбазовыми конденсаторами, а также два варианта с Шинклаями, один стандартный ОЭ-ОЭ, второй с " композитными " транзисторами на выходе.Хотелось бы узнать поподробнее об плюсах и минусах каждого из вариантов. Схемы и модели в МС_9 в архивчике прилагаю.

[Валет]

Вот график модуля входного сопротивления стандартной тройки при токе покоя 100 мА и изменении нагрузки от 1 до 10 Ом. Как видно, изменение нагрузки влияет на частотах выше 2 мГц, на более низких ее влияние незначительное (и этому есть достаточно простое обьяснение) - гораздо больше на входное сопр. влияют токи покоя 1 - й и 2 - й пары ЭП. Как это согласуется с Вашей формулой? (ответ - никак).

Замнем для ясности. Но если необходимо, то я могу объяснить, почему это никак не согласуется с моей (хорошо, если бы это было так) формулой. В двух словах – потому что это притянуто за уши неизвестно откуда.

[SAPR]

В двух словах – потому что это притянуто за уши неизвестно откуда.

Что притянуто?
Если следовать вашей формуле, то при подключении нагрузки 800 Ом (вместо 8 Ом) входное сопр. ВК возрастает в 100 раз. (если 8 кОм - то в 1000 раз). Очевидно - бред.

---------- Добавлено в 20:21 ---------- Предыдущее сообщение в 20:11 ----------

Это часом не веточка

Она самая .

[Валет]

Если следовать вашей формуле, то при подключении нагрузки 800 Ом (вместо 8 Ом) входное сопр. ВК возрастает в 100 раз. (если 8 кОм - то в 1000 раз). Очевидно - бред.

Не бред, а именно так. Если есть эмиттерный повторитель с нагрузкой 8 Ом и напряжение на нагрузке, к примеру, 8В, то нагрузка потребляет ток 1А. На входе повторителя те же 8В (в первом приближении), а ток уходящий в базу в β раз меньше (не должно быть вопросов). Это означает, что входное сопротивление повторителя в β раз больше, чем 8 Ом. Если сопротивление нагрузки увеличить в 100 раз, то во столько же раз уменьшится ток эмиттера, а, следовательно, и ток базы. Это соответствует увеличению в 100 раз входного сопротивления повторителя (при стократном увеличении сопротивления нагрузки). Это объяснение «на пальцах», но суть отражена точно.

[deemon]

Вообще-то , если взять несколько одинаковых транзисторов и собрать на них повторители по схеме Дарлингтона , Шиклаи , ПП и ПКПС - то входные сопротивления их будут очень близки . Они будут определяться коэффициентами усиления транзисторов по току и внутренним сопротивлением транзисторов в рабочем режиме , притом эти две составляющие входного сопротивления ( точнее - импеданса ) будут как бы включены параллельно . Разница же у этих схем будет проявляться в разных нюансах - термостабильности , линейности на малой и большой мощности , искажениях на ВЧ .... Но вот именно входное ( как и выходное ) сопротивление - будет практически одинаковое у всех .

[anli]

как и выходное

Всё же, думаю, за счёт очень глубокой ОООС у Шиклаи будет заметно меньше. Имею в виду на низких частотах.

[deemon]

Всё же, думаю, за счёт очень глубокой ОООС у Шиклаи будет заметно меньше. Имею в виду на низких частотах.

А кстати , любопытный вопрос , и не совсем очевидный . Смотри , любой повторитель , независимо от схемы , работает как "трансформатор" токов в соотношении K=beta1*beta2 ( для двухступенчатого повторителя ) . То есть , если повторитель нагрузить на сопротивление R , то на входе мы увидим сопротивление R*K . И наоборот - если повторитель работает от источника сигнала с сопротивлением R , то на выходе будет сопротивтление R/K . То есть , работа всех повторителей в таком случае будет одинаковой , в идеале . Это я как раз и имел в виду , говоря про одинаковое выходное сопротивление всех каскадов ..... Но , если рассмотреть повторитель с заземлённым входом , то всё более любопытно . Если мы вход повторителя заземлим , и начнём "вкачивать" ток в его выход , то на выходе появится напряжение , определяемое его "внутренним" сопротивлением . Также и если мы подадим на выход повторителя напряжение ( небольшое ) , то потечёт ток . Отношение тока и напряжения даст нам сопротивление ... но тут есть один момент - сопротивление это будет нелинейным , то есть будет зависеть от тока ( будет уменьшаться с ростом тока ) - это происходит из-за логарифмической вольтамперной характеристики P-N перехода . То есть , если в большинстве случаев нам достаточно простой оценки выходного сопротивления Rвых=Rвх/K , то для более точного расчёта нам надо к этой величине прибавить ещё и эту нелинейную "добавку" , возникающую внутри каскада .

И вот тут , что интересно , разные каскады могут вести себя по-разному .... скажем , у дарлингтона два перехода включены последовательно , и разница между входом и выходом ( напряжение выхода при заземлённом входе ) делится между ними в каком-то соотношении , а у Шиклаи - между входом и выходом переход всего один , а второй транзистор стоит сверху . Так что , по идее , эта "добавка" должна быть разная для Шиклаи и всех прочих каскадов ... но я , к сожалению , не вижу простого способа её посчитать . То есть , для Шиклаи случай самый простой - мы берём крутизну ВАХ нижнего транзистора в рабочей точке , умножаем на (beta) верхнего , и получаем крутизну всего составного транзистора .... а вот для Дарлингтона всё будет сложнее . Притом , надо ещё учесть , что для малосигнального приближения будет влиять ток покоя каскада , то есть , насколько транзисторы открыты без сигнала . Понятно же , что чем больше ток покоя , тем меньшую "добавку" будет вносить каскад к линейному выходному сопротивлению , равному R(source)/beta1*beta2 на малом сигнале . Потом , для такого расчёта ещё важно , в каком соотношении находятся токи покоя предвыходных транзисторов и выходных ... короче , полный расчёт должен быть весьма геморройным

И кстати , ты наверняка прав , в смысле , что у Шиклаи эта составляющая будет меньше , чем у других каскадов ( из-за того , что вся разница вход-выход приложена к одному переходу ) .... другое дело , что нам редко приходится использовать ВК с нулевым сопротивлением предыдущего каскада , а с ненулевым - эта разница малозаметна , и кроме того , из-за тех причин , о которых я говорил выше - степень нелинейности ( и термозависимости ) её у Шиклаи , на том же самом малом сигнале - будет больше . Вот потому-то я и стараюсь применять выход Шиклаи только в классе А , или наоборот в чисто импульсных применениях - так как в этих случаях проблемы с малыми токами выходных транзисторов нас не волнуют .

[квазимодо4]

И кстати , ты наверняка прав , в смысле , что у Шиклаи эта составляющая будет меньше

А вот и не прав, у Шикли дело обстоит хуже чем у Дарлингтона

[SAPR]

Вообще-то , если взять несколько одинаковых транзисторов и собрать на них повторители по схеме Дарлингтона , Шиклаи , ПП и ПКПС - то входные сопротивления их будут очень близки .

Даже разные каскады брать не буду
Один и тот же каскад - параллельный повторитель. Во всех трех случаях транзисторы - одинаковые, токи покоя - одинаковые, нагрузка - одинаковая.
Зеленый график - ПКПС; красный - ПП с резистором (вместо ИТ); синий - ПП с вольтдобавкой, коллекторы первой пары на конд. вольтдобавки.
Даже в этом простом случае активное входное сопр. отличается в три раза, входная емкость - более чем в 10 раз.

Потом , для такого расчёта ещё важно , в каком соотношении находятся токи покоя предвыходных транзисторов и выходных ... короче , полный расчёт должен быть весьма геморройным

Для расчета входного сопр. необходимо подставить в ВК схему замещения транзистора и потом долго и нудно считать (а не пользоваться "формулой" из кружка юных натуралистов). Но в симулятор уже зашиты модели транзисторов - и этот расчет он делает ну очень быстро.

[SAPR]

Это соответствует увеличению в 100 раз входного сопротивления повторителя (при стократном увеличении сопротивления нагрузки). Это объяснение «на пальцах», но суть отражена точно.

Ну конечно. Только вот если, допустим, к стандартной тройке вообще не подключать нагрузку, то ее вх. сопр. будет бесконечность .

[ИГВИН]

SAPR,

Один и тот же каскад - параллельный повторитель. Во всех трех случаях транзисторы - одинаковые, токи покоя - одинаковые, нагрузка - одинаковая.
Зеленый график - ПКПС; красный - ПП с резистором (вместо ИТ); синий - ПП с вольтдобавкой, коллекторы первой пары на конд. вольтдобавки.
Даже в этом простом случае активное входное сопр. отличается в три раза, входная емкость - более чем в 10 раз.

убедительно.
А можно файлик положить, покрутить его в разных режимах самостоятельно?

[SAPR]

Конечно.

[krulfa]

Например:
Параллельный повторитель. Достаточно подключить коллекторы входных тр - ов не к шинам питания, а конд. вольтдобавки - будет совсем другое входное сопротивление (а тр - ры остаются прежние, и их коэфф. передачи по току не меняются). Значит, входное сопротивление ВК определяется не коэфф. передачи по току входящих в него транзисторов - можно привести и другие примеры. (А вообще, что это за термин коэфф. усиления тр - ра?)

Все правильно, так как подключение коллекторов транзисторов к вольтодобавке в корне меняет структуру каскада, и его нельзя сравнивать с классическим ОК. Чтобы сравнение было корректным, нужно ОК или Шиклаи тоже "подключить к вольтодобавке". Аналог вольтодобавки для ОК - это каскод, т.е. еще один транзистор над ОК, база которого привязана к потенциалу выхода. Тогда с тем же транзистором в ОК можно будет наблюдать и снижение эффективной входной емкости, и рост входного сопротивления.

Формула Валета правильная, но пригодна только для приблизительных расчетов, так как не учитывает эффект Эрли и некоторые другие вещи.

[Nota Bene]

это происходит из-за логарифмической вольтамперной характеристики P-N перехода .

ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА р-n ПЕРЕХОДА
В общем виде вольт-амперная характеристика (ВАХ) р-n перехода (рис. 1.10) представляется экспоненциальной зависимостью

I = I0 (exp U / φТ - 1) (1.11)

где I0 - обратный ток. Этот ток имеет небольшие величины (мкА или нА), но довольно сильно увеличивается при повышении температуры. Подробно I0 рассмотрим далее.

[krulfa]

То есть , для Шиклаи случай самый простой - мы берём крутизну ВАХ нижнего транзистора в рабочей точке , умножаем на (beta) верхнего , и получаем крутизну всего составного транзистора .... а вот для Дарлингтона всё будет сложнее.

... а для Дарлингтона равно обратной величине суммы выходного сопротивления выходного транзистора с выходным сопротивлением предвыходного, деленного на бету выходного.
Вопрос в том, что из двух слагаемых больше. В большинстве случаев ток покоя предвыходного транзистора больше, чем ток выходного, деленный на его бету, поэтому первое слагаемое больше, а крутизна Дарлингтона в 3..20 раз хуже, чем Шиклаи. Однако именно эта дополнительная составляющая выходного сопротивления, зависящая от тока, позволяет получить сглаживание амплитудной характеристики за счет выбора оптимального падения напряжения на эмиттерных резисторах.

Резюмируя, в практических реализациях АВ Шиклаи имеет более выраженные искажения амплитудной характеристики, вызванные искажениями двойной проводимости, чем Дарлингтон, так как для эквивалентной эффективности по сглаживанию сопротивления эмиттерных резисторов в Шиклаи должны быть в 3...20 раз меньше, чем для Дарлингтона, а область сглаживания будет уже, что ухудшит звучание.

Шииклаи в АВ звучит до тех пор, пока ОООС справляется с его недостатками, и пока это так, все будет ничего. Но порог, пока ОООС справляется, значительно ниже.

[SAPR]

Чтобы сравнение было корректным, нужно ОК или Шиклаи тоже "подключить к вольтодобавке".

Опять двадцать пять . В том примере я не сравнивал ПП с Дарлингтоном и Шиклаи. Был один и тот же ПП в разных вариантах - и получен разный результат, который никак не обьясняется примитивной формулой. Более того, ранее приводил входное сопр. стандартной тройки (при разных сопротивлениях нагрузки) - опять же никакой связи с простым перемножением коэфф. по току транзисторов, входящих в ВК.
Даже если взять просто пару компл. транзисторов (с необходимым смещением) - уже входное сопротивление не равно произв. коэфф. передачи по току на сопр. нагрузки - поскольку присуствует 100% ОС по току.
Входное сопр. ВК + параллельное ему выходное сопр. УН - это преобразователь тока в напряжение - и от свойств этого преобразователя во многом зависят характеристики УМ в целом.

[deemon]

Даже разные каскады брать не буду
Один и тот же каскад - параллельный повторитель. Во всех трех случаях транзисторы - одинаковые, токи покоя - одинаковые, нагрузка - одинаковая.
Зеленый график - ПКПС; красный - ПП с резистором (вместо ИТ); синий - ПП с вольтдобавкой, коллекторы первой пары на конд. вольтдобавки.
Даже в этом простом случае активное входное сопр. отличается в три раза, входная емкость - более чем в 10 раз.

Да , но тут показан случай холостого хода , то есть без нагрузки .... а в реальности нас больше интересует работа нагруженного повторителя . А в случае с нагрузкой эти различия нивелируются . Опять же , ясно , что подвешивая коллекторы первой ступени на вольтдобавку , мы получаем следящий повторитель , у которого выше входной импеданс .... но , как я мыслю , делать это для двухкаскадного повторителя смысла нет ( под нагрузкой сопротивление всё равно "просядет" ) . А вот для трёхкаскадного "подвесить" первый каскад - смысла уже гораздо больше . И я , кстати , один раз так делал - в гибриде класса А с очень мощным выходом .

Для расчета входного сопр. необходимо подставить в ВК схему замещения транзистора и потом долго и нудно считать (а не пользоваться "формулой" из кружка юных натуралистов). Но в симулятор уже зашиты модели транзисторов - и этот расчет он делает ну очень быстро.

Да , но вот лично я , например , ненавижу долгие и нудные расчёты Вот тут , как раз , имеет смысл воспользоваться симулятором ..... другое дело , что эта инфа мне не особо-то и нужна . А если понадобится - можно и численно посчитать на симуляторе , или просто измерить всё в реальности . Как хорошо сказал один учёный - "лучшая модель природы - это сама природа"

[Nota Bene]

Во всех трех случаях транзисторы - одинаковые, токи покоя - одинаковые, нагрузка - одинаковая.
Зеленый график - ПКПС

Для него (ПКПС) у вас ток покая выходных транзисторов =200mA, для остальных =60mA....
Если уменьшить V48 до 1.4V, то тогда получим примерно одинаковые токи покоя
И график для ПКПС будет другой...

[ИГВИН]

Для него (ПКПС) у вас ток покая выходных транзисторов =200mA, для остальных =60mA....

уже подравнял...

[SAPR]

Да , но тут показан случай холостого хода , то есть без нагрузки ....

Как это? (как раз с нагрузкой и показан).

Для него (ПКПС) у вас ток покая выходных транзисторов =200mA, для остальных =60mA....

Возможно у Вас другие модели транз. - ну так не проблема уменьшить смещение:

Если уменьшить V48 до 1.4V, то тогда получим примерно одинаковые токи покоя

И график для ПКПС будет другой...

Но все равно все три графика будут разными.

[ИГВИН]

Интересно, что ПКСП и классика с ИТ показали одинаковый результат, а по АЧХ лучше других оказался с вольтдобавкой
Хотя я и уменьшил емкости до 10 mF (имхо вполне вменяемая величина).