Мощный выходной каскад для операционника, Подскажите, в чем загвоздка? Опции

[AndyDev]

Есть выходной каскад усилителя звуковой частоты с нулевым выходным сопротивлением:


На входе тестовый источник треугольного сигнала амплитудой 3В.
Далее сигнал поступает на операционник,
операционник управляет по току делителем R6/Q1,
и все это заканчивается эмиттерным повторителем на комплементарной паре Q2/Q3
с выхода которой идет обратная связь на операционник.

Казалось бы - все просто, всего лишь добавили дополнительный мощный каскад к операционнику. Но на практике появились проблемы.

Вот как выглядит результат работы каскада, если на вход подавать треугольник, а нагрузкой является резистор 1кОм. (смоделировано в Micro-Cap):


А вот как выглядит результат работы, если нагрузка емкостная (параллельно резистору добавил конденсатор 0.1мкф):


Очевидно, что осциляция на выходе вызвана задержкой работы транзисторных каскадов.

Отсюда вопрос - как построить по подобной или схожей схеме мощный выходной каскад на операционнике, но лишенный вышеизложенной проблемы?
Конечно можно отказаться от каскада на Q1, но это повлечет за собой необходимость применить операционник с питанием > 28 вольт. Вроде нет проблем, но опорное напряжение в моем случае может быть не только 27 вольт, но и 50, и 80. А дешевых операционников с таким питающим напряжением я еще не встречал...

[Alex_IC]

Так корректирующий конденсатор надо добавить, например параллельно R6. И подобрать его значение путем параметрического анализа в том же микрокапе.

[Vjacheslav]

Для начала необходимо последовательно с R6 включить 2 диода и базы Q2 и Q3 подключить так, чтобы они были разнесены на 2 диода - у Вас мертвая зона ~ 1.4 В по базе Q2,Q3. Попросту у Вас глубокий режим C выходного каскада, а надо ближе к AB. Думаю уже эти изменения "излечат" Вашу схему.

[Designer56]

Лучше разделить TR1 и инвертирующий вход ОУ резистором, а между выходом ОУ и его инв. входом включить корректирующий конденсатор. R*C выбирается из необходимого запаса устойчивости (можно проверить по апериодичности реакции усилителя на ступеньку) и требуемого быстродействия схемы.

[Krys]

Очевидно, что осциляция на выходе вызвана задержкой работы транзисторных каскадов.

А может более быстродействующие транзисторы поставить? К стати, у Вас номиналы R2, R4, R5 высоковаты. Учитывая ёмкости входов это может вполне приводить к снижению реакции схемы и к осцилляциям. Попробуйте всё уменьшить раз в 10.

[yxo]

Сущетсвуют интегральные усилители мощности. На замарачивайтесь с транзисторами. Тем более если говорить о усилителе звуковой частоты. С транзисторами вы никогда не получите низкого значения нелинейных искажений и высоких SNR!

[Alex255]

Для начала необходимо последовательно с R6 включить 2 диода и базы Q2 и Q3 подключить так, чтобы они были разнесены на 2 диода - у Вас мертвая зона ~ 1.4 В по базе Q2,Q3. Попросту у Вас глубокий режим C выходного каскада, а надо ближе к AB. Думаю уже эти изменения "излечат" Вашу схему.

С диодами поаккуратнее надо. А то и сквозняк получить недолго. Обычно для настройки смещения пользуется транзистор и переменный резистор.

Схема вообще не есть гуд. При малых напряжениях искажения будут велики. Если это аудиоусилитель то необходимо "центрировать" входной сигнал между шинами питания и обеспечить 100% ООС по постоянке (конденсатор между R5 и землей).
Осцилляции можно пробовать лечить локально (конденсатор между базой и коллектором Q1) но лучше глобально - параллельно R4.
А симмулятор привирает - при нуле на входе на выходе нуля не будет, будет напряжение насыщения транзистора Q3.

[deemon]

Есть выходной каскад усилителя звуковой частоты с нулевым выходным сопротивлением:

Вообще-то , этой схеме место в книге Хоровица-Хилла , в разделе "негодные схемы" Она более-менее работать будет разве что на очень низких частотах , на сотнях герц например , если не возбудится сразу , ха-ха ..... особенно чудно выглядит резистор 100 ком в базе транзистора

Сообщение отредактировал deemon - Nov 29 2007, 08:08

[Alex255]

Да, на это внимания не обратил. Тут и без этого много интересного))). Номиналы резисторов ООС годятся только для полевых входов. А 100к в базовой цепи это жестоко...

[deemon]

Но что интересно - в симуляторе ОНО работает Я уж не первый раз говорю - люди , осторожнее относитесь к симуляторам !

Да, на это внимания не обратил. Тут и без этого много интересного))). Номиналы резисторов ООС годятся только для полевых входов. А 100к в базовой цепи это жестоко...

Да и на полевых входах проблемы могут быть - из-за ёмкостей входов , например .......

[Designer56]

Но что интересно - в симуляторе ОНО работает Я уж не первый раз говорю - люди , осторожнее относитесь к симуляторам !

Так в схеме ОУ идеальный заложен, судя по всему. Поэтому и работает как-то. Надо ради интереса посмотреть токи-напряжения на его выходе. А что за симулятор, кстати?

[AndyDev]

Так корректирующий конденсатор надо добавить, например параллельно R6. И подобрать его значение путем параметрического анализа в том же микрокапе.

Пробовал, осциляция только усиливается, поскольку увеличивается задержка распространения сигнала в цепи обратной связи.

Забыл написать, что это выходной каскад для телефонной приставки, а следовательно и требования к полосе пропускания, искажениям и прочему в пределах соответствующих ГОСТ'ов, т.е. невелики.

А может более быстродействующие транзисторы поставить? К стати, у Вас номиналы R2, R4, R5 высоковаты. Учитывая ёмкости входов это может вполне приводить к снижению реакции схемы и к осцилляциям. Попробуйте всё уменьшить раз в 10.

Пробовал, не помогает. А при уменьшении R2, осциляция еще и усиливается.

Сущетсвуют интегральные усилители мощности. На замарачивайтесь с транзисторами. Тем более если говорить о усилителе звуковой частоты. С транзисторами вы никогда не получите низкого значения нелинейных искажений и высоких SNR!

Если есть ДЕШЕВЫЕ усилители мощности, почему бы и нет. Себестоимость этого усилителя, например, по деталькам - пол доллара.

Вообще-то , этой схеме место в книге Хоровица-Хилла , в разделе "негодные схемы" Она более-менее работать будет разве что на очень низких частотах , на сотнях герц например , если не возбудится сразу , ха-ха ..... особенно чудно выглядит резистор 100 ком в базе транзистора

Я конечно в усилителях не копенгаген, но это не прецензионный УНЧ, а ДЕШЕВЫЙ выходной каскад для телефонной приставки. При создании, была задача удешевить схему максимально, сохраняя все же ее работоспособность.

Да, на это внимания не обратил. Тут и без этого много интересного))). Номиналы резисторов ООС годятся только для полевых входов. А 100к в базовой цепи это жестоко...

Обьясняю почему 100К. Учитывая, что коэффициент усиления по транзистора Q1 около 100-200, этого вполне достаточно, чтобы управлять током делителя R6/Q1 в линейном режиме. Кстати, при уменьшении сопротивления R6, осциляция только усиливается, как я писал уже выше.

Так в схеме ОУ идеальный заложен, судя по всему. Поэтому и работает как-то. Надо ради интереса посмотреть токи-напряжения на его выходе. А что за симулятор, кстати?

Micro-Cap


Если интересно, могу выложить исходник схемки для Micro-Cap.

[deemon]

Так если нужен простой и дешёвый усилок , то почему бы его не упростить совсем ? Выкинуть Q1 , базы Q2 и Q3 подключить к выходу ОУ , цепь ОС завести на (-) ОУ ...... короче , сделать классический умощнённый ОУ . Смещение на базы выходников можно не подавать , если качество не важно , и кстати , резисторы в ООС поставить поменьше , скажем , R5 пусть будет 10 ком , а R4 - 68 ком , ОУ запитать от того же питания , что и выход . Такая схема уже будет как-то работать . Ещё полезно включить между базами и эмиттерами выходных транзюков резистор порядка 1 ком , это улучшит работу схемы при малом сигнале на выходе .

[AndyDev]

Так если нужен простой и дешёвый усилок , то почему бы его не упростить совсем ? Выкинуть Q1 , базы Q2 и Q3 подключить к выходу ОУ , цепь ОС завести на (-) ОУ ...... короче , сделать классический умощнённый ОУ . Смещение на базы выходников можно не подавать , если качество не важно , и кстати , резисторы в ООС поставить поменьше , скажем , R5 пусть будет 10 ком , а R4 - 68 ком , ОУ запитать от того же питания , что и выход . Такая схема уже будет как-то работать . Ещё полезно включить между базами и эмиттерами выходных транзюков резистор порядка 1 ком , это улучшит работу схемы при малом сигнале на выходе .

Именно с такой схемы я и начинал,
но хотел угнаться сразу за двумя зайцами - сделать возможным работу схемы при напряжениях больших, чем Umax операционника.
Такая схема работает вообще идеально...

Кстати, какой смысл уменьшать R5/R4, если емкость входа того же LM324 невелика, ток невелик, и рабочая частота небольшая?

Сообщение отредактировал AndyDev - Nov 29 2007, 14:06

[deemon]

Именно с такой схемы я и начинал,
но хотел угнаться сразу за двумя зайцами - сделать возможным работу схемы при напряжениях больших, чем Umax операционника.
Такая схема работает вообще идеально...

Кстати, какой смысл уменьшать R5/R4, если емкость входа того же LM324 невелика, ток невелик, и рабочая частота небольшая?

Но вопрос - КАКОЕ напряжение нужно на выходе ? Если оно позволяет - то и надо применять ОУ с парой транзисторов на выходе , любой ОУ общего назначения ( хотя бы массовый и дешёвый ОУ LM358 ) выдерживает +- 15 вольт , или +30 однополярного . А вот если НЕ позволяет - тогда надо ставить дополнительный каскад усиления .... но не так же его надо делать-то Надо поставить каскад с местной ОС , чтобы он не имел большого усиления и сильного завала на ВЧ , и только лишь обеспечивал раскачку выхода до нужного напряжения , не более того . Далее , нужно для расчёта знать сопротивление нагрузки , чтобы определить максимальный ток и рассчитать режимы транзисторов . Если ток не слишком велик - можно применить схему с активной нагрузкой всего на двух транзисторах , которая и напряжение усилит , и ток в нагрузку даст . Вот например так :

Верхний транзистор в этой схеме можно поставить составной , тогда в базовую цепь лучше поставить два диода .
Нижний тоже можно взять составной , можно оба взять типа КТ972 или подобных ему .
Насчёт же сопротивлений в цепи ОС , то слишком большими их делать не надо , так как это может привести к слишком большому сдвигу фаз в цепи ОС . Больше 10 ком применять нежелательно .....

Сообщение отредактировал deemon - Nov 29 2007, 14:49

[AndyDev]

Вот например так :

Верхний транзистор в этой схеме можно поставить составной , тогда в базовую цепь лучше поставить два диода .
Нижний тоже можно взять составной , можно оба взять типа КТ972 или подобных ему .
Насчёт же сопротивлений в цепи ОС , то слишком большими их делать не надо , так как это может привести к слишком большому сдвигу фаз в цепи ОС . Больше 10 ком применять нежелательно .....

Спасибо, попробую помоделировать предложенный вариант применительно к своему случаю в Micro-Cap.

Идеальным вариантом, конечно же было бы использование просто комплементарной пары на выходе операционника. Минимум обвязки и места на плате.
Но в этом случае не могу представить дешевого и простого варианта коммутации на этот же выход постоянки 48 или 60В. Т.е. на вход этой пары транзисторов подается опорное 60в, а транзисторы являются только повторителями. В этом случае непонятно как отсоединять выход операционника от баз этих транзисторов.

[deemon]

Спасибо, попробую помоделировать предложенный вариант применительно к своему случаю в Micro-Cap.

Идеальным вариантом, конечно же было бы использование просто комплементарной пары на выходе операционника. Минимум обвязки и места на плате.
Но в этом случае не могу представить дешевого и простого варианта коммутации на этот же выход постоянки 48 или 60В. Т.е. на вход этой пары транзисторов подается опорное 60в, а транзисторы являются только повторителями. В этом случае непонятно как отсоединять выход операционника от баз этих транзисторов.

А что мешает подать на базы этих транзисторов постоянку через резистор , а сигнал подавать туда же через кондёр ? ООС же по переменке можно подавать на ОУ с выхода опять же через кондёр .... Но так можно делать , только если не надо усиливать постоянную составляющую ( она всегда будет 60 вольт , например ) , а только лишь сигнал , который тут будет переменной составляющей . Короче , тут всё от исходных условий зависит ............

[AndyDev]

А что мешает подать на базы этих транзисторов постоянку через резистор , а сигнал подавать туда же через кондёр ? ООС же по переменке можно подавать на ОУ с выхода опять же через кондёр .... Но так можно делать , только если не надо усиливать постоянную составляющую ( она всегда будет 60 вольт , например ) , а только лишь сигнал , который тут будет переменной составляющей . Короче , тут всё от исходных условий зависит ............

К сожалению, постоянку в сигнале отсекать нельзя. Она программируемая и добавляется к переменке внутри МК, потом на ЦАП, потом на антиальясинговый фильтр, потом все это на операционник.

Да и в режиме, когда уложена трубка (т.е. в линии 32, 48 или 60в), никакой точности особой не надо, знай себе поддерживай на выходе слаботочный уровень сигнала (не больше 1мА). Но уровень этого сигнала опятьже получен с ЦАП'а, усилен операционником и промасштабирован на диапазон текущего питающего напряжения (60в, если максимально требуемый сигнал до 60в)

[deemon]

Ну значит , можно попробовать ту схему с активной нагрузкой . Ток в телефонной линии небольшой , так что составные транзисторы ставить необязательно .

[Designer56]

Ток в телефонной линии небольшой , так что составные транзисторы ставить необязательно .

Ток в телефонной линии должен быть 20 мА мин.- если предполагается питать ТА.

Если иметь ввиду переменный ток сигнала- то номинальное значение 775 мВ/600 Ом.

[AndyDev]

Ток в телефонной линии должен быть 20 мА мин.- если предполагается питать ТА.

Если иметь ввиду переменный ток сигнала- то номинальное значение 775 мВ/600 Ом.

20-25мА это только в разговорном режиме, при постоянке не более 20 вольт.

Кстати, откуда такие точные данные про 775мА/600 Ом?

[Designer56]

Кстати, откуда такие точные данные про 775мА/600 Ом?

1 мВт на 600 Ом- это как раз 775 мВ. Это стандартное значение уровня речевого сигнала в телефонии. Кстати, выходное сопротивление звуковых генераторов 600 Ом- как раз оттуда. А вообще, это прописано в рекомендациях ITU серии G, O и в других- их много. 600 Ом- это характеристическое сопротивление телефонной пары.

20-25мА это только в разговорном режиме, при постоянке не более 20 вольт.

Что значит "при постоянке"?

[AndyDev]

1 мВт на 600 Ом- это как раз 775 мВ. Это стандартное значение уровня речевого сигнала в телефонии. Кстати, выходное сопротивление звуковых генераторов 600 Ом- как раз оттуда. А вообще, это прописано в рекомендациях ITU серии G, O и в других- их много. 600 Ом- это характеристическое сопротивление телефонной пары.

Что значит "при постоянке"?

Ну, например, в стандартных сликах, если напряжение батареи равно 24в, то постоянка 20в, а переменка +-4в.

Да и потом, все эти забугорные рекомендации конечно хороши, но не думаю, что наши отечественные аппараты во всем соответствуют данным стандартам. И уж тем более, что четко выдерживают 600Ом импеданса по переменке.

[Designer56]

Да и потом, все эти забугорные рекомендации конечно хороши, но не думаю, что наши отечественные аппараты во всем соответствуют данным стандартам. И уж тем более, что четко выдерживают 600Ом импеданса по переменке.

Выдерживают, и, кстати, гораздо точнее. Я имею ввиду аппараты старого типа. Это раньше жестко контролировалось. Кстати, это не забугорные- это международные рекомендации. Наша страна всегда учавствовала в их разработке. Я даже знал лично человека, который был в свое время представителем СССР как раз по вопросам передачи сигналов по линии и ТА тоже. СЛИК на 24 В городскую линию не потянет- он для учрежденческих. Через СЛИКи, кстати, передается тот же мВт. Для угольных микрофонов вообще 20 мА-мин.

[AndyDev]

Выдерживают, и, кстати, гораздо точнее. Я имею ввиду аппараты старого типа. Это раньше жестко контролировалось. Кстати, это не забугорные- это международные рекомендации. Наша страна всегда учавствовала в их разработке. Я даже знал лично человека, который был в свое время представителем СССР как раз по вопросам передачи сигналов по линии и ТА тоже. СЛИК на 24 В городскую линию не потянет- он для учрежденческих. Через СЛИКи, кстати, передается тот же мВт. Для угольных микрофонов вообще 20 мА-мин.

Интересно.
А можно тогда поточнее ссылочки на эти рекомендации?

[iosifk]

У меня вот вопрос: а откуда же берется +/- 12 В?
Ведь как я помню если подключить к линии телефон с громкой связью, то от питающего напряжения останется не более 3-5 Вольт. И для таких штук у Моторолы есть Мс119 (номер точно не помню..) там мостовой каскад, который работает на динамик 50 Ом...
А уж аудио усилителей для патефонов вообще полно. Так зачем весь сыр-бор? для диплома-курсовика?

[Designer56]

Да тема просто ушла в в этом направлении, когда озвучили, для чего она нужна. Схема вообще не годится для реальной т. линии- хотя бы по той причине, что на линии, даже городской, даже подземной, возможны наводки до 1,5кВ, насколько я помню, в зависимости от протяженности и т.д. Если нужны точные данные- рекомендация К-51 ITU. Кстати, аппаратура, подключенная к тедлефонной линии должна выдерживать прямое подключение к 220 В без выхода из строя. Даже гражданская. Это точно- мне самому приходилось такую разрабатывать и проводить такие испытания. Совершенно официальные. Про токи линии я уже писал.

[AndyDev]

Посмотрел эти рекомендации - там сам черт ногу сломит, пока найдет нужное.
Не нашел главного, требований к телефонному устройству (импеданс по постоянке, переменке, ток и прочее).
Кроме того как-то не верится, что амплитуда переменки в разговоре 1вольт.
Если смотреть на стандартные слики, то там +-4вольта размах заложен.

[Stanislav]

Посмотрел эти рекомендации - там сам черт ногу сломит, пока найдет нужное.
Не нашел главного, требований к телефонному устройству (импеданс по постоянке, переменке, ток и прочее).
Кроме того как-то не верится, что амплитуда переменки в разговоре 1вольт.
Если смотреть на стандартные слики, то там +-4вольта размах заложен.

Лучше бы написали, что именно нужно сделать. Иначе получите ещё вагон с тележкой не относящихся к Вашим проблемам советов.

Да тема просто ушла в в этом направлении, когда озвучили, для чего она нужна...

Лично я этого так и не понял...

[AndyDev]

Лучше бы написали, что именно нужно сделать. Иначе получите ещё вагон с тележкой не относящихся к Вашим проблемам советов.

Лично я этого так и не понял...

Телефонная приставка (к которой подключается стандартный телефон), которая должна выдавать на него звук, питать постоянкой в режиме уложенной и поднятой трубки. Т.е. быть для него честной оффисной телефонной станцией.

[Mike]

Попробуйте, в качестве выходного каскада схему из приложенного файла, пользуюсь этой схемой с 70х годов, работает всегда нормально и смещения выхода итносительно входа нет.

Прикрепленные файлы

 povtoritel.pdf ( 3.16 килобайт ) Кол-во скачиваний: 109

 

[Stanislav]

Телефонная приставка (к которой подключается стандартный телефон), которая должна выдавать на него звук, питать постоянкой в режиме уложенной и поднятой трубки. Т.е. быть для него честной оффисной телефонной станцией.

Вызывной сигнал на телефон она должна уметь подавать?
И вообще, она должна включаться в разрыв телефонной линии, или просто имитировать работу (офисной) АТС?

[AndyDev]

Вызывной сигнал на телефон она должна уметь подавать?
И вообще, она должна включаться в разрыв телефонной линии, или просто имитировать работу (офисной) АТС?

Имитировать.
Вызывной сигнал конечно должна.

Попробуйте, в качестве выходного каскада схему из приложенного файла, пользуюсь этой схемой с 70х годов, работает всегда нормально и смещения выхода итносительно входа нет.

Спасибки.
Но не понятно, чем эта схема в моем случае принципиально лучше простой комплементарной пары транзисторов?

[Mike]

Имитировать.
Вызывной сигнал конечно должна.


Спасибки.
Но не понятно, чем эта схема в моем случае принципиально лучше простой комплементарной пары транзисторов?

Эта схема отличается тем что, все транзисторы в ней не заперты и находятся в активной области. Это достаточно известное решение.

[deemon]

Попробуйте, в качестве выходного каскада схему из приложенного файла, пользуюсь этой схемой с 70х годов, работает всегда нормально и смещения выхода итносительно входа нет.

Очень хорошее решение , особенно для высококачественных усилителей НЧ и буферных каскадов . Мой любимый выходной каскад , особенно хорош при смещении напряжением , а не током . Но в данном случае , ИМХО , качество этой схемы избыточно , а 4 транзистора - это всё же больше чем 2

[AndyDev]

Эта схема отличается тем что, все транзисторы в ней не заперты и находятся в активной области. Это достаточно известное решение.

В случае телефонии думаю, что это избыточно. Это не высококачественный аудиоусилитель.

[Designer56]

Посмотрел эти рекомендации - там сам черт ногу сломит, пока найдет нужное.

Поищите Гост 7153-85 "Аппараты телефонные общего применения. ОТУ", или его заменяющий. У меня, к сожалению, нет его в электронном виде. Вот некоторые выдержки из него:
Модуль вх. сопротивления:
в разг. режиме- 450-800 Ом (600 номинал)
ожидание вызова- не менее 10 кОм
вызов- не менее 4 кОм
падение напряжения при токах от 15 до 70 мА может быть от 10 до 20 В. (максимальные значения в заданных воротах)
Что касается Ваших СЛИКов: напряжение -+ 4В- это гарантированное напряжение которое может выдать М/С. Это не значит, что на линию требуется +-4 В. И, кстати, 1 мА- это максимально- допустимая сила тока, потребляемая ТА в режиме ожидания вызова.

[AndyDev]

Поищите Гост 7153-85 "Аппараты телефонные общего применения. ОТУ", или его заменяющий. У меня, к сожалению, нет его в электронном виде.

Как интересно...
На всех сайтах за эти госты дЭнЭг хотят...

[AndyDev]

В общем начитался я ГОСТ"ов.

Правильно ли я понял, что импеданс телефона должен быть 600 Ом по переменке.
А по постоянке может быть от 150 до 600 Ом.

Как тогда это можно изобразить на эквивалентной схеме?

Понятно, что 600 Ом - это импеданс разговорного тракта.
150 ом - это питание схемы телефона.

Ну тогда импедансы сложатся, и по переменке мы будем имет < 150 ом.

[Designer56]

Посмотрите рисунок. Из Гост 7153-85.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[AndyDev]

Посмотрите рисунок. Из Гост 7153-85.

Пасиба!