nelamurire etaj pilot cascod

[UNIX]

As avea nevoie si de raspunsuri ale oamenilor cu ceva mai multa scoala, pentru ca nu cred ca este foarte simpla problema ridicata aici de mine. La subiect, am inlocuit tranzistorul simplu din etajul pilot al unui amplificator de putere cu un etaj cascod in speranta unui sunet mai bun. Pana aici totul ok, dar am facut un test care m-a zapacit: am setat prin etajul cascod 3 variante de curent de bias, in acelasi timp regland mereu curentul de bias al etajului final astfel incat acesta sa ramana mereu cat de cat la aceeasi valoare, constanta.

 

Prima valoare a curentului a fost de 5mA, a-2-a de 10mA si a-3-a de 15mA. Tensiunea este de circa 50V. Tranzistoarele folosite sunt Q1-BC560 si Q2- 2SA1837. Dioda zener e de circa 9V. Puterea disipata pe Q2 in toate cele 3 variante de curent ar fi de 250mW , 500mW si 750mW. Q2 este folosit fara radiator, in acest mod putand disipa pana la 2W (cel putin teoretic). Surpriza mea a fost sa constat ca cu cat s-a marit curentul de bias prin cascoda, cu atat sunetul a devenit mai agresiv , mai metalic. Ma asteptam la contrariu. Intrebarea mea ar fi de ce se intampla acest lucru ? Pare ca distorsiunile cresc in mod sesizabil in loc sa scada.

 

Cautand pe net ceva explicatii, eu am gasit 2 variante care mi-au ridicat semne de intrebare. Am citit ca un tranzistor in baza comuna, este cel mai sensibil la variatiile de temperatura, curentul de colector crescand sesizabil odata cu cresterea temperaturii, fata de emitor-comun sau colector-comun, care ar fi cumva mai imune. Se poate ca acest fapt sa duca la distorsiuni sesizabile ?

 

Al-2-lea ar fi ca tranzistorul in baza-comuna prezinta o impedanta de intrare foarte mica, cu cat crescand curentul de bias cu atat se miscoreaza impedanta de intrare. Aceasta impedanta mica de intrare a lui Q2 sa forteze Q1 ? Practic Q1 la iesire este fortat sa lucreze in curent si nu in tensiune. De aici pot sa creasca distorsiunile ?

 

A-3-a intrebare, cumva ar putea ca odata cu cresterea curentului de bias prin etajul cascoda sa creasca si castigul in bucla deschisa astfel incat sa fie nevoie de o noua compensare mai mare ? Actualmente cascoda este bypass-ata de un C = 47pF.

[hpavictor]

Monteaza un Zenner mai mic ( maxim 5V1 ) si polarizeaza corespunzator cat sa stea in cotul Zenner ( 10 mA curentul prin Zenner este OK ) iar curentul prin VAS trebuie sa fie minim de 10 ori mai mare decat curentul de baza al finalilor , in mod simplist . Atentie la compensare , este posibil in cazul tau amplificatorul sa fie subcompensat si din acest motiv sa produca distorsiuni mari........Nu se poate pronunta nimeni de ce nu functioneaza corespunzator amplificatorul tau , sunt prea multe variabile.....

[UNIX]

S-ar putea sa ai dreptate. Curentul actual prin zener il am setat la 5mA. Zenerul e de 1,3 W. Din ce stiu eu, puterea ar trebui sa se situeze cam la 25% din maxim pentru a avea impedanta minima. In cazul meu puterea lui e pe la 50mW, adica undeva la 4%, ceea ce face probabil ca zenerul sa lucreze cu o impedanta prea mare , afectand probabil prea mult tensiunea de pe zener si curentul din baza lui Q2. Ce zici, in locul acelei diode zener, merge pus LM336 de 5V ? Sau 2 inseriate ? Banuiesc ca in acest caz impedanta vazuta de baza lui Q2 va fi foarte mica, undeva in jurul a 1 ohm in loc de sute de ohm cat e posibil sa fi fost in cazul cu zener. Etajul final nu cred sa afecteze etajul pilot prea tare, am atat driver cat si pre-driver. Am ales varianta asta mai stufoasa din cauza impedantei de iesire a cascodei, care este cunoscut ca este mare. O sa modific si condensatorul miller de compensare, o sa-l cresc la 100pF, cu toate ca o sa se injumatateasca SRul. Totusi nu am lamurita treaba cu iesirea emitorului comun din cascoda, daca acesta este influentat de impedanta de intrare mica a lui Q2 care este in baza comuna. Ma gandeam sa pun intre Q1 si Q2 o rezistenta de vreo 50 ohm , astfel incat sa cresc un pic impedanta de intrare a Q2 . Deasemenea aceasta rezistenta ar putea avea si rolul de a face Q2 cat de cat imun la variatia de temperatura. Banuiesc ca ar scadea si castigul etajului, dar nu semnificativ.

[hpavictor]

In loc de zenner pune linistit doua LEDuri verzi si in paralel cu ele un 100nF......nu se justifica complicatia pe care ai propus-o .

[UNIX]

Daaa, ai dreptate cu LED-urile, nu-mi trecuse prin cap. Multumesc pentru idee, simpla si de efect, in cazul asta impedanta va fi in zona zecilor de ohm, poate si de 10 ori mai mica decat varianta mea actuala cu zener.

[EmyRulz]

Imi dau si eu cu parerea...1) Variatiile de temperatura nu cred ca joaca un rol important deoarece puterea disipata medie este constanta. O data ce s-au incalzit tranzitorii nu exista motiv sa varieze prea mult temperatura lor. 2) Tranzistorii functioneaza la fel chiar daca variaza curentul. E adevarat ca o data cu variatia curentului variaza si castigul, dar gandeste-te ca amplificarea lui Q1 este practic -re/(re+RA) unde re = 26mv/Ie. Amplificarea lui Q2 este aproximativ Rl/re unde Rl este rez de sarcina care incarca etajul acesta(adica etajul final si compensarea in principiu) iar re sunt practic egale pt cele 2 tranzistoare. Evident ca la frecvente joase unde Rl e foarte mare apare efectul early si efectul impedantei de iesire finite a lui Q2. Amplificarea totala este deci Av = -Rl/(re+RA) deci e practic echivalent cu un tranzitor emitor comun cu o rez RA in emitor. Fapul ca variezi curentul are efect doar asupra lui re. Asta se intampla in cazul tau cand ai rez in emitor si rez de sarcina. Intr-adevar in cazul ideal, daca ai sarcina o sursa de curent si ignori celelalte etaje, o data cu cresterea curentului creste si castigul semificativ intrucat Ro = RoQ2 + (RoQ2/re +1)(beta*re//Roq1) si deci Ibias influenteaza mult rez de iesire (nu mai zic daca nu ai nici RA, atunci amplificarea o ia razna e practic -beta1*Roq1/re). Dar in cazul real influenta nu e asa de mare pe cat s-ar crede. 3) Este o posibilitate. Ca o remarca finala, nu ai cum sa stii ce se intampla pana nu masori! Faptul ca iti suna la ureche intr-un fel sau altul nu garanteaza nimic.Evident pot exista o serie de alte probleme prin circuit, aici avem doar un draft pt un etaj si cauza sa fie complet alta (incarcari necorespunzatoare ale etajelor dinaite/dupa etc etc)

[sk24bpo]

Unix, iti faci griji degeaba. Impedanta de intrare a partii de baza comuna a cascodei, practic impedanta de intrare a Q2 este corect foarte mica, dar ea nu incarca iesirea lui Q1. Impedanta intotdeauna are 2 capete ca sa zic asa. In cazul de fata unul este in emitorul lui Q2, in punctul A desenat de tine, iar al-2-lea este in baza lui Q2. Cele doua puncte, capete ale impedantei nu sunt legate direct, asa cum se intampla la o baza-comuna singulara, de sine stataoare. Aici in cascoda legatura se face prin Q1, ceea ce face ca iesirea lui Q1 sa nu fie incarcata de catre intrarea lui Q2. E ca si cum la iesirea unui amplificator ii atasezi un conductor cu rezistenta zero. Legatura dintre amplificator si sarma e extrem de mica, dar cata vreme sarma e in aer, amplificatorul nu e incarcat deloc. Daca celalalt capat al sarmei il legi la masa, atunci da, amplificatorul va fi incarcat la maximum de catre sarma, rezulta scurt-circuitul. Daca exista o degradare a sunetului cu cat cresti curentul de repaos, atunci ea poate proveni din cresterea castigului in cascoda si din modificarea fazei. Amplificatorul incepe usor-usor sa fie subcompensat si sa devina instabil. Cascoda din VAS nu da distorsiuni sesizabile. Ea este destul de stabila luata asa , separat, dar cum se afla sub reactia globala si sub reactia condensatorului de compensare (parca 47pico ai zis) cu atat mai putin ca ea sa distorsioneze. Mai zici ca ai si driver + predriver.... clar nu are cascoda nimic. Temperatura modifica castigul destul de tare intr-un etaj baza comuna, corect, dar asa cum a zis si EmyRulz, din cauza curentului de repaos muuult mai mare decat cel util, e clar ca schimbarile vor fi de frecventa extrem de joasa, astfel incat distorsiunile nu vor creste semnificativ in banda de interes. Daca amplificatorul suna diferit intre momentul de start cand e rece si momentul cand tranzistorii cascodei s-au incalzit, e clar semn de instabilitate, subcompensare.

[EmyRulz]

Q1 are intr-adevar o sarcina foarte mica (re) si de aceea are si castig sub-unitar -re/(re+RA), Asta nu inseamna ca are distorsiuni sau ca se chinuie - e ca si cum ar avea o carca de reactie locala! In plus efectul miller nu mai exista din cauza castigului mic si deci se poate obtine o banda mai larga. Doar Q2 amplifica in tesniune.

[sk24bpo]

daa, am observat si eu ca grija lui asta era, ca Q2 incarca excesiv colectorul Q1. De fapt Q2 preia amplificarea in cea mai mare parte, dar sarcina foarte mica re pe care o vede colectorul lui Q1 nu este legata direct nici la masa nici la V-(ramura de alimentare opusa in fapt), astfel incat nu "cere" curent suplimentar, ci mai degraba aceasta sarcina mica e ca si cum nu ar opune mai deloc rezistenta curentului, nu neaparat ca cere curent in plus care sa forteze Q1. Unix, mareste si tu compensarea la 100pico si vezi daca se mai modifica sunetul. Deasemenea vezi ca 2sc4793 functie de curentul de colector isi modifica banda, ft-ul, la 5ma are circa 20Mhz , iar la 15ma trece de 50Mhz.

[UNIX]

Multumesc frumos pentru raspunsuri,s-a facut lumina in mintea mea.

[scormonel]

Condensatorul de compensare nu se pune dupa ureche. Nici cu ceilalti parametrii nu te poti juca daca nu ai dotarea necesara sa poti masura rezultatele. Postez o joaca a mea cu condensatorul de compensare la un amplificator. Canalul 1 de la osciloscop este semnalul de intrare in amplificator iar canalul 2, cel albastru este semnalul pe iesirea amplificatorului. Prima oscilograma este cu amplificatorul necompensat la 20 Khz si semnal dreptunghiular.

http://forum.infoelectronica.ro/download/file.php?id=749&sid=09ed16c453a6938cb4edfebed3a5e28a

Urmatoarea oscilograma este cu amplificatorul necompensat la semnal sinusoidal.

http://forum.infoelectronica.ro/download/file.php?id=748&sid=09ed16c453a6938cb4edfebed3a5e28a

Urmatoarele doua oscilograme sunt ale aceluiasi amplificator dar cu condensatorul de compensare exagerat de 150pF.

http://forum.infoelectronica.ro/download/file.php?id=747&sid=09ed16c453a6938cb4edfebed3a5e28a

http://forum.infoelectronica.ro/download/file.php?id=746&sid=09ed16c453a6938cb4edfebed3a5e28a

Iar urmatoarele doua oscilograme sunt realizate dupa ce am compensat optim acelasi amplificator. Acest lucru l-am realizat pe semnal sinusoidal de 20 Khz, cu un condensator variabil montat in locul celui de compensare si cu distorsiometru montat pe iesirea amplificatorului. Am reglat condensatorul variabil pe distorsiuni minime. Distorsiunile cresteau si daca maream valoarea condensatorului de compensare si daca o scadeam.

http://forum.infoelectronica.ro/download/file.php?id=745&sid=09ed16c453a6938cb4edfebed3a5e28a

http://forum.infoelectronica.ro/download/file.php?id=744&sid=09ed16c453a6938cb4edfebed3a5e28a

Iar in ce priveste curentul prin etajul pilot, acesta va avea o influenta foarte mare asupra impedantei de intrare in tranzistorul cu emitorul comun ce intra in componenta etajului cascod. Daca acesta are curent mare de colector (deci impedanta mica de intrare, etajul ce-l precede va avea o amplificare aproape unitara sau subunitara si in loc sa ai o amplificare in bucla deschisa mai mare, vei obtine mai mica. De asemenea daca etajul final este realizat cu mosfet-uri sau bipolari are o importanta covarsitoare. In principiu este o idee nu prea buna sa ataci un etaj cu rezistenta de intrare puternic variabila cu semnalul (cazul bipolarilor ce au nelinearitati puternice in functie de curentul ce le strabate) cu un etaj cascod ce are o impedanta de iesire foarte mare, deci amplificare dependenta de sarcina. Etajele finale cu bipolari, de regula se ataca cu repetoare pentru a se diminua influenta puternic variabila a parametrilor cu curentul de colector. La bipolari, toti parametrii sunt nelineari cu curentul ce-i strabate. Amplificarea se reduce de peste 10 ori de la curent mic la cativa amperi, rezistenta de intrare variaza de peste 100 de ori de la curentul de repaus la cativa amperi, de asemenea raspunsul in frecventa, produsul amplificare-banda, etc, etc.

[EmyRulz]

Iar in ce priveste curentul prin etajul pilot, acesta va avea o influenta foarte mare asupra impedantei de intrare in tranzistorul cu emitorul comun ce intra in componenta etajului cascod. Daca acesta are curent mare de colector (deci impedanta mica de intrare, etajul ce-l precede va avea o amplificare aproape unitara sau subunitara si in loc sa ai o amplificare in bucla deschisa mai mare, vei obtine mai mica.

Nu prea e asa cum spui. Impedanta de intrare a etajului cascod este practic impedanta de intrare a tranzistorului emitor comun, adica Ri = Rb + (beta+1)(re+RA). Rb e fix, RA e fix si considerabil mai mare ca re intro schema normala deci impedanta de intrare nu variaza asa mult cu Ie intro gama normala de variatie a curentului de bias (adica sa nu ajungem la limite unde incepe sa scada beta). Treaba cu amplificarea subunitara a etajului dinainte depinde din nou ce fel de etaj e, ce impedanta de iesire are etc. Daca e un etaj de transconductanta (adica LTP + oglinda de curent) putin il doare.

[scormonel]

Nu prea e asa cum spui. Impedanta de intrare a etajului cascod este practic impedanta de intrare a tranzistorului emitor comun, adica Ri = Rb + (beta+1)(re+RA). Rb e fix, RA e fix si considerabil mai mare ca re intro schema normala deci impedanta de intrare nu variaza asa mult cu Ie intro gama normala de variatie a curentului de bias (adica sa nu ajungem la limite unde incepe sa scada beta). Treaba cu amplificarea subunitara a etajului dinainte depinde din nou ce fel de etaj e, ce impedanta de iesire are etc. Daca e un etaj de transconductanta (adica LTP + oglinda de curent) putin il doare.

Nu stiu cum sa ma fac inteles pentru ca nu stiu nivelul tau de instruire in electronica. O sa incerc totusi.Impedanta de intrare la frecvente inalte nu este aceiasi cu impedanta de intrare la frecvente joase la un etaj cascod. Cred ca ai lipsit de la laboratoare, altfel ai stii ca impedanta de intrare intr-un etaj cascod este aproape dubla fata de un etaj in emitor comun la acelasi curent de colector si frecvente inalte. Rezistenta de intrare intr-un etaj cu emitor comun este beta/gm, unde beta este factorul de amplificare in emitor comun iar gm este transconductanta. Transconductanta este raportul dintre variatia curentului de la iesire in scurtcircuit si variatia tensiunii de intrare. Deci impedanta de intrare este direct dependenta de curentul de colector. Daca ai facut o facultate, cauta prin cursurile de electronica si calculeaza impedanta de intrare la acelasi tranzistor la 5, 10 si 15 mA, daca nu ai cu ce sa masori. Eu am un generator digital ce-mi scrie pe ecran direct impedanta conectata la iesire fara sa mai fie nevoie sa fac vreun calcul sau masuratoare suplimentara. Si de regula pilotul este atacat de un etaj diferential. Daca debiteaza pe rezistenta de sarcina mare are amplificare mare, daca debiteaza pe sarcina de zeci de ohmi (cazul concret al unui tranzistor cu 15mA curent de colector), poate avea o amplificare in tensiune chiar subunitara, deci atenueaza in loc sa amplifice.

[EmyRulz]

N-a negat nimeni ca impedanta de intrare la etajul cascod e mai mare la fecvente inalte ca la emitor comun (si apropos nu e de doua ori mai mare, variaza cu frecventa intrucat banda e mai mare la cascoda si roll-off-ul incepe mai sus in frecventa). Asta e tot spilul cu cascoda sa scapi de efectul miller si de zeroul instabil introdus de transferul direct prin capaciatatea baza-colector la un etaj emitor comun, credeam ca era de la sine inteles asta. Ceea ce semnalam eu era cu totul altceva si anume ca atunci cand ai rezistenta in emitor, ceea ce e cazul aici, atunci impedanta de intrare este Rb + (beta +1)(re+RA), unde Rb este rezistenta intriseca a bazei, re este rez dinamica din emitor (sau 1/gm) si RA rez externa din emitor. Apropos formula scrisa de tine mai sus este corecta dar este mult simplificata. Daca RA este considerabil mai mare ca re atunci castigul nu variaza asa mult, se vede clar din formula. Legat de ultima fraza, revin la ce am scris mai sus, ca vad ca nu ai inteles: daca etajul de intrare e de transconductanta (adica intrarea este o tensiune si iesirea este un curent) amplificarea lui proprie si personala NU este afectata de sarcina, teoretic poate debita pe un scurtcircuit. Ce se va intampla intr-adevar va fi o conversie curent tensiune cu factor de proportionalitate egal cu rezsitenta aceea mica si desci castig mic, dar asta e altceva.