Mätförstärkare, en halv Watt

[Spisblinkaren]

?

Jag gör några ändringar ovan för jag har räknat fel.

Naturligtvis, jag gör alltid det

MVH/Roger
PS
Shit, jag kopierar ner det istället:

---------------------------
Om vi använder BC546B i diffsteget så fås att spänningsförstärkningen blir hfe*Rc/(Rs+hfe*Re) och Re (P1/2) är 50 Ohm nominellt och då har vi hfe*Rc/(Rs+10000).

Så så länge man biaserar trissorna med <<10k (Rs) så blir förstärkningen Rc/Re.

På plusingången är Rs i det närmaste noll (50 Ohm från generator) så plussidan av förstärkningen blir Rc/Re=1k8/50~40 (Av+)

På minusingången har jag vid test haft Rs=5k dvs 10k//10k så minussidan av förstärkningen blir hfe*Rc/(Rs+10k)=hfe*1k8/15k~20 (Av-)

Så förstärkningen ut blir AvDM/2 som alltså är typ 15 i medel.

Om jag inte räknar helt galet ser man här att låga återkopplingsmotstånd (Rs) ger en högre förstärkning.

Har aldrig hört om det fenomenet när det gäller OP

Om vi nu tittar på vad Re=0 skulle innebära så blir uttrycket för förstärkningen hfe*Rc/(Rs+hie):

Av+=200*1k8/(Rs+hie)=200*1k8/75=4800
Av-=200*1k8/(Rs+hie)=200*1k8/5025=72

För Camenzind har lärt mig att hie är typ 25 Ohm vid 1mA (och rumstemperatur).

Jag fattar inget om elektronik men det känns som att det är en lycklig slump att signalen plockas från +-trissan

Om vi skulle nyttja Darlingtons istället får vi följande fall:

Re=50 Ohm (hfe*Re=30000*50=1,5M):
Av+=Rc/Re=1k8/50~40 ty hfe*Re>>Rs (50 Ohm)
Av-=Rc/Re=1k8/50~40 ty hfe*Re>>Rs (5k)

Rs måste alltså närma sig typ 100k för att påverka.

Önskvärt är att trissorna matchas manuellt så att endast en lien offset-justering behövs, annars faller lätt hfe*Re>>Rs (se nedan...).

Vad härligt symmetrisk förstärkningen blev, förresten

Re=0:
Av+=hfe*Rc/(Rs+hie)=30000*1k8/75=720000
Av-=hfe*Rc/(Rs+hie)=30000*1k8/5025=11000

Så här mycket förstärkning bojkottar jag alltså gladeligen

Av smidighetsskäl repeterar jag ovanstående uträkningar för BC546B:

Re=50 Ohm (hfe*Re=200*50=10k):
Av+=Rc/Re=1k8/50~36 ty hfe*Re>>Rs (=50 Ohm)
Av-=hfe*Rc/(Rs+10k)=200*1k8/(5k+10k)~24 ty hfe*Re~Rs (5k).

Re=0:
Av+=hfe*Rc/(Rs+hie)=200*1k8/75=4800
Av-=hfe*Rc/(Rs+hie)=200*1k8/5025=72

MVH/Roger
PS
Blir lite sugen på Darlington med Re (dvs P1/2). Förstärkningen är inte jättehög (begränsas av mina Rc som skulle kunna vara aktiva laster istället men som jag inte behöver) men säg att hfe*Re' får vara 60k minst (Rs max<10%), då räcker det med 60k/1M5*50 Ohm=2 Ohm! Så om transistorerna bara är måttligt bra matchade tycks alltid gälla att hfe*Re>>Rs och därmed är förstärkningen Rc/Re (som dock varierar rätt kraftigt med offset dvs P1 ).

[RoPa]

Oj vad mycket räknande...

Lite fakta:

Diff steget har till uppgift att balansera insignal mot återkopplingen och att erbjuda en hög ingångsimpedans (det är där som Hfe x Re kommer in). Det steget ger ingen nämnvärd spänningsförstärkning.

VAS (Voltage Amplification Stage) är stället där spänningsförstärkningen sker (hörs på namnet ), det du kallar drivsteg.
Då du har en strömgenerator som Rc i VAS får du hög förstärkning där, dock så lastar slutsteget VAS'en ganska rejält då du inte har några seriemotstånd mellan och i CFP vilket sänmker förstäkningen.
Detta därför att VAS är även "drivsteg" och ofta behöver det avkopplas med en emiterföljare för att orka, vilket "ingår" i CFP men du har utelämnat motstånden så lasten blir rätt stor.

Slutsteget ger sedan strömförstärkning så att den låga impedansen i högtalaren orkar drivas.

Så leta inte förstärkning i diffsteget utan i VAS. Förstärkningen i diffsteget avgör hur väl det följer inspänning mot återkoppling (det hela med återkoppling är som en "servo loop").

Lycka till i teoretiseringen

[Electricguy]

Varför inte bara bygga en OP-förstärkare med diskreta komponenter?
Det brukar finns schema på databladen.

[lillahuset]

En 741:a tex.

[Spisblinkaren]

Varför inte bara bygga en OP-förstärkare med diskreta komponenter?
Det brukar finns schema på databladen.

Svaret på den frågan är mycket enkel:

För det första håller jag inte på med själlöst kopieringsbyggande (citat av John Schröder, Radiobyggboken) och för det andra vill jag gärna ha en chans, mha så enkla kretslösningar som möjligt, att förstå och teoretisera kring alla delar i mina byggen.

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Det är synd att mina Darlington (BC516/517) bara tål 30V.

Samtidigt är dessa trissor egentligen att betraktas som IC och inte diskret teknik, om man ska vara petig.

Jag vill gärna köra diskret men det kladdar ner min design om varje Darlington jag använder skall bytas mot två BC546/556 för att tåla 65V.

Jag har bestämt mig för att inte göra det.

Ett tag tänkte jag att alla aktuella trissor inklusive diffsteget skulle ha dubbla footprints varvid bas-emitter byglas för ena trissan.

Vill man gå upp till 65V så monterar man två BC546/556 istället för en BC516/517.

Men jag tänker som sagt inte göra det utan nöjer mig med +/-15V max dvs <15^2/2/8=14W i 8 Ohm (med kylfläns, obs).

Detta duger gott!

Så min avsikt nu är att ta fram ett PCB i full enlighet med det senaste schemat.

Och ärligt talat, skulle man vilja köra vid 65V så går diskret Darlington att bygga i luften...

MVH/Roger
PS
Jag har tänkt ut en annan variant på strömgeneratorerna jag använder. Man skulle kunna byta röd LED mot två dioder och en vanlig trissa istället. Om jag då använder BC546/556 så har jag genast samma prestanda men med 65V tålighet. Fast jag riktigt älskar "min" LED-lösning speciellt för att enkelt detektera fel. Nåt jag t.ex noterat är att LED inte alltid lyser trots att den är matad via Vcc ordentligt. Och varför lyser den då inte tror ni? Jo, det går ingen kollektorström varför det inte bildas nåt spänningsfall över Re dvs det är avbrott nånstans i den kretsen. Easy debugging

[Spisblinkaren]

Oj vad mycket räknande...

Ja, det blev för mycket

Lite fakta:

Diff steget har till uppgift att balansera insignal mot återkopplingen och att erbjuda en hög ingångsimpedans (det är där som Hfe x Re kommer in). Det steget ger ingen nämnvärd spänningsförstärkning.

Roger that, speciellt när Re i det här fallet väl är strömgeneratorns effektiva utgångsresistens (~10M)?

Rin på +/- blir ju inte lika hög med mitt tidigare Re på 1k2 (kanske runt 2Re dvs 3k per ingång).

VAS (Voltage Amplification Stage) är stället där spänningsförstärkningen sker (hörs på namnet ), det du kallar drivsteg.
Då du har en strömgenerator som Rc i VAS får du hög förstärkning där, dock så lastar slutsteget VAS'en ganska rejält då du inte har några seriemotstånd mellan och i CFP vilket sänmker förstäkningen.
Detta därför att VAS är även "drivsteg" och ofta behöver det avkopplas med en emiterföljare för att orka, vilket "ingår" i CFP men du har utelämnat motstånden så lasten blir rätt stor.

Det här är intressant.

Jag är ju medveten om att strömgeneratorns utgångsresistans är typiskt 10M och från andra hållet är det nästan en strömgenerator igen (biserad spänningsförstärkare) och dess utgångsresistans är inte så liten. Vet inte hur man räknar på det men minst hfe*Re dvs 30000*39~1M.

Säg då att min strömgenerering har en effektiv källresistans (Rs) av strorleksordningen 1M.

Nu har jag CFP med hfe~200*15=3000.

Och detta taget * 4Ohm blir 12k (vilket blir inresistansen till CFP).

Så även om jag har strömmen blir effektiv Rc runt 10k pga belastningen.

Eftersom ett litet men betydelsefullt Re används med Darlington så borde förstärkningen bli Rc/Re dvs 10k/40=250.

Tycks inte stämma men innan jag införde P1 hade jag 200 i förstärkning (nu 47).

Slutsteget ger sedan strömförstärkning så att den låga impedansen i högtalaren orkar drivas.

Glasklart!

Så leta inte förstärkning i diffsteget utan i VAS. Förstärkningen i diffsteget avgör hur väl det följer inspänning mot återkoppling (det hela med återkoppling är som en "servo loop").

Här tycker jag det är märkligt att när jag kappar Re i VAS så händer absolut ingenting

När jag sedan byter kappningen mot Rb (=Rs) så händer heller ingenting

Funderar nu på om jag ska kappa båda samtidigt

I första fallet blir ju
Av=hfe*Rc/(Rs+hie)=30000*10k/(18k+25)=17000

och i andra fallet
Av=Rc/Re=10k/40=250

Det enda jag förstår är att eftersom jag har Darlington så borde enbart kappningen av Rb inte spela nån roll men kappningen av Re borde spela ganska stor roll.

Vänligen ursäkta allt mitt teoretiserande

Lycka till i teoretiseringen

Jag är alltid mest intresserad av att försöka få teori och praktik att gå ihop.

Det får gärna funka praktiskt men om jag inte förstår det och inte kan räkna på det blir jag missnöjd med tillvaron

Tack återigen för dina tips!

MVH/Roger
PS
Det slår mig nu att jag har faktiskt mätt all den senaste förstärkningen ihop med 4 Ohms last. Innan var den olastad (och utan P1) och då hade jag som sagt 200 i råförstärkning. Jag tänker inte testa det här mer utan det är som det är.

[RoPa]

Ok, here we go...

Först, ditt kapande av Re och Rb förstod jag inte vad du menade med.

Förstärkningen i VAS är nog runt 250 som du räknat ur (formeln Re* Hfe är grovt förenklad dock) och det räcker för att styra ut slutsteget till +/- 15 V med en insignal på+/- 0,5V (ungefär). I alla fall så räcker det för ett principiellt teoretiserande.

För att få 0,5V in i VAS krävs +/-1V från diffsteget (du har en spänningsdelare på 18K/18K mellan).

+/- 1V ut över 1K8 (Rc i diff) är +/- 0.55mA och du biaserar den med 2mA (1mA per sida) så där är du hemma i dynamik.

Det som sedan bestämmer förstärkningen från in till ut är kvoten R15/R8, ditt återkopplingsnät.

Att P1 sänker open loop förstärkningen i diffstegetär inget problem då det bara behöver förstärka upp insignalen till max +/- 1V. och med P1 i mitten ger det Re = 50 och Rc = 1K8 --> ca 36 ggr så en insignal på ca +/- 30mV skulle räcka för max utstyrning om kvoten R15/R8 sattes till 500. Då skulle du ligga på open loop gränsen och mer går inte att få ut.
Lämpligen ska man ligga en magnitud ner så 50ggr förstärkning vore lagom och då krävs +/- 300mV in för max utstyrning vilket är rimligt för en line in.

Så grattis till väl valda värden!!!

Gick det att följa?

Det finns lite fler detaljer att ta hänsyn till men de är mindre påverkande i det stora.

[Spisblinkaren]

Fan vad skön du är, RoPa!

Tack för ditt engagemang!

Visst gick det att följa

Ibland slänger man sig dock tyvärr med ord som känns självklara för en själv.

Med kappande menar jag helt enkelt att man sätter en kondensator över motstånden (i det här fallet).

Så om man får lov att repetera tycker jag det är mycket skumt hur "kappning" av R9 INTE ger märkbart högre förstärkning.

Det borde ge mycket högre förstärkning men jag märker absolut ingenting (på den motkopplade förstärkningen med 1/B=11 som alltså ger knappt 9 ut men som vid "oändlig" råförstärkning definitionsmässigt ger 11 ut).

MVH/Roger

[RoPa]

LOL

Så AC mässig kortslutning blir kapad (?) okej....

Vilket värde var det på kondingen du satte över R9? (fo=1 / (2 x Pi x R x C))

[Spisblinkaren]

Inte kapad, kappad

Borde kanske stavas cappad som i capacitor...

Jag satte 1000uF över R9.

fo=1/(2pi*39*1E-3)=4Hz, dvs "all" AC.

MVH/Roger
PS
Jag missförstår dig nog här

[RoPa]

Åhå, sa Nalle Puh och förstod ingenting...

1000uF räcker nog, du förstod mig.

Ja, det var lite konstigt men ...

Med ett Re(ac) = 0 så får du ett större spänningsfall över R16 vilket sänker signalen. Prova hellre att "kappa" med 39 ohm i serie så du får dubbel förstärkning då lastas inte insignalen lika hårt (30000*39||39).

Såg nu också att R14 R16 inte sitter ihop (det finns inga "punkter" i någon korsning så det är lätt att ta fel...) vilket var del av mitt tidigare resonemeng.

När du försöker mäta upp "rå" förstärkningen, kör du det då utan återkoppling, R15 = öppen?

[Spisblinkaren]

Hej RoPa!

Jag nyttjar korslagda linjer när det inte är kontakt och korsade med offset när det är kontakt, om du förstår?

Jag förstår att det kan vara lite lurigt men för mig är det glasklart

Fast i just det här fallet hade jag tidigare en spänningsdelning just kring R16 som jag tog bort och ersatte med enbart R16 (för DC-nivån är ungefär riktig) bara för jag upplevde att jag statiskt belastade diffsteget för mycket när R16 var noll.

Eftersom det är svårt att Open Loop få utgången att hålla sig kring Vcc/2 så har jag på senare tid snarare mer beräknat råförstärkningen än mätt den.

Jag mäter alltså istället den motkopplade förstärkningen Av med 1/B=11 och räknar ut råförstärkningen F enligt den exakta formeln ovan.

Detta ska alltid bli rätt.

Samtidigt borde man alltså se en Av-ändring från mina (8,9) till nåt högre när F ökar.

Och Av ändras alltså inte när man kappar R9.

Vilket jag tycker är underligt.

En sak jag läste i Camenzind's bok igår var dock att cc bör tas från ett lågimpedivt ställe till ett högimpedivt och att då montera cc som Cbc kanske belastar VAS för mycket dvs det kanske är bättre att kappa från utgången.

Hur som haver, för att få maximal Miller-effekt (vad gäller minsta möjliga storlek på kondingen), så ska det vara stor effektiv spänningsförstärkning punkterna emellan.

Fast jag tror inte detta påverkar råförstärkningen helt enkelt för att jag inte mäter vid frekvens där cc spelar roll.

Eller gör jag det (mäter alltid vid 1kHz)?

Det är ju legendariskt att OP börjar falla redan vid typ 10Hz...

MVH/Roger
PS
Just nu är cc 330pF.

Såg nu att jag har två R16 så jag levererar ett nytt schema vilket förhoppningsvis är det sista

[RoPa]

cc sitter på rätt ställe, däremot kan det vara idé att mäta upp frekvensgången så den inte är för stor...

... men om du "kappar" R9 utan serie motstånd så sänker du AC impedansen in i T4 och det bildar en spänningsdelare med R16 som motverkar att öka förstärkningen.
Om du "kappar" R16 så har det inte så stor påverkan då impedansen i T4 med "okappad" R9 är väldigt hög.
Om du "kappar" båda samtidigt vet jag inte om det hjälper men generellt är det inte bra att gå till ytterligheter så om du inte gjort det så prova att "kappa" R9 med ett seriemotstånd på 39 ohm så borde du får dubblerad förstäkning.

Jag misstänkte att du mätte avvikelse i ideel återkoppling (det du kallar för F) för att få en siffra på open loop, det är naturligtvis helt funkis.

Om du ska ta detta till en effektversion skulle jag rekomendera dig att ersätta D1+D4 med en Vbe multiplier som sitter på kylkroppen, du kan trimma den till ren klass B (lämpligt då du saknar Re i slutstsget) om du vill men riskerar inte strömrusningen. Du kommer nog också får byta T1 och T2 till något mera strömtåligt då Hfe går ner vid högre Ice så det är troligt att Ice i T1 och T2 blir över 100mA

Ok, jag ska hålla koll efter offset på korsande ledningar framöver

[Spisblinkaren]

Jag har nu lusläst data för BC546B/556B respektive BD139/BD140.

Hfe skiljer sig typ 200/40.

Ice för BC546/556 är som du säger dvs max 100mA (to my surprise).

Dock är ett hfe-skifte från 200 till 40 inte nån höjdare.

BD911/912 tycks dock ha hfe>15

Om vi leker med att jag aldrig kommer mata grejerna med mer än +/-15V och aldrig lasta med mindre än 4 Ohm.

Då är maxström ut 15/4~4A(tot) dvs 2A per komplementär halva(?)

2A/15 är sedan >100mA så du har rätt

Jag klarar inte ens +/-15V matning!

Tänkte inte på det

Om vi säger BD139/140 istället då.

Då behöver VAS leverera >100mA/40 dvs 3mA typ.

Men det gör den ju redan nu

Så förstegstrissorna T1&T2 kan bytas rakt av till BD139/140 (<1,5A).

Ska avvakta färdigt PCB innan jag provar att kappa R9 med 39+1000uF som jag f.ö tycker är ett suveränt förslag!

Blir jag desperat så kommer jag prova kappa både R9 och R16

MVH/Roger
PS
Jag tror faktiskt jag gör såhär. Begränsningen hos BC546B/556B vad gäller dess strömtålighet är precis på pottkanten. Hfe för BD911/912 är nästan garanterat större än ovan minangivelse. Alltså, min konstruktion duger