Como diodos e capacitores reduzem a distorção de crossover?

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Encontrei este diagrama sobre amplificadores de classe AB e a redução da distorção de crossover: insira a descrição da imagem aqui

http://www.electronics-tutorials.ws/amplifier/amp_7.html

Essa tensão de pré-polarização, tanto para um transformador quanto para um circuito amplificador sem transformador, tem o efeito de mover o ponto Q dos amplificadores além do ponto de corte original, permitindo que cada transistor opere dentro de sua região ativa por um pouco mais da metade ou 180 ° de cada meio ciclo. Em outras palavras, 180 ° + Viés. A quantidade de tensão de polarização do diodo presente no terminal base do transistor pode ser aumentada em múltiplos, adicionando diodos adicionais em série. Isso então produz um circuito amplificador comumente chamado de amplificador de classe AB e seu arranjo de polarização é dado abaixo.

Não entendo a explicação de como os diodos e os capacitores reduzem a distorção do crossover. Cada transistor (npn e pnp) deve cobrir 180 graus por seno, por que o viés 180 + não remove a distorção completa, o que os capacitores e diodos têm a ver com isso? Eu li sobre os diodos que compensam a queda de tensão do transistor duas vezes 2 × 0,6V Como isso funciona exatamente? Como o capacitor suaviza o sinal?

PulseDot
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Respostas:

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Distorção cruzada de um amplificador de classe B: -

insira a descrição da imagem aqui

A metade superior da forma de onda vem da condução TR1 e a metade inferior da condução TR2. Em algum momento, um amplificador de classe B muda do uso do transistor superior para o transistor inferior. Quando isso acontece, a tensão / base é insuficiente para ativar um dos transistores, portanto, existe uma zona morta: -

insira a descrição da imagem aqui

Os diodos transformam um projeto de classe B em uma classe AB. Agora, nem o transistor está totalmente desligado, portanto a zona morta não existe mais.

Os capacitores são incidentais - eles permitem que o sinal de entrada seja acoplado às duas bases sem que o novo arranjo de polarização seja afetado.

Andy aka
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O que acontece "sem que o novo arranjo de polarização seja afetado". significar? Há uma nova tensão de polarização na base do BJT e ela não é afetada, porque ??
precisa saber é o seguinte
Eu chamaria a primeira imagem (completamente imparcial) de classe C, e o ponto exato da polarização correta da classe B, ou seja, o ângulo de conexão é exatamente 180. A polarização excessiva torna a classe AB.
user207421
Os capacitores @PulseDot não afetam a tensão de polarização dos dois diodos - os capacitores permitem que o conteúdo CA da entrada se sobreponha ao ânodo do diodo superior e ao cátodo da parte inferior, mas a tensão real entre o ânodo e o cátodo será em grande parte ainda uma tensão contínua de cerca de 1,4 volts.
Andy aka
@EJP - um amplificador de classe C é um pouco inclinado, ou seja, possui algum viés, mas esse viés o obriga a realizar menos do que a classe B #
Andy aka
@AndyAka Não, um amplificador de classe C é definido como um cujo ângulo de condução é menor que 180 graus, e é exatamente isso que é mostrado no gráfico. A polarização é o mecanismo pelo qual essas classes são implementadas: não a definição em si.
user207421
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Os diodos compensam a queda de tensão do emissor base dos transistores. Cada transistor é executado como um seguidor de emissor. Para o transistor superior (NPN), a saída será a queda do BE menor que a entrada e, para o transistor inferior (PNP), a saída será a queda do BE mais que a entrada.

Isso significa que há uma zona morta de entrada de duas quedas de BE, onde a saída não muda. Se você colocar uma onda senoidal na entrada, a saída será as ondas senoidais, com cada uma das metades da onda com um BE menor em amplitude, com um ponto plano onde a entrada faz a transição entre a movimentação de um transistor para o outro. Este ponto plano é distorção cruzada . Isso ocorre porque o circuito não é linear quando está "cruzando" entre o uso do transistor superior para direcionar a saída para o fundo ou vice-versa.

Os diodos adicionam um deslocamento à tensão de entrada com o objetivo de acionar cada transistor. A junção BE de um transistor se parece com um diodo para o circuito e terá a mesma voltagem que um diodo quando polarizada para frente. Nesse caso, os diodos são usados ​​como fontes de tensão de um regulador de derivação para compensar as tensões BE do transistor. Eles não são usados ​​como retificadores, o que provavelmente está causando confusão.

Olin Lathrop
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Obrigado. Eu tentei na simulação e com os diodos sozinhos, ainda há essa distorção cruzada. Com os capacitores adicionados, a maior parte da distorção no crossover desaparece. O que esses capacitores fazem exatamente?
PulseDot
Se ambas as entradas são acopladas capacitivamente, não tenho certeza de ver os diodos fazendo muito. Se alguém substituísse as tampas por circuitos abertos e conectasse a entrada ao ponto médio dos dois diodos, então eu poderia ver sua utilidade. Caso contrário, se as quedas de diodo estiverem um pouquinho abaixo das quedas de BE, eu poderia ver os diodos igualando a corrente em R1 e R2, mas se as quedas de diodo forem significativamente menores, eu acho que elas adicionariam distorção. Se as quedas de diodo forem maiores que as quedas de BE, os diodos não farão nada.
supercat
@supercat Se você conectasse a entrada ao ponto médio dos dois diodos, os diodos bloqueariam os semi-ciclos de cada transistor que eles precisavam usar.
Tut
@Tut: Se o ponto médio dos diodos fosse conectado aos pontos médios das tampas, então cada diodo atuaria basicamente como uma fonte de 0,7 volts. A base do TR1 seria 0,7 volts acima da entrada e a base do TR2 seria 0,7 volts abaixo. A omissão dos limites teria o efeito de impedir que o TR1 obtivesse qualquer corrente base diferente de R1 e o TR2 obtivesse qualquer corrente base diferente de R2. Suspeito que o objetivo dos diodos seja reduzir a quantidade de corrente em estado estacionário que passaria por TR1 e TR2 sem fluir para ou a partir da carga.
supercat
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Sem os diodos, quando a entrada está entre +0,6 e -0,6V, os transistores serão desligados (não há Vbe suficiente nos transistores), resultando em uma saída de 0V causando a distorção do crossover.

Os diodos adicionados desviam a tensão do ponto Q para o circuito, permitindo que os transistores estejam ligados quando a tensão de entrada estiver entre a região -0,6 + 0,6V, resolvendo o problema de distorção do cruzamento.

dscharge
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Eu tentei na simulação e com os diodos sozinhos, ainda há essa distorção cruzada. Com os capacitores adicionados, a maior parte da distorção no nível 0V desaparece. Por que é isso?
precisa saber é o seguinte
@PulseDot Sem os capacitores, como você conseguiu o sinal de entrada nas bases do transistor sem colocá-las em curto, o que tiraria efetivamente os diodos do circuito? Os capacitores permitem que as bases sejam polarizadas em diferentes níveis, acoplando-as CA da entrada.
Tut
Então, "colocando-os em curto", porque os capacitores podem ser vistos como curtos quando houver um sinal CA e abertos quando houver uma tensão CC. A base está em 0Hz (DC), para que possam ser "influenciados em diferentes níveis", mas esqueci o que "AC acoplando-os a partir da entrada" fazia.
PulseDot
@Tut Vin pode ser aplicado ao nó entre os dois diodos.
Nicole
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A explicação do site original é duvidosa, pois a entrada acoplada ao capacitor não é uma conexão típica. (OK, talvez um limite, mas não dois. Além disso, eles mostram que a carga está aterrada, mas a entrada é negativa). Eles mostram uma curva IV e uma linha de carga, e é isso que você aprende na escola. Mas eu teria mostrado um segundo desenho, que adiciona o VAS (estágio de amplificação de tensão) com os diodos de polarização. Normalmente, esse estágio fornece parte da amplificação de tensão, mas o mais importante é diretamente acoplado ao estágio final de saída do "seguidor". O estágio VAS faz duas coisas: amplificação e polarização DC nos transistores de saída. Pense nos diodos como uma voltagem da bateria. Se a corrente fluir através dos diodos, digamos, 5mA, um deltaV é criado para os dois transistores de saída, ~ 1.4V. Para variar a tensão de polarização, o resistor em série é normalmente usado (dezenas de ohms). Na verdade, há um terceiro e muito importante aspecto que os diodos trazem para a mesa - a compensação de temperatura. A saída NPN / PNP dissipará muito calor se eles fizerem muito trabalho. Apenas alguns watts de energia criarão um aumento de temperatura nos transistores. Os dispositivos bipolares são conhecidos por suas propriedades de fuga térmica, e a tensão de polarização dos diodos diminuirá a temperaturas elevadas, compensando, portanto, as características de temperatura dos dispositivos de saída. Os diodos precisam estar em contato térmico com as saídas para detectar a temperatura das saídas. Caso contrário, as saídas se autodestruirão, pois continuarão a aquecer a tensão Vbe necessária diminui e acende com mais força até que o SOA do pacote seja excedido. Na verdade, é um terceiro e muito importante aspecto que os diodos trazem para a mesa - compensação de temperatura. A saída NPN / PNP dissipará muito calor se eles fizerem muito trabalho. Apenas alguns watts de energia criarão um aumento de temperatura nos transistores. Os dispositivos bipolares são conhecidos por suas propriedades de fuga térmica, e a tensão de polarização dos diodos diminuirá a temperaturas elevadas, compensando, portanto, as características de temperatura dos dispositivos de saída. Os diodos precisam estar em contato térmico com as saídas para detectar a temperatura das saídas. Caso contrário, as saídas se autodestruirão, pois continuarão a aquecer a tensão Vbe necessária diminui e acende mais forte até que o SOA do pacote seja excedido. Na verdade, é um terceiro e muito importante aspecto que os diodos trazem para a mesa - compensação de temperatura. A saída NPN / PNP dissipará muito calor se eles fizerem muito trabalho. Apenas alguns watts de energia criarão um aumento de temperatura nos transistores. Os dispositivos bipolares são conhecidos por suas propriedades de fuga térmica, e a tensão de polarização dos diodos diminuirá a temperaturas elevadas, compensando, portanto, as características de temperatura dos dispositivos de saída. Os diodos precisam estar em contato térmico com as saídas para detectar a temperatura das saídas. Caso contrário, as saídas se autodestruirão, pois continuarão a aquecer a tensão Vbe necessária diminui e acende mais forte até que o SOA do pacote seja excedido. Apenas alguns watts de energia criarão um aumento de temperatura nos transistores. Os dispositivos bipolares são conhecidos por suas propriedades de fuga térmica, e a tensão de polarização dos diodos diminuirá a temperaturas elevadas, compensando, portanto, as características de temperatura dos dispositivos de saída. Os diodos precisam estar em contato térmico com as saídas para detectar a temperatura das saídas. Caso contrário, as saídas se autodestruirão, pois continuarão a aquecer a tensão Vbe necessária diminui e acende mais forte até que o SOA do pacote seja excedido. Apenas alguns watts de energia criarão um aumento de temperatura nos transistores. Os dispositivos bipolares são conhecidos por suas propriedades de fuga térmica, e a tensão de polarização dos diodos diminuirá a temperaturas elevadas, compensando, portanto, as características de temperatura dos dispositivos de saída. Os diodos precisam estar em contato térmico com as saídas para detectar a temperatura das saídas. Caso contrário, as saídas se autodestruirão, pois continuarão a aquecer a tensão Vbe necessária diminui e acende mais forte até que o SOA do pacote seja excedido. Os diodos precisam estar em contato térmico com as saídas para detectar a temperatura das saídas. Caso contrário, as saídas se autodestruirão, pois continuarão a aquecer a tensão Vbe necessária diminui e acende mais forte até que o SOA do pacote seja excedido. Os diodos precisam estar em contato térmico com as saídas para detectar a temperatura das saídas. Caso contrário, as saídas se autodestruirão, pois continuarão a aquecer a tensão Vbe necessária diminui e acende com mais força até que o SOA do pacote seja excedido.

Se você tiver a capacidade de executar uma simulação SPICE e testar não apenas as tensões, mas também as CORRENTES, tudo ficará claro. Você verá que, à medida que o viés passa de insuficiente (ClassB) para apenas o suficiente (ClassAB) a discutivelmente demais (ClassA), o NPN e o PNP alternam a carga de trabalho. Quando o sinal de saída fica alto, o NPN faz todo o trabalho, quando baixo, o PNP faz todo o trabalho (ClassAB ou B). Se você sonda os diodos deltaV, verá uma tensão constante (com pequena CA devido à impedância finita dos diodos).

gman
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