Class-AB instelling en vermogen

[b_force]

Ik heb al een tijdje een ideetje in mijn hoofd om een klein versterkertje te maken (10W@4ohm) met lage vervorming.
Deze kan dan bv als meetversterkertje oid worden gebruikt.

Het schema is (ongeveer) als volgt:

Nu vraag ik me af hoe je kunt bepalen wat voor voeding nu nodig is.
Dat is natuurlijk maximale vermogen voor de luidspreker (10W in dit geval) plus de rest/biasstroom.
Hoe bepaal je die laatste?

Andere vraag, hoe bepaal je de waardes van R2/R3 voor een zo'n optimaal mogelijke lage THD vs benodigde stroom (ook die de opamp moet leveren)?

Inmiddels al heel wat gezocht met Google en in de TU bibliotheek, maar ik kan hier dus nergens iets concreets over vinden.
Kan iemand het uitleggen? (of een goed boek noemen)

[Pjotr]

Andere vraag, hoe bepaal je de waardes van R2/R3 voor een zo'n optimaal mogelijke lage THD vs benodigde stroom (ook die de opamp moet leveren)?

In principe wordt de minimale THD bepaald door de ruststroom van Q1 en Q2, daar zit ergens een optimum in. Kun je alleen meten, de Spice modellen zijn daarvoor te "ideaal". I.i.g. moet de instelstroom door R2 en R3 groter blijven dan de maximale basisstroom van Q1 en Q2 bij maximale uitsturing. Als vuistregel 2x. Eigenlijk is het beter om voor R2 en R3 stroombonnen gebruiken.

Dus als je 12V_piek in 4 ohm wilt sturen heb je 3A nodig. Met een hfe van de transistoren heb je dus minimaal 3A/100 = 30 mA aan basistroom nodig wat geleverd moet worden door R2 of R3.

[b_force]

Mm, ok

Het is me nog niet helemaal duidelijk.
Laten we even uitgaan van die 10W@4ohm (anders wordt het erg verwarrend allemaal).
Dat is dus 6,32Vrms = 8,92V_piek dus 17,84V_pp.
Met uiteraard 1,58Arms = 2,23A_piek dus 4,46A_pp

De 3A waar je het over hebt is dus piek (en geen piek-piek)?
De basisstroom kan echter ook (voor een deel) geleverd worden door de opamp lijkt me?
Uitgaande van jou voorbeeld moet de voeding dus 1,5A + 30mA per voedingsrail (22V) leveren (= 34W)?

[Ah!buis]

Neem het onwaarschijnlijke geval dat je het zo zou doen dan even rekenen .
Stel bij uitsturing uit de opa +-14V ,blijft over voor R2,R3 22-15-diode=7V (ga niet met ,, werken )
Met die 7V moet er de basisstroom van de eindtransistors door =uitgangsstroom/stroomversterking zeg 2/50=40mA.
Dat wordt dan 7/40=180ohm.In rust is dat 2x180 ohm op 2x22V (ja,min twee diodes is 43V) dus 43/(2x180)=120mA.
Met de spanningsval over de twee 1N4148 als sturing van de transistors,zeg maar RIP .
Dan ziet de opa nog de twee 180 ohm in parallel dus belast met 90 ohm ,dada +-14V .
De opa met +-15V voeding kan niet te zwaar belast wel bijna die +-14V leveren.Als de daaropvolgende versterker nog iets aan spanning verliest heb je bijv.+-13Vt als uitgang.Met 8ohm eraan krijg je dan 13x13/16=10W sinus.
Probeer het zo's .
Anne

[Pjotr]

amp.JPG (32.76 KiB) 632 keer bekeken

Jij bakt ze helemaal bruin, je maakt er een klasse-C van. Gaat lekker vervormen zo.

[Ah!buis]

Ha ha,grappemaker
Met 47 ohm naar de LS komt de eerste 0,6/47=12mA daar terecht.Pas als er meer nodig is gaan de BCtjes helpen tot 0,6/330=2mA erbij.Zodat de dikke torren pas beginnen als er al 14mA door de LS gaat.
't Is niet ver van C maar niet helemaal,geldt voor de meeste seriebalans transistor versterkers.
Anne

[Pjotr]

Anne, dit staat gewoon hard te schakelen en dan ook nog eens 2x, een keer in de positieve helft en een keer in de negatieve helft.

Nou ja, als je van het beruchte jaren '60 "transistor geluid" houdt is het misschien wel wat

N.B. i.c.m. de LM4562 is zoiets van geen meter stabiel te krijgen, veel te veel extra loop versterking.

[Ah!buis]

Eerst even rechtzetten,geen C maar klasse B natuurlijk (op heel laag niveau zelfs A)
De spanningsversterking van die aanhang is zelfs minder dan 1x dus die stabiliteit zal wel meevallen .
Bij een "gewone" transistorversterker is het ook klasse A,zolang de uitgangstroom onder de ruststroom blijft,daarboven B.
Anne

[Tom Magchielse]

Met +15 en -15V kom je met 4 Ohm al aan 28W (althans in theorie. De transistoren Q1 en Q2 zijn hier emittervolgers, de maximale uitgansspanning wordt iets lager dan wat de opamp kan leveren, dus weer hooguit 30V tt.
De basisstroom voor volle uitsturing van Q1 en Q2 zal ongeveer 75 mA zijn ( Hfe = 50 ) en die stroom moet door R2 en R3 worden geleverd bij een spanningsval van 22-15 = 7V Dus R2 en R3 mogen niet groter zijn dan 93 Ohm. Is Hfe groter, dam wordt de maximale waarde van R1 en R2 ook groter.((22 - 15) x hfe/3.75) In rust loopt door die weerstanden maar liefst 230 mA, deels door de diodes, deels als basis-ruststroom voor Q1/Q2.
Bij volle uitsturing treedt een flinke extra dissipatie is Q1/Q2 op, omdat de spanning erover nooit onder de 7V zakt. Geen succes, deze schakeling. Ik zou voor de suggestie van Ah-buis gaan.
groet, Tom

[Rudy]

Uhm, denk dat er wat mensen zich vergissen, R2 en R3 dienen enkel voor ruststroominstelling, hoeveel dat dat is maakt bijna niets uit, tis de combinatie russtroom/spanning over die 2 diodes die het gaat maken.

De stroom die nodig is voor je uitsturing komt letterlijk uit de opamp en niet van R2,R3 .
Maar ~80mA piek uit een opamp vind ik nou ook maar niks

/edit, vergeet men opmerking maar, de stroom moet langs overal komen, ging effe van AC koppeling vanuit.
Punt van de opamp blijft trouwens.

mvg Rudy

[Pjotr]

Ehm Rudy, hoe ga je stroom door een gesperde diode sturen? Die moeten echt in geleiding blijven hoor en daar moeten R2 en R3 voor zorgen. Op hogere frequenties zorgt C2 daar tot op zekere hoogte voor maar op lagere frequentie gaat dat mis.

Even naar Annes bedenksel:

Wat een feest die knikken, dat mag de op-amp zeker wegwerken? Ziet er toch echt meer uit als klasse-C dan klasse-B

[Rudy]

Probeer het maar eens, nu je toch aan het simuleren slaat.

mvg Rudy

[Pjotr]

Vind het mooi zo, prutsen jullie zelf maar lekker verder.

[Ah!buis]

Dat er de (on)nodige knikken in zitten was te verwachten.Die kunnen nog wel iets minder door de weerstanden kleiner te nemen(binnen de mogelijkheden van IC en de BCs).
Hetzelfde zie je ongeveer als je alleen de eindtrap van een seriebalans simuleerd (crossover vervorming).
Het geheel met tegenkoppeling zal wel een stuk beter ogen.
Anne

[Pjotr]

Er zitten 2 sprongen in de versterking van een factor 10 plus een Vbe offset sprong. Dat werkt de op-amp wel wat weg maar een lage vervorming zal het nooit worden, al helemaal niet op hogere frequenties.

Zoiets is nog wel te tolereren bij een motorsturing maar toch niet bij een meetversterkertje.

Bij een ordentelijk ingestelde klasse-(A)B is die versterkingssprong vele malen minder en bij een bepaalde ruststroom zelf minimaal. Dus waaromm zou je dat niet gewoon fatsoenlijk doen? Zie Self.

[Ah!buis]

Dat het geen ideale oplossing is weet ik ook wel,maar wel redelijk probleemloos,niks in te stellen en zo .
In plaats van moeilijk te doen neem een LM675 .
Anne

[b_force]

Jongens, jullie kunnen altijd gezellig ouwehoeren, maar ik vind het er niet inzichtelijker op worden
We raken nogal ver verwijderd van de vragen.

Wat een simulator namelijk nog wel redelijk goed kan, is alle spanningen en stromen inschatten.
Als ik die dus mag geloven, "ziet" de opamp een last van ongeveer 500ohm.
Dat moet een LM4562 (of bijna elk andere opamp) nog prima kunnen hebben.
De rest van de benodigde stroom moet worden geleverd door R2 en R3.
Zo'n 12mA per weerstand als ik het goed aflees.

[Pjotr]

Doe maar eens een transient simulatie op 20Hz, zie je vanzelf wel wat er gebeurt.

[b_force]

Ehm, en op welk punt bedoel je dan?

En waarom trouwens 20Hz?
Ding werkt lineair tot zeker 10kHz

[Pjotr]

Verzin wat.... Zelf nadenken Bart...

[b_force]

Verzin wat.... Zelf nadenken Bart...

Nee, daarom vraag ik het, ik wil graag uitleg. (anders vraag ik het niet)
Ik denk dat je probe 4 bedoelt, maar ik kan me ook voorstellen dat je de stroom bij R2 (of R3) wil zien.

[Rudy]

Piek stroom bij 14V 4ohm is 3.5A, je eindtorren hebben een Hfe van ~40, dit wil zeggen dat je een basistroom moet hebben van om en bij de 90mA piek. Deze moet geleverd worden wanneer de uitgangsspanning 14V is en de voeding is 22V. (22-14)/0.09 => ~90Ohm ( dit is voor R2 en R3 )

Das de waarde om het systeem iets of werkend te maken in je eindtrap, zodat ie voldoende jus kan geven.
Dit leverd een volgend probleem op, in rust Vout = 0 wil dit zeggen dat de stroom door R2 en R3 = (22-0.6) / 90 => ~230mA , Laat duidelijk zijn dat die weerstanden behoorlijk wat gaan opstoken in warmte.

De instelstroom van je eindtrap word bepaald door de spanning over de twee diodes, hoeveel deze stroom is is gokken geblazen want deze moet je vergelijken met Vbe van je transistoren.

En dan het euvel met je opamp, om een uitgangsspanning te krijgen van piek 14V, moet de opamp een positieve spanning geven van ~14V, hiervoor is de basis van Q1 14.6V, en zal de uitgang 14V zijn, deze krijgt zijn basisstroom van R2. Maar en hier vringt het schoentje, als de opamp 14V geeft, dan ziet die als belasting D2 en R3.
Dus (( 14 + 22 ) -0.6) / 90 => ~390mA

Maarja, das allemaal geen probleem
En zo zieje maar dat de stroom die de opamp moet leveren wel is meer kan zijn dan je denkt, en zelfs meer dan de benodigde basistroom.

Gewoon vergeten dit principe

mvg Rudy

[b_force]

OK, iets duidelijker.
Het idee komt trouwens van Bruno

Wat dan nog wel kan werken is een extra PNP/NPN paartje bijzetten (bd/bctje ofzo) om dat probleem op te vangen.
Of een transistor zoeken met hogere hfe (maar is weer minder lineair meen ik???)

edit:
Hoe kom je trouwens aan 14V piek?
Ik kom eerder op 10-11V piek.

edit2:
Hier trouwens transients op 100Hz van probe 4 en een probe bij R2
Daar zie ik meer net 20mA piek.

[Rudy]

Omdat je voedingsspanning van je opamp 15V is, en ik een verlies had geteld van 1V.
Het maakt niet uit bij welke maximum piekspanning je dit uitrekent, het gaat om het principe erachter.

mvg Rudy

[Ah!buis]

Nog 's verder gekeken dan m'n neus lang is
Die eerste simulatie met de waarden bij het schema is bij 1kHz.Dan speelt de C van 1µF een belangrijke rol.
Mijn berekeningen,statisch dan speelt de C niet mee,kloppen dan niet.
R2 en R3 bepalen de stroom door de diodes en daarmee de spanning over die Ds.Dat bepaalt dan de ruststroom door de eindtorren.Da's niet stabiel,als de temp.stijgt neemt de stroom toe en worden ze nog warmer enz. totdat er rook uitkomt.En je weet elektronika werkt met rook,als die eruit gaat doet ie het niet meer .
De diodes op de torren plakken helpt wel iets,blijft bedenkelijjk .
Wat gebeurt er als de OPAuitgang bijv.stijgt.Dan trekt ie via de onderste diode de C omhoog en,zolang er voldoende ladng blijft,ook de basis van de bovenste transistor en daarmee de uitgang.Bij dalen de andere kant en verschuift de lading in C de andere kant op.Netto blijft zo de spanning van de C onveranderd.
Hoe trager (lage frequentie) hoe groter de reserve in de C moet zijn,dus hoe dikker.Niet 1µ maar enkele 100µ denk ik.
De stroom die de opa moet leveren is de basisstroom van de torren en nog wat voor R2 R3.
Dat is wat raar bij de simulatie,staat 13,2mA in en 1,59A uit.Dat geeft,als je de stroom door de R-en verwaarloost een stroomversterking van 1590/13,2=120 ongeveer.Is eerder zo'n 50x wat met een basisstroom van 40mA aan de LS 2A geeft.
De opa kan maar een goeie 20mA geven .
Om de thermische stabiliteit te verbeteren kun je wel emitterweerstanden (bijv.0,5 ohm) toepassen.Als de stroom dan toeneemt is er ook een grotere spanning tussen de basissen nodig.
Anne