¿Cómo puedo simular una salida puenteada de un altavoz a 8 ohmios?

Siguiendo con mi publicación anterior en un solo amplificador de riel de 5V, estoy tratando de simular un amplificador operacional de salida en puente configurado para impulsar una carga de 8 0hm.

Una de las soluciones fue:

Utilice una salida de puente. Se trata de dos amplificadores de potencia con la señal invertida entre los dos. Uno eleva un lado del altavoz mientras que el otro eleva el otro lado del altavoz en la misma cantidad al mismo tiempo.

  • La entrada es una sinusoide PP de 400 mV

  • Esperando una oscilación de voltaje de salida de 10 V PP

No pude encontrar ninguna información en Google, así que intenté un diseño siguiendo la cita anterior (R5 es la carga de altavoz simulada):

Esquemático

La salida es la siguiente: (Nota: el nodo de referencia del gráfico superior es la salida del amplificador inversor)

Sim1

Sin embargo, si cambio R5 a 8 ohmios, la impedancia de un altavoz normal, obtengo el siguiente resultado:

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¿Mi comprensión de una salida puenteada es incorrecta aquí? Si no, ¿por qué no puedo simular el circuito correcto?

Respuestas (2)

Su primer problema es su elección de fuentes de alimentación. Debido a que sus amplificadores operacionales se ejecutan con un solo suministro, no pueden proporcionar una salida negativa cuando se les solicita. Por ejemplo, si la entrada es positiva, la sección de su inversor debe generar un voltaje negativo. Obviamente, no puede hacer eso y, de hecho, lo que ve en su seguimiento inferior es el comportamiento clásico de un amplificador operacional de suministro único que se conduce a la polaridad incorrecta: inversión de fase.

En segundo lugar, sospecho que los amplificadores operacionales de su simulador no son de riel a riel. Es por eso que sus salidas no se acercan a los 5 voltios.

Intente esto: lo más importante, cambie la escala horizontal de su pantalla para darle solo 3 o 4 ciclos de su señal. Tal como se presenta, sus datos son realmente difíciles de ver.

En segundo lugar, en lugar de conectar a tierra su opamp V-, agregue una fuente de voltaje negativo. Haga que ambas fuentes sean de 15 voltios en lugar de 5. Esto le permitirá ver el comportamiento cualitativo del puente.

En tercer lugar, experimente agregando una resistencia desde la parte superior de R1 a V+, y encuentre un valor (el análisis ayudará aquí; sugiera, considere los efectos de R2 y R8) que hace que el nivel de CC alcance los 7,5 voltios. En este punto, U1 está vinculado a positivo y U2 está vinculado a negativo. No hay problema.

Cuarto, use un divisor resistivo para llevar la entrada no inversora de U2 de tierra a 7.5, y verá que la salida del inversor se comporta bien. Del mismo modo, conecte el extremo actualmente conectado a tierra de R4 a este divisor y U1 comenzará a funcionar correctamente.

En quinto lugar, ahora puede averiguar por qué la amplitud es ligeramente baja y ajustar las ganancias en consecuencia. (sugerencia: piense en el paso 3 y la impedancia de C1)

Sexto, reduzca las fuentes de voltaje a 10 voltios, luego a 5. Sin saber qué opciones ha especificado, no puedo predecir exactamente lo que sucederá, pero probablemente no será bueno, especialmente a 5 voltios. Esto dice que necesitará encontrar un reemplazo que pueda operar de riel a riel.

Si el circuito funciona bien en este punto, puede verificar que todos los voltajes estén siempre por encima de 0. Si eso es cierto, y solo si eso es cierto, puede eliminar su fuente V.

¿El análisis para encontrar el valor de la resistencia es trivial o requiere algo de trabajo? ¿Cómo afecta R2 a la polarización ya que va a tierra virtual?
Es bastante trivial. Primero, sin embargo, modifiqué los pasos 3 y 4: mi versión original era incorrecta. Lo siento por cualquier confusión. R1 está conectado a tierra. R8, en lugar de R2, va a un terreno virtual. A los efectos del flujo de corriente, una tierra virtual no se puede distinguir de una tierra real, por lo que se puede considerar que R1 y R8 están en paralelo. ¿Cuánta corriente lleva R2? Entonces, ¿afecta al divisor?
Entonces, así es como se dimensiona un divisor resistivo. Digamos que tiene dos resistencias en serie, R1 y R2, con el extremo libre de R1 en algún voltaje V y el extremo libre de R2 en tierra. La resistencia total es R1 + R2. La corriente a través de cada uno es la misma, llámela i. Entonces i = V/(R1 + R2), y el voltaje en R2 es i R2. Entonces el voltaje es R2 x V/(R1 + R2), o VR1 = V x (R2 / (R1 + R2)). Supongo que sabe cómo calcular el valor de dos resistencias en paralelo.
Sospeché que R2 no afectó el sesgo, pero el análisis de SPICE muestra que sí. Para obtener una polarización de 7,5 V, necesitará una resistencia equivalente a R1 || R8 = 820 ohmios encima de R1 a Vcc, ¿correcto? Sin embargo, cuando lo simulo, me da un sesgo de 7.4V. Si cambio el valor de R2, el valor del sesgo también cambia. ¿Esto se debe al amplificador operacional que estoy usando? Es un LT1677.
Bueno, 818 ohmios, en realidad. usar 820 debería dar una polarización de 7.492 voltios. Sospecho que tu simulador solo muestra los dos primeros dígitos. No esperaría que R2 importara. La combinación de una corriente de polarización de 20 nA y una resistencia equivalente de Thevenin de 410 ohmios solo debería producir un cambio de alrededor de 8 microvoltios.
Estoy un poco confundido. 1. Usted dice que ambos amplificadores operacionales deben estar vinculados negativamente. ¿Por qué es este el caso? Uno es inversor, el otro es no inversor. ¿No deberían estar vinculados a los rieles -ve y +ve respectivamente? 2. Espero haber entendido correctamente su concepto: sesgue la entrada a Vcc/2. Luego polarice la otra entrada diferencial de los amplificadores operacionales a Vcc/2. ¿Cómo obliga esto a que la salida de los amplificadores operacionales esté siempre por encima de 0?
Ah, lo atrapaste. Bien. Estaba mal y lo he arreglado. Lo siento, pedo cerebral en acción.
Bien, finalmente tengo una salida casi correcta. Le responderé correctamente si pudiera aclarar estas dos cosas: hay una falta de coincidencia en las amplitudes entre las salidas inversoras y no inversoras debido al divisor resistivo para la polarización diferencial. La amplitud de no inversión disminuye cuanto más grandes son las resistencias que uso (por ejemplo, igual a 1K). Si uso 100 ohmios para el divisor, está decentemente emparejado. Si uso resistencias aún más grandes (por ejemplo, 10K), la inversión se vuelve en fase con la salida no inversora. ¿Por qué es esto?
Sospecho que su problema es que el divisor de referencia no proporciona un nivel de CC fijo, debido a la interacción con U1. Intente amortiguar el divisor con un tercer opamp configurado como seguidor (señal a entrada no inversora, salida directamente conectada a entrada inversora. Además, solo para sonreír, agregue un capacitor de 1 uF a tierra en el divisor. La explicación técnica es que el divisor tiene una resistencia equivalente de Thevenin distinta de cero (igual a la resistencia paralela de sus resistencias divisoras) que efectivamente aumenta R4, disminuyendo así la ganancia de U1.El seguidor soluciona esto.
Alternativamente, intente esto: no instale el nuevo amplificador operacional seguidor todavía. Calcula la resistencia paralela de tu divisor. Reduzca R4 en esta cantidad y vea si la ganancia ahora es correcta. Otra cosa a tener en cuenta es lograr que el nivel de CC de su nuevo divisor sea exactamente igual al nivel de CC proporcionado por la resistencia pullup en el paso 3. Si no lo hace, las dos salidas opamp tendrán compensaciones de CC que no desea. .
¡Impresionante! Tanto la solución tampón como el cambio de R4 funcionaron perfectamente. Gracias por tu ayuda

Su simulación es con amplificadores operacionales y si el modelo para el amplificador operacional es preciso, no puede esperar que se entregue una "potencia decente" a una carga puenteada de 8 ohmios (o de otro modo).

Cambié los parámetros del amplificador operacional para tener una corriente de salida mucho mayor que la requerida (2A). Sin embargo, si observamos la corriente a través de la resistencia de 8 ohmios, sigue siendo de solo 160 mA PP, por lo que la potencia es de 102 mW, cuando debería ser de 1,6 W. ¿Hay otros parámetros que estén afectando el circuito?
Ate el extremo inferior de R1 a Vcc / 2; esto ayudará porque entonces sus niveles de CC también serán correctos; vea la respuesta de las bestias rudas.
¿Cómo puedo simular una salida puenteada de un altavoz a 8 ohmios?
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