Comprender los armónicos de diferentes circuitos amplificadores (A, AB, AB con OP-Amp)

Examine la forma de onda de salida, luego piense qué armónicos se requerirían para reproducirla. Por ejemplo, esto es lo que parecería sumar el 66 % del tercer armónico y el 25 % del quinto armónico:

Y aquí está el LTSpice FFT para esa forma de onda: -

Solo dos armónicos impares con la amplitud y la fase correctas fueron suficientes para crear una forma de onda muy similar a la típica distorsión de 'cruce' de clase B. Con la adición de algunos armónicos más altos, podría igualar con precisión la salida de su amplificador. Lo que esto significa es que (en el dominio de la frecuencia) su amplificador crea esos armónicos.

Como supuso, cualquier desviación de una onda sinusoidal pura produce armónicos, y cuanto mayor sea la distorsión, mayor será el contenido armónico. También puede hacerse una idea de qué armónicos se producirán examinando la forma de la forma de onda distorsionada.

Incluso los armónicos solo ocurren cuando la onda no es simétrica, es decir. las mitades positivas y negativas son diferentes. Dado que un amplificador de clase B tiene una salida simétrica, solo produce armónicos impares.

Las desviaciones más agudas producen armónicos más altos. La distorsión de cruce de clase B pone un "punto plano" en el medio de la forma de onda. Esto puede ser audible incluso cuando es muy pequeño, porque la transición aguda crea armónicos más altos que el oído humano puede distinguir fácilmente. Y dado que se requiere una cantidad fija de voltaje de señal para pasar ese 'punto plano', las señales más pequeñas sufren una mayor distorsión.

Los amplificadores de clase A tienen una transición suave en el centro pero comprimen la forma de onda en amplitudes más altas, generalmente más en una mitad que en la otra. Esto crea armónicos pares e impares de bajo orden que son menos audibles incluso a niveles de distorsión bastante altos. También es difícil de distinguir en la forma de onda hasta que la cantidad de distorsión es muy alta, porque nuestros ojos no son buenos para ver desviaciones sutiles de una onda sinusoidal.

NOTA: para obtener mejores gráficos FFT en LTSpice, debe establecer un tiempo de simulación más largo, p. 1 segundo en lugar de 10 ms. Esto hará que los picos sean más nítidos y reducirá los artefactos. También puede cambiar la escala vertical para deshacerse del ruido de fondo y hacer que la escala de frecuencia sea lineal para que los armónicos se produzcan a distancias iguales.

Ahora usemos suministros VDD+ y VDD- más realistas, en lugar del SPICE ideal. En cada una de las 2 líneas eléctricas, instale 100 000 uF en serie con 100 nanoHenry a tierra {4" de cable}. Esto resuena a una frecuencia de radianes de 1/sqrt(L*C) o 1/sqrt(0.1F * 1e-7H) o 1/sqrt(1e-8) = 10^+4 radianes/seg o 1590 Hertz, una frecuencia muy audible. Para desacoplar ligeramente las fuentes SPICE, instale 0,1 ohmios desde +15v a su tapa de filtro e instale 0,1 ohmios desde - 15v a su tapa de filtro.

Ahora vuelva a ejecutar las simulaciones y examine tanto la SALIDA DE TIEMPO como la Gráfica de frecuencia. ¿Observe qué tan grande es el timbre de 1,590 Hertz?

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How to dampen this, to prevent ringing, that is to have no additional zero-crossings? Use a resistor of value R = sqrt(L/C); our sqrt(0.1uH/0.1Farad) becomes sqrt(0.000 001) or 0.001 Ohm; a milliohm of resistance is a mere 2 squares of copper foil, thus is easily dampened by unavoidable wiring/trace resistance.

How about 1uF and 0.1uH? Fring(MHz) is sqrt(25,330/Luh*Cpf) or sqrt(25,330/0.1*1,000,000) = sqrt(25,330/100,000) = sqrt(0.2533) = 0.5MHz. How much R to dampen? use sqrt(L/C) = sqrt(0.1uH/1uF) = sqrt(0.1) = 0.316 ohms, which is big enough the parasitic R in wires/traces/vias will not suffice.

Where does Rdamp = aqrt(L/C) come from?

$$Fring=1/[ 2*pi*sqrt(L*C)]$$ $$Zinductor = 2*pi*Fring*L$$ y queremos aproximadamente Q de 1, donde $$Zinductor = Rdamp$$ Sustituya la ecuación de la izquierda en la ecuación de la derecha y reemplace Zinductor por Rdamp. $$Rdamp = 2*pi*L/[2*pi*sqrt(L*C)]$$ Ahora cancele el '2 * pi' y reemplace la 'L' en la parte superior con sqrt (L * L) $$Rdamp =sqrt(L*L)/sqrt(L*C) = sqrt(L/C)$$

Here is the lightly damped VDD ringing: 0.1Farad, 0.1uH, 0.1MilliOhm ESR[Q=10] Output is time-related to input, but is not harmonically related. Input is 1.6 amps across the 0.1MilliOhm ESR. This below is OUTPUT waveform only, showing lower amplitude because only ONE ClassB transient provides the energy to ring.

Tenga en cuenta que el período de llamada es de 1,59 KHz. En esta forma de onda, generada por Signal Wave Explorer usando un ejemplo enlatado (los parámetros pueden variarse) "Ejemplo de filtro de fuente de alimentación, paso n.º 2" (el paso n.º 1 simplemente genera un transitorio de medio pecado Clase B de 0,16 amperios), el timbre Q=10 VDD se escuchará lentamente. decaimiento, a partir de 2uVpeakpeak.