Otro amplificador diferencial fallido

Este es el circuito que hice: lo diseñé, lo calculé, lo construí:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

La corriente de colector de Q1 y Q2 era de 5 mA, mientras que la de Q3 era de 1 mA. La onda sinusoidal en la entrada tenía 1Vpp a 1kHz. La retroalimentación negativa debería funcionar ya que hay un cambio de 360 ​​grados entre la entrada en la base de Q1 y la base de Q2. Primero se decidió que Rf2 fuera 10k, luego se reemplazó por un potenciómetro.

Este circuito no funcionó como esperaba. Esperaba que si se produjera alguna distorsión dentro de la onda sinusoidal, se corregiría mediante retroalimentación negativa o un par de transistores diferenciales, y la cantidad de distorsión que se corrige se controlaría con Rf2 (menos ganancia, menos distorsión).

Hice la distorsión agregando otra onda sinusoidal (1Vpp, 3kHz) a la base de Q3. Los resultados reales no se podían comparar con los deseados, ya que ni siquiera se acercaban a los deseados.

Como resultado, la salida en el colector de Q3 se distorsionó de la misma manera que la señal en la base de Q3: ¿debería haber un seno puro en el colector de Q3? Pero luego busqué la señal en el colector de Q2 y solo estaba la onda sinusoidal que esperaba que estuviera en la salida del amplificador (bajo la condición, esa base de Q2 estaba en cortocircuito a C1, de lo contrario, al girar el potenciómetro Rf2, la señal se acercaría rápidamente al distorsionado).

Onda sinusoidal en el colector de Q2 versus señal distorsionada en la base de Q3 (no en la misma escala de voltaje).

ingrese la descripción de la imagen aquí

Creo que todavía hay una pequeña brecha en mi comprensión del amplificador diferencial porque estoy luchando con esto por un tiempo y no he hecho un circuito útil que incluya el diferencial. amperio.

¿Cómo "agregaste" una onda sinusoidal a la base de Q3?
@τεκ Con otro canal de mi generador de funciones a través de un condensador
@Keno Estás bastante cerca, de verdad. Simplemente no tuvo en cuenta que le dio el "espacio" para que la NFB funcione correctamente en DC. Entonces, la CA agregada tampoco puede funcionar. ¡Estoy realmente contento de ver que estás juntando las cosas y probando tu forma de pensar!
Entonces, conectó una fuente de baja impedancia a la salida del par diferencial (que tiene una impedancia de salida de ~ 1.5k)
@τεκ Sé que no es la forma correcta de mezclar dos señales, pero no he aprendido otra forma de hacerlo.
Para reducir la distorsión armónica, debe haber mucha más ganancia de bucle abierto que ganancia de bucle cerrado. Sus ganancias de bucle abierto Rc/Re son demasiado bajas aquí, por lo que su relación de retroalimentación negativa de Rf2/Rf1 también es baja.
@jonk ¿Me arruiné las cosas cuando estaba polarizando el circuito? ¿Dónde está el problema entonces?
@TonyStewart.EEsince'75 Pero, ¿no es de alguna manera cierto que al aumentar la porción (disminución de la ganancia del amplificador) de la señal de salida que se retroalimenta al amplificador diferencial, se reduce la distorsión que se ve en la salida del amplificador?
@Keno solo por la relación entre la ganancia de bucle abierto y la ganancia de bucle cerrado. La ganancia de bucle abierto aquí es muy baja (4?). Debe ser más alto. Para opamps comunes es de aproximadamente 100 000.
@τεκ Entonces, para experimentar con retroalimentación negativa, ¿tengo que hacer un amplificador de alta ganancia? ¿O también podría usar un amplificador operacional en lugar de Q3?
@Keno Los efectos serán muy pequeños a menos que la relación entre la ganancia de bucle abierto y la ganancia de bucle cerrado sea mayor. La ganancia de bucle cerrado es 1+Rf2/Rf1. La ganancia de lazo abierto es aproximadamente Rc/Re * Rc2/Re2. La forma más sencilla de aumentar la ganancia de bucle abierto sería disminuir Re2 (quizás a 100 ohmios) y aumentar Rc (quizás 10k).
Además, cuando aplique la señal de "distorsión", tenga en cuenta que solo será atenuada por la ganancia antes de ese punto.
@τεκ Caída de voltaje muy baja en Re2 (que se considera como 100 ohmios), lo que requeriría un Rc más pequeño y, por lo tanto, una ganancia más pequeña por parte del amplificador diferencial y también daría como resultado (probablemente) un recorte de la señal de salida aplicada a Q3 ya que sería alto potencial de tensión en el colector de Q1. Por lo tanto, reducir Re2 no parece una buena idea a menos que aumente la ganancia de Q3 al pasar por alto la resistencia del emisor con tapa.
@Keno, ¿está diciendo que aumentaría la ganancia pero causaría distorsión? Mmm...
@τεκ refiriéndose a esto: rsrelectronics.com/tips/bode.gif , sí
@τεκ Pero todavía no sé qué quiso decir jonk con "dar espacio a la NFB". ¿Tal vez puedas resolver el problema principal de este circuito? Esto es lo más importante de discutir actualmente.
@jonk Si pudiera definir el significado de "habitación" a partir de su comentario, estaría muy contento.
@Keno No había espacio (incluso suponiendo que esas enormes resistencias base de 120 k Ω tampoco eran un problema grave) por desviar mucha corriente de una forma u otra con respecto a las patas del colector porque el colector "aprieta" hasta la saturación. Si cree que ya tiene suficiente información aquí, estoy bien si no agrego nada. Si siente que todavía no entiende las cosas, agregue un comentario o algo para decirme aproximadamente por qué. Solo como una nota, piense detenidamente en esas resistencias base y qué caída generarán para las corrientes base que ya necesita su diseño.
Sin embargo, @Keno, estoy muy emocionado de ver las dos publicaciones recientes. ¡Cada uno está dividiendo el trabajo por delante en partes lógicas! Bonito. (Eso es un avance que creo que he visto en ti). Y no, no va a ser fácil tener todos los detalles correctos. Hay muchos detalles. Pero aprenderás mucho del proceso. ¡Apuesto a que me enseñarás algunas cosas muy pronto! Síguelo.
@Keno Pero sospecho que aún necesita trabajar un poco más en el papeleo teórico/matemático. Pareces estar "disparando desde la cadera", por así decirlo. Ahora pareces mejor seleccionando topologías. (+1 por eso.) Pero aún no soy tan bueno decorándolos. " Bueno, cualitativamente; no tan bueno, cuantitativamente ". Bueno, eso me parece, de todos modos.

Respuestas (2)

Perdón por analizar mal el circuito, en realidad tiene mucha ganancia de bucle abierto, alrededor de 100.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

(ver discusión abajo)

La pequeña resistencia de la señal mirando desde las bases de Q1 Q2 es muy diferente. Hice pequeños los Q2 agregando un capacitor de la salida a Vn. Estoy usando 10kHz como fuente de "distorsión" ya que es más fácil ver las ondulaciones.

ingrese la descripción de la imagen aquíingrese la descripción de la imagen aquí

Aquí está sin ese condensador.ingrese la descripción de la imagen aquí

Iré y verificaré si sus correcciones hacen alguna diferencia, pero esto no debería ser un problema ya que diseñé el circuito para que la corriente base a través de Rb y Rf1 sea de aproximadamente 16 uA y una caída de 2V. Tanto el Q1 como el Q2 tienen una beta de aprox. 300, por lo que la resistencia de 120k para ambas bases es la correcta, ¿no crees?
No, su adición de resistencias base empeora aún más las cosas.
Sin embargo, esas resistencias de 120k están en diferentes posiciones: Rf1 está en serie con la base, mientras que Rb está en paralelo. Como experimento, intente hacer que Rf1 sea cero.
o poniendo un capacitor de 1uF a través de él
No, eso no mejora nada. El problema no está en las corrientes de base, ya que las caídas de voltaje en ambos Rc difieren solo en 0,5 V.
Lo mismo con la tapa de 1uF
¿Cómo estás agregando la señal de "distorsión"? Si está conectando la base de Q3 a un capacitor como este: i.stack.imgur.com/xwhuR.png, tenga en cuenta que incluso si la fuente es cero, ha agregado mucha capacitancia a ese nodo, esencialmente acortando Fuera Rc
Con su mejora, la señal de salida cambia de esto: i.imgur.com/MoORj7T.jpg a esto: i.imgur.com/840KzCp.jpg
También usé 10kHz para la señal de distorsión como lo hiciste tú.

Su ganancia de par diferencial será Rcollector / (2 * reac) = Rcollector * gm/2

Por lo tanto, la ganancia de par diferencial es de 1500 ohmios / (2 * 5 ohmios) = 1500 / 10 = 150x.

Su etapa de salida Q3 tiene una ganancia de aproximadamente 3dB, o 1.4.

La ganancia directa total es de casi 200.

Para ver la distorsión, conecte el C1 a la base del Q2 y deje que el extremo inferior simplemente flote. O desconecte Rf2 para evitar la basura de la línea eléctrica que, de lo contrario, podría recoger del acoplamiento capacitivo al cableado de alimentación de su laboratorio o luces fluorescentes.

Verá una distorsión masiva, porque el par diferencial está cambiando por completo, si su señal de entrada es superior a 100 milivoltios o más, y si su frecuencia es más rápida que el F3dB de su 1uF y 120Kohms (aprox. 1Hz)

De hecho, dado que esto ES un circuito de retroalimentación, ¿C1+Rf1 define exactamente la esquina HighPass de su circuito?

Tendrá un efecto Miller sustancial; la capacitancia de entrada de cada uno de los transistores diffpair será (1 + 150x) * Cob o aprox. 1.500 picofaradios.

El efecto Miller viene más tarde, después de que entiendo completamente cómo diseñar este circuito para que esté lo más cerca posible del comportamiento esperado que describí anteriormente en mi pregunta.
Entre Miller Effect configurando la esquina superior de la banda de paso (actuando con Rsource en un LPF) y el condensador de retroalimentación C1 configurando la esquina inferior de la banda de paso, en un HPF, es posible que tenga poca o ninguna "banda de paso" donde la ganancia parece plana.
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