Topologie Federmann, část IV.

Napsal uživatel Federmann Sobota, 02 leden 2010 12:03

Úvod

Krok za krokem se věnujeme topologii, která je v mnohém podobna a přitom tak odlišná od ostatních Topologii. Doposud vše bylo zaměřeno na náhradní schéma tranzistoru, chování vstupní diferenciální dvojice a Udif, které je odvozeno od rozdílu vstupního a výstupního napětí.

Udif a jeho odvození

Několik výpočtů:

1. Udif=Ua-Ub
2. Au=Uc/Ua
3. Au*=Uc/Udif
4. α=arctg(A/B) 

Vysvětlení pojmů:

1. • Au=napěťové zesílení zesilovače
2. • Au*=napěťové zesílení zesilovače bez zpětné vazby
3. • Ua= vstupní napětí
4. • Ub=Uc *β
5. • Uc=výstupní napětí
6. • β=přenos zpětnovazebního děliče• α=zpoždění zesilovače 

Výpočty:

Pro stejnosměrný signál vyjde konkrétní hodnota napětí Udif

1. Au*=Uc/Udif
2. Udif=Ua-Ub
3. Udif=Ua- Uc *β 

Pro střídavý signál vyjde obdobná hodnota napětí Udif

Vysvětlení pojmů:

1. • Ua= U1*sinus (ωt+0)
2. • Uc=U2*sinus (ωt+ α) 

Výpočty:

1. Udif= U1*sinus (ωt+0) - U2*sinus (ωt+ α)*β
2. Udif = U2*sinus (ωt+ α)/Au*
3. U2*sinus (ωt+ α)/Au*= U1*sinus (ωt+0)- U2*sinus (ωt+ α)*β 

Odtud vidíme, že Udif je funkcí:

1. 1. Vstupního napětí
2. 2. Fázového posuvu α
3. 3. Výstupního napětí U2
4. 4. Přenosem zpětné vazby β 

Při jistém zjednodušení můžeme napsat:

1. • Au=U2/U1
2. • β≈U1/U2
3. • U2*β≈U1

Dále můžeme pokračovat a napsat

Udif≈U1*sin α

Odtud je patrné že:

1. 1. Pokud zesílení otevřené smyčky s frekvencí neklesá, bude fázový posun α konstantní a blízký 0°.
2. 2. V okamžiku, kdy začne zesílení otevřené smyčky s frekvencí klesat, začne úhel α narůstat.
3. 3. Sinus úhlu α je funkci převrácené hodnoty rezervy zisku Au*-Au. 

Udif bez signálu

Velmi důležitou hodnotou je velikost Udif bez vybuzení, bez signálu. Jde o klidový pracovní bod, proto dnes ještě chvíli u Udif zůstaneme.

Udif je nepřímo závislé na velikosti celkové zpětné vazby, ale také na zanesených napěťových chybách. Napěťové chyby nám zanese nestejná charakteristika vstupních tranzistorů, jejich rozdílný zesilovací činitel a také velikost vstupního proudu.

Největší chybu nám zanese ´úbytek napětí na odporech připojených do bází vstupních tranzistorů. Aby byla chyba, co nejmenší měly by být odpory stejné, pak se nám projeví jen rozdílný zesilovací činitel a teplotní závislosti.

P-I regulátor

Velmi elegantním a jednoduchým zapojením, které nám hlídá polohu pracovního bodu je P-I (proporcionálně – integrační) regulátor, který snímá napětí na výstupu zesilovače. Vstupní část regulátoru tvoří integrační článek, který je dále připojen na vstup integrátoru. Časové konstanty jsou voleny řádově jednotky sekund. Výstup integrátoru je připojen přes patřičný odpor na invertující vstup zesilovače a řídí polohu pracovního bodu.

Vhodnou volbou OZ můžeme dosáhnout bez dalších nastavovacích prvků, chybové výstupní napětí zesilovače daleko pod 1mV, stejně tak velikost Vdif.

Hlavní důvod použití P-I regulátoru

P-I regulátor mnozí používají k dosažení minimálního ss napětí na reproduktoru. Jak je vidět z vlastností  Udif, je v Topologii Federmann hlavním důvodem použití P-I regulátoru dosažení minimálního klidového napětí Udif.

Dosažením minimálního klidového Udif dosáhneme maximální hodnoty zisku vstupní diferenciální dvojice, ale také zajistíme jeho maximální symetrii a linearitu. Jak je vidět, přesné nastavení minimálního Udif á vliv na linearitu celého zesilovače, jeho šumové vlastnosti, ale také frekvenční rozsah.

P-I regulátor zajistí dlouhodobou i tepelnou stabilitu pracovního budu a nemusí jít pouze o koncový stupeň, neboť zde napsané platí zcela obecně pro každé zapojení, které má na vstupu diferenciální dvojici.

Diskuse 

Podívejte se na články se stejnou tématikou.