Función del condensador específico en la retroalimentación negativa del amplificador de audio

El amplificador de audio al que me refiero aquí consta de tres etapas. Entre otros, el amplificador también incluye retroalimentación negativa (NFB) que está hecha de dos resistencias pasivas.

Desde la base de TR3 a tierra, hay una resistencia de NFB conectada en serie con el condensador C2 (en referencia al cuadrado rojo). ¿Cuál es la función de ese condensador en dicho circuito?

Sé que este circuito RC en serie representa un filtro y limita el ancho de banda de ganancia del amplificador a frecuencias más bajas. Obviamente representa algún tipo de barrera para un amplificador de audio. Entonces, ¿por qué no lo corto al suelo? Esto probablemente se vería como un mejor ancho de banda de ganancia del amplificador.

¿Por qué los primeros creadores de dicha topología de circuito lo pusieron allí? ¿Con que propósito?

No veo ninguno, a menos que cortocircuite ese capacitor a tierra y deje solo la resistencia RF2 representa otra fuente de polarización para la base de TR3, mientras que RF1 ya es la fuente de polarización para la base de TR3. Entonces, eso probablemente tendría algún otro efecto.

Voy a robar un esquema que publiqué anteriormente sobre una pregunta diferente que hizo, simplificarlo un poco y organizarlo para su discusión. Aquí está:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Ahora, concéntrese en la sección del amplificador diferencial y suponga por ahora que no hay entrada de señal.

$Q_1$ y $Q_2$están dividiendo la corriente de la fuente actual 1 . Para hacer eso, necesitan corrientes de base de recombinación. Estas corrientes de base tienen que venir de una fuente DC.$Q_1$ tiene una fuente para eso: $R_\text{IN}=10\:\text{k}\Omega$. Pero esa corriente base causará una ligera caída de voltaje a través de$R_\text{IN}$ entonces la base de $Q_1$será un poco positivo, en relación con el suelo. No nos importa exactamente dónde está eso. No es importante. Solo sabemos que habrá algunos milivoltios en el lado positivo del suelo para que eso funcione.

Pero $Q_2$ también necesita corriente de base de recombinación, y gusta para $Q_1$Esto también debe provenir de una fuente DC. En este caso, esa fuente DC es la salida misma. Y llega a través de$R_{\text{F}_1}$ Tenga en cuenta que el valor de $R_{\text{F}_1}$ es también $10\:\text{k}\Omega$. Esto no es un accidente. La idea es que hay aproximadamente la misma caída de voltaje en$R_{\text{F}_1}$ como a través $R_\text{IN}$ porque las corrientes de recombinación de base deberían ser aproximadamente iguales para ambos $Q_1$ y $Q_2$ si están dividiendo la fuente actual aproximadamente por igual.

Entonces, el problema restante es que la salida misma debe estar cerca del voltaje de tierra si el voltaje base de $Q_2$ va a estar cerca del voltaje base de $Q_1$. (Eso debe ser así, porque sus emisores también están conectados).

El espejo actual formado por $Q_3$ y $Q_4$(en teoría, y he sugerido que el uso de BJT coincidentes con VBE en el esquema anterior solo para enfatizar esto) requiere que sus corrientes de colector estén muy cerca del mismo valor. Desde el amplificador diferencial formado por$Q_1$ y $Q_2$ están destinados a poder tener diferentes corrientes de colector, la diferencia saldrá de la sección del amplificador diferencial y se convertirá en corriente base para el VAS ($Q_6$.)

Entonces, lo que sucede es que el par diferencial BJT, $Q_1$ y $Q_2$, organizará automáticamente su saldo actual de modo que la conducción actual $Q_6$La base es la cantidad justa para que el nodo de salida esté cerca de tierra y, por lo tanto, para que el voltaje base de $Q_2$ está apropiadamente cerca del voltaje base de $Q_1$.

Hasta ahora, la retroalimentación negativa (NFB) y la ganancia ni siquiera se tienen en cuenta. Todo esto seguiría siendo cierto incluso si $R_{\text{F}_2}$ y $C_{\text{F}_2}$fueron eliminados del esquema, por completo. El sistema aún encontraría automáticamente el voltaje de salida correcto para que todo se equilibrara en CC. Está diseñado para hacer eso.

Puedes pensar que esto es simplemente ser eso $C_{\text{F}_2}$ tiene una impedancia infinita en CC y, por lo tanto, la red NFB (que en CA forma un divisor) no es un divisor en absoluto, sino que simplemente devuelve el voltaje de salida directamente a la otra entrada del amplificador diferencial con una ganancia de 1.

Pero, independientemente de cómo lo piense, el amplificador "encuentra un punto de reposo" (si lo diseña de modo que tenga suficiente margen de maniobra para llegar allí, por supuesto).

Ahora volvamos a $R_{\text{F}_2}$ y $C_{\text{F}_2}$. Con el amplificador auto-polarizado en DC, por diseño, si cuelga$R_{\text{F}_2}$ y $C_{\text{F}_2}$ fuera de la $Q_2$ base y tierra el otro extremo, todo lo que sucede es que ... otra vez en DC ... $C_{\text{F}_2}$se carga hasta el voltaje de reposo requerido. Finalmente, no hay corriente en$R_{\text{F}_2}$ y por lo tanto no hay caída de voltaje a través de él y, por lo tanto, el voltaje a través de $C_{\text{F}_2}$ es solo la diferencia entre el voltaje base de $Q_2$ y tierra.

Pero aquí está la gran cosa. Agregar esta "pierna" aquí hace que suceda algo nuevo en AC. (En DC, nada nuevo). Ahora forma un divisor de voltaje. Esto significa que solo una parte de los cambios de voltaje en la salida se presentarán a la base de$Q_2$. Ahora,$Q_2$ está trabajando para mantener su voltaje base cerca del voltaje base de $Q_1$. Entonces está tratando de seguir$Q_1$. Pero si solo ve una parte de lo que sucede en la salida, entonces se ajusta para que esta parte se mueva de acuerdo con lo que está sucediendo con$Q_1$. Pero esto significa que la salida tiene que moverse mucho más, porque solo una pequeña parte de lo que sucede en la salida es "vista" por$Q_2$.

El efecto de todo esto es ganancia . Por lo tanto, ahora puede establecer la ganancia del sistema independientemente de la polarización DC necesaria. Ésto es una cosa buena.

Y así es como funciona.

NOTA

En caso de que alguien piense que lo anterior es un diseño completo que se puede construir y que funcionará de inmediato, sin ningún ajuste o ajuste para lidiar con los caprichos de los BJT, no se descuide de la noción. El esquema solo está cerca de algo que podría entregar$5\:\text{W}$ como una salida en un $8\:\Omega$carga del altavoz Pero el multiplicador VBE definitivamente necesitaría un ajuste y es probable que las fuentes actuales también puedan usar algunos ajustes. Los pares BJT especializados utilizados en el amplificador diferencial completo podrían funcionar casi de inmediato. Pero es posible que se requieran algunos cambios. El multiplicador VBE en sí mismo debe estar térmicamente acoplado a$Q_{10}$ y / o $Q_{11}$para que también rastree mejor. Y el valor de$R_3$debe modificarse para que esté cerca de la cúspide de sus respuestas parabólicas. Un circuito práctico probablemente incluiría algunos potenciómetros, ninguno de los cuales está incluido en el esquema. Y hay otros detalles de construcción que no he mencionado y que probablemente otros aquí en EESE sepan más que yo también.

A menos que te sientas capaz de resolver y trabajar a través de la configuración y el ajuste de este diseño para los BJT que tienes a mano, deberías considerar esto más como un caso de ejemplo que real. Y si no tiene acceso a pares BJT coincidentes para el amplificador diferencial en sí, entonces hay algunas resistencias de degeneración necesarias en varios lugares para ayudar a hacer frente a la falta de coincidencia de VBE, así como al menos una resistencia adicional necesaria para lidiar con la falta de coincidencia beta con$Q_3$ y $Q_4$ (esa resistencia probablemente sería útil si también se usaran los BCV61 en lugar del BCM61).

Aparte de todo eso, este diseño de amplificador es ... semicerrado.

La ganancia del amplificador depende de Rf1 y Rf2.

Como sabe, la compensación de CC de entrada de un amplificador, que depende del desequilibrio en el par de transistores de entrada, aparece en la salida amplificada por su ganancia.

C2 es un condensador, por lo que no pasa CC. Esto elimina Rf1 de la ecuación y devuelve la ganancia a 1 en DC.

Este es un truco simple para asegurarse de que el voltaje de compensación de CC de salida no se multiplique por la ganancia del amplificador, eso es todo.

Con C2, el amplificador tiene una ganancia de CC de 1. Sin ella, 23. La ganancia de CA es 23.

Dado que no se proporciona ningún método para anular el voltaje de compensación de entrada, que se amplifica por la ganancia de CC, tener ganancia de CC podría causar problemas.

La compensación nula podría proporcionarse mediante un potenciómetro entre R2 y R3. Sin embargo, tenga en cuenta que el voltaje de compensación de entrada puede cambiar con la temperatura y esto no hace nada para corregirlo.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}