Zesilovač s korekcí přechodového zkreslení

podle p. Renardsona

Intro

Třída AB má velkou výhodu v účinnosti, která se běžně pohybuje okolo 50%. Jedním z problémů, které významně ovlivňuje výsledné vlastnosti, je správná velikost klidového proudu a její udržení na této hodnotě ve všech režimech zesilovače. Běžně se používá násobič napětí Ube tranzistoru, který je teplotně svázán s výkonovými tranzistory. I tak se přechodové zkreslní nedá zcela odstranit, jen zmenšit na určitou velikost.

Chybová korekce

Na stránkách p. Renardsona je popsán způsob, jak zkreslení způsobené nesprávnou velikostí klidového proudu zmenšit pod měřitelnou mez. Rozhodl jsem se obvod realizovat a tím v praxi ověřit jeho vlastnosti.

Schema zapojení

vychází ze skici, která se objevila na jeho stránkách těsně před koncem roku 2002.

Schema zapojení zesilovače s korekcí přechodového zkreslení

Popis funkce obvodu

Jedná se o celkem běžné zapojení komplementárního zesilovače ve třídě AB, jako budič je použit OZ typu OPA604, který má pro toto použití vhodné vlastnosti, které jsou již zmíněny v původním pramenu.
Nové je zapojení tranzistoru Q4, který kromě běžné funkce násobič napětí Ube zde pracuje jako sumační zesilovač, jehož vstupní napětí je odvozeno z výstupního proudu obou větví zesilovače. Toto napětí je přivedeno přes odpory R6 a R13 na bázi zmíněného tranzistoru a po zesílení se přidává k signálu, který přichází na spodní dvojici tranzistorů Q5, Q7. Tím je podle původního článku nejen kompenzováno přechodové zkreslení, ale i fakt, že příliš nezáleží na velikosti klidového proudu, jehož velikost u konvenčního zesilovače v AB třídě je zcela zásadní.
Zdroje proudu Q1, Q6 stabilizují proud, který protéká tranzistorem Q4 v závislosti na změnách velikosti napájecího napětí. V původním článku je použit jen jeden (horní) proudový zdroj, autor udává, že jednostrané zatížení výstupu použitého OZ posouvá jeho vnitřní koncový stupeň do třídy A. Upřímně řečeno, nejsem těmto "specialitám" příliš nakloněn a raději jsem zde použil symetrické zatěžování OZ. Tím se mimo jiné taktéž zmenšuje jeho výkonová ztráta, která je vzhledem k použití maximálního jeho napájecího napětí (+/-24V) už docela veliká.
Operační zesilovač je kmitočtově kompenzován kondenzátorem C6, mezi další prvky, které zajišťují kmitočtovu stailitu zesilovače lze zařadit C4, C10, RR5, R19 a výstupní článek C7, C8, R10, R16, R17 a L1.
Je použita poměrné malá záporná zpětná vazba, asi 20dB, protože zesílení v rozpojené smyčce zesilovače je omezeno poměrem odporů R8 a R7 asi na 46. Zesílení s uzavřenou smyčkou je pak dáno výrazem
((R12||R8)/R7)+1, tedy po dosazení ((100k||8,2k)/2,2k)+1 = 4,45. Tedy poměr zisku mezi rozpojenou a uzavřenou smyčkou zpětné vazby je jen asi 20dB, což se příznivě projeví na chování při přebuzení. Bez celkové zpětné vazby se toto zapojení nedá použít pro poměrně velký výstupní odpor, který je dán velikostí odporů R9, R11 a R15.
Po zapnutí se klidový proud nastaví na velikost 80mA, po zahřátí se ustálí na 100mA. Budící tranzistory Q3, Q5 by neměly mít tepelný kontakt s výkonovými tranzistory Q2, Q2. Dopručuje se teplotně svázat snímací tranzistor Q4 a budící Q3, ve vzorku to nebylo nutné, zřejmě dostačuje pro teplotní stabilitu záporná zpětná vazba na poměrně velkých emitorových odporech R9, R11 a R15. Odpor R15 je tvořen seriovým spojením dvou odporů jako jsou R9 a R11, je totiž důležitá jejich stejná velikost R15 = R9 + R11. Podrobnosti jsou obšírně vysvětleny v původním článku.
Výstupní tranzistory pracují v zapojení CFP, neboli jako komplementární sledovače se 100% zápornou zpětnou vazbou, čehož je vhodně využito při snímání chybového napětí v horní větvi.

Dosažené vlastnosti

Obvod je stabilní při přebuzení a byl testován nejen do odporové zátěže, ale také do zátěže kapacitní v rozmezí 1nF - 1uF s kombinací odporu R=8Ohm. Zákmity způsobené komlexní zátěží nebyly pozorovány při žádné kombinaci uvedených hodnot.

Zkreslení

Pro měření byl použit generátor a zvuková karta s příslušným SW pro harmonickou analýzu. Zkreslení samotné měřicí aparatury je takovéto:

Zkreslení při výstupním napětí Uvýst=300mV (11mW)

Zkreslení při výstupním napětí Uvýst=14.2V (25W)

Zkreslení mezi oběma naměřenými hodnotami bylo menší, nebo rovné těmto výše uvedeným hodnotám.

Outro

Uvedená korekce vhodným způsobem omezuje vliv klidového proudu na vlastnosti zesilovače ve třídě AB. Všechna měření byla provedena na laboratorním vzorku při napájení z dvojitého regulovaného zdroje 2 x 24V. Při praktické realizaci by bylo vhodné vyzkoušet OZ s větším povoleným napájecím napětím, než má výše použitý OPA604, tím by bylo možné zvýšit výstupní výkon, vzhledem k použitým tranzistorům až na nejméně 50W/8Ohm.