低功率推挽放大器中的未知失真


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我试图制造一个小型耳机放大器,但开始时很简单:我使用LM358运算放大器通过一对BD晶体管驱动推挽级。

我首先尝试一个通道(仅在耳机的一侧),以便检查它,然后将其加倍到另一个通道。

这是我构建的电路图:

在此处输入图片说明

负载阻抗(我的耳机扬声器)为32欧姆。

在输入中,我增加了一个1K电阻到地(在电容器之前),以提供一些相关的输入阻抗,因为耳机输出需要一些阻抗。

该电路将每个直流点保持在应有的位置:运算放大器输出中的电压为VCC / 2,推挽输出中的电压(在电容器之前)也是VCC / 2,并且在输出两端有一个恒定的0.2V电压。发射极电阻(静态电流为10mA)。

但是,有一个奇怪的失真。当我以很小的音量播放任何声音时,声音都是完美的。如果我调高音量,突然会突然开始严重失真,特别是在低频到中频时;如果我继续调高音量,失真会变弱,声音似乎会再次变好(但仍会失真)。

当然,如果我把它调大一点,它将再次失真,因为输出电压摆幅将达到最大峰值并开始削波,这只是经典的过驱动。

如果我在其上播放(安静的)正弦波,然后开始调高音量,那么我得到的印象是,在某个点上,相同频率的方波突然“混入”了声音,但是随着继续调高音量,方波不会以与正弦波相同的速度变大,因此,相比之下,失真的感知性降低。

这听起来不像是交叉失真(我的意思是,它在实际声音中与之相似,但场景并未指出这一点),晶体管偏置良好,即使太大,0.2V对于输出电阻两端的电压。如果是这样,则在较小的音量下也会遇到麻烦,但是声音是完美的。

也许输出级从lm358输出需要太多电流?

但是如果是这样,为什么这种失真不会越来越严重?

我无法弄清楚这一点,并且模拟也无济于事,它们只是在输出幅度达到+ -2.4V之后显示削波,但是在这个幅度下,我应该在耳机扬声器中得到接近80mW RMS的信号,这应该相当响亮。

这听起来像是我在超速驱动之前进入高音量的幅度,所以我猜想我得到的这种失真根本不会出现在仿真中。

有任何想法吗?

谢谢!

附注:如果有人在上一篇文章中看到lm358遇到了我的麻烦,请忽略它,这是一个模拟器缺陷,在现实中效果很好。当我说模拟中起作用时,是因为我同时使用741运算放大器和理想运算放大器对其进行了模拟,并且结果是相同的,所以不会出现失真。

在仿真中使用741代替此LM358,并使用具有100Hz载波和1Hz调制的AM电压源(只是在输入中具有增加的正弦电压),我绘制了输出电压,您可以看到剪辑时,除了过载之外,没有失真:

在低音量范围内绘制,水平标度为20ms / Div,垂直标度为100mV / Div:

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在同一时间窗口中绘制,但现在使用1V / Div垂直刻度:

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使用与以前相同的垂直比例尺,但时间更远的图(当交流电源的电压增加并达到超速时)

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如您所见,在过载模式下不会出现失真

这是在第一张图的相同时间窗口内,垂直刻度为200mV / Div的R5上的图差分电压:

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如在此可见,在该时间窗口中,PNP晶体管达到完全截止,但这不会对实际推挽输出造成失真,如第一幅图所示。


您所描述的内容与(a)小音量,始终以Q1 / 2 R5 / 6始终处于A类操作,然后(b)从顶部或底部断开开始开始B类操作,突然改变环路增益相一致。 ,则(c)仍为B类,但恒定的分频失真与较大的音频信号有关,因此失真率较低。进行取证模拟,不仅要观察输出波形,还要观察R5或Q1 VBE两端的差分电压。R3 / 4是多余的,没有伤害,但也没有用。在聆听时模拟相同的负载,输出电流很重要。
Neil_UK

是的,我使用与实际使用相同的负载进行了模拟,但是没有出现失真。仿真中出现的唯一失真是过载,当输出开始削波时,但在此之前,没有任何振幅的失真出现,一切正常。
user2934303

在R5两端张贴输入电压,输出电压和差分电压的图,幅值低,中间,高和失真的幅度通过放大器。
Neil_UK

如何在评论中发布?
user2934303

耳机阻抗是多少?
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75,2018年

Answers:


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我怀疑您的问题交叉失真,但来自运放而不是输出晶体管。该LM358数据表说: -

为了减少电源电流消耗,放大器具有用于小信号电平的A类输出级,可在大信号模式下转换为B类...

对于交流应用,其中负载与放大器的输出电容耦合,应使用一个电阻,从放大器的输出到地,以增加A类偏置电流并防止交叉失真。

我构建了电路,它在信号中心线下方显示了约0.2V的交叉失真,这解释了为什么音量增大时突然出现交叉失真。通过将一个1kΩ电阻从运算放大器输出连接到Vcc或地,我能够将失真移到波形的顶部或底部(在最大音量下几乎看不到)。

将运算放大器偏置为A类会降低一个方向上的峰值驱动电压,这会导致放大器进行非对称削波,但仍能够产生超过2V的峰值未失真输出到32Ω。


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这是经典的LM324错误,与358是同一时代。(I也将解耦销3(VIN +),以消除任何噪声或反馈就可以了。
布赖恩德拉蒙德

但是在推挽级中,放大器的输出已经被这些电阻偏置了。使用741可以解决此问题吗?
user2934303
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