Amplificatore JLH (Linsley Hood) del 1969

[Piercarlo]

Ti spiego quali sono le mie difficoltà:

1) Non capisco cosa c'entri la variante con il MOS che non mi aiuta a capire cosa non va nel circuito originale, visto che sostituendo il transistor con il mosfet si stravolge il funzionamento del circuito.

Qui sono io a chiederti spiegazioni: che cosa viene stravolto nel circuito? Il bipolare Q2, nel JLH, funge da inseguitore di tensione e non da generatore di corrente e rimane tale ANCHE SE, per via dei limiti imposti dal beta, è costretto a funzionare da pseudo generatore di corrente. Nella variante a MOS cambia soltanto che, con quel circuito, questa costrizione non è possibile. Per il resto i due circuiti si equivalgono.

2) Indipendentemente dalla variante con il MOS, cosa è che non ti quadra nel circuito D del mio disegno? Perché pensi non possa funzionare? Se credi che A e B possano funzionare entrambi correttamente come sorgenti di corrente verso il carico, cosa ti fa credere che possano sorgere dei problemi parallelando le uscite di A e B? A me risulta che le sorgenti di corrente si possano parallelare impunemente senza problemi.

Non mi quadra proprio il fatto che si possano considerare entrambi dei generatori di corrente. Connetti un carico qualunque e di generatori di corrente ne resta uno solo, non due. L'inseguitore di tensione a bipolari, a meno del fattore beta, È BIDIREZIONALE.

[BrunoValente]

In pratica il tuo circuito si comporta grosso modo come se fosse fatto così

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

cioè lo stadio finale esce ad alta impedenza ed è la controreazione che l'abbassa

[Piercarlo]

DarwinNE, il circuito che ho riprodotto in [1] è una semplificazione per facilitare ragionamenti e conti. Se avessi immaginato che avrebbe fatto sorgere tutto questo equivoco avrei riprodotto lo schema intero e amen (cosa che ho evitato ANCHE per non complicare le cose tirando in ballo la controreazione che vi esiste: io volevo piuttosto mettere a fuoco il funzionamento dello stadio finale come tale, al netto di ogni ulteriore correzione).

[BrunoValente]

Non mi quadra proprio il fatto che si possano considerare entrambi dei generatori di corrente...

e invece è proprio così

[Piercarlo]

Non mi quadra proprio il fatto che si possano considerare entrambi dei generatori di corrente...

e invece è proprio così

Ripeto: tu hai in testa un circuito e io un altro (e l'hai pure disegnato!).

Fine della storia.

[BrunoValente]

Continuo a non capire, dipenderà senz'altro dai miei limiti, comunque ok.

[DarwinNE]

Mi sono reso conto di aver fatto un errore nel circuito di piccolo segnale in [4], ho collegato male la resistenza di base del transistor Q3. Ho corretto il post, scusatemi!

Il problema l'ho già sintetizzato nel post iniziale: dato un segnale di ingresso qualsiasi, i due finali vengono sì pilotati in controfase ma su due grandezze differenti; Il transistor superiore, connesso a inseguitore, produce una tensione di uscita, mentre quello inferiore produce una corrente di uscita. In tali condizioni, se il carico non ha un valore ben predefinito, il "push-pull" cessa di essere tale per diventare un pasticcio in cui le due componenti del segnale di uscita, tensione e corrente, vanno ognuna per i fatti suoi: se il carico è minore del valore previsto l'uscita si ritrova senza corrente sulla semionda negativa, mentre se è superiore il transistor che funge da inseguitore si ritrova a dissipare, come caso estremo (assenza di carico con massimo segnale), una potenza istantanea circa quattro volte superiore a quella di riposo.

La differenza principale tra questo circuito ed un circuito push/pull tradizionale è che qui i transistor Q1 e Q2, salvo in casi estremi, funzionano sempre in regione lineare (classe A). Quindi, nessuno dei due è completamente "spento" o in saturazione, e ciò costituisce una grandissima differenza rispetto allo stadio push/pull tradizionale (che del resto non avrei studiato in regime di piccolo segnale).

Ora, dato che il JLH si può studiare bene in regime di piccolo segnale, consideriamo di nuovo lo stadio di uscita che ho trattato in [4]:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Se trascuriamo , e consideriamo , ci troviamo con:



Quindi, in pratica, il transistor Q1 "tira" dal carico una corrente , mentre il transistor Q2 "spinge" nel carico una corrente .

Tutto il finale, se non ho fatto errori (ahimé, sempre troppo frequenti per quanto mi riguarda), è sostanzialmente equivalente ad una sorgente di corrente controllata:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Oppure come un trasconduttore con transconduttanza .

Riprendendo il circuito completo e facendo qualche semplificazione che ad occhio dovrebbe essere accettabile, io proverei a studiare quanto segue, sempre in piccolo segnale, che dovrebbe essere una semplificazione di tutto l'amplificatore JLH:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Dove Rc è la resistenza sul collettore di Q4, eventualmente in parallelo con la resistenza di ingresso dello stadio finale ma che mi pare dovrebbe essere abbastanza più grande degli 8,2kohm che ci sono nel circuito originale.

Adesso vado a far la spesa, ma dovrebbe esser possibile calcolare l'impedenza di uscita del circuito che qui dovrebbe essere abbastanza bassa, da poter pilotare comodamente degli altoparlanti.

[Piercarlo]

Continuo a non capire, dipenderà senz'altro dai miei limiti, comunque ok.

Riesaminati il circuito originale senza preconcetti e ci arrivi. Io ho sbagliato etichettando frettolosamente le anomalie come "resistenza negativa" (ma ho l'attenuante almeno della somiglianza) ma le magagne, specialmente a basso e medio livello, sono qualcosa che meritano un po' di attenzione.

Va detto che l'autore non ha gran colpa: cinquant'anni fa i transistori erano ancora molto costosi e meno se ne usava meglio era. Da qui la scelta di usare il VAS come invertitore di fase invece di impiegare uno stadio di uscita a simmetria quasi complementare, soluzione più costosa ma anche più sana e pulita. Ma ognuno vive nel suo tempo e con i limiti del suo tempo. Se il JLH fosse stato proposto anche solo cinque anni dopo, non credo che vi sarebbe stato impiegato lo stesso stadio di uscita (e infatti questo, a quel che mi risulta, è l'unico finale relativamente "anticonvenzionale" proposto da Linsley-Hood).

[Piercarlo]

Riprendendo il circuito completo e facendo qualche semplificazione che ad occhio dovrebbe essere accettabile, io proverei a studiare quanto segue, sempre in piccolo segnale, che dovrebbe essere una semplificazione di tutto l'amplificatore JLH:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Dove Rc è la resistenza sul collettore di Q4, eventualmente in parallelo con la resistenza di ingresso dello stadio finale ma che mi pare dovrebbe essere abbastanza più grande degli 8,2kohm che ci sono nel circuito originale.

Il 2N1613 non è (non era) un transistor che offrisse troppa trippa per gatti. Il suo Hfe tipico si aggira attorno a 50-60 che, moltiplicato per la sua Re a Ic 10 mA (2,5 ohm) sommata con l'impedenza di ingresso di Q1 (6 ohm), fornisce nel migliore dei casi un non proprio strepitoso 510 ohm come carico di collettore per Q4. Questi per parte sua si ritrova a lavorare con una Ic di circa 320-330 microampere, a cui corrisponde una Re di 80 ohm, che vanno sommati al valore equivalente del partitore di retroazione R3+R4 (circa 200 ohm), il cui totale quando va a dividere il carico di collettore di Q4 (510/280) fornisce un miserabile 1.8 (queste sono le penalità che si pagano a usare troppo pochi transistor: prendere o lasciare).
Il guadagno del VAS, con un carico di uscita di 8 ohm, vale (senza effetti speciali) circa 56,5 che moltiplicato per il guadagno in tensione di Q4 fornisce un guadagno ad anello aperto di ben 101 volte... Chiuso l'anello di retroazione resta un guadagno di anello di circa 8 volte...

Se non ho cannato alla grande i conti!

[BrunoValente]

Continuo a non capire, dipenderà senz'altro dai miei limiti, comunque ok.

Riesaminati il circuito originale senza preconcetti e ci arrivi...

Il fatto è che a me pare molto chiaro il funzionamento di quel circuito e non mi sembra proprio di avere preconcetti, alla mia età credo di essere ormai vaccinato da questi pericoli

Ho provato a simulare il circuito con Multisim mettendo transistor disponibili più o meno a caso: i TIP41 hanno un guadagno più basso di 60 e per questo ho raddoppiato la corrente del generatore di corrente I1 rispetto al tuo circuito.

Q5 è polarizzato in base con una corrente fornita da I3 trovata sperimentalmente per avere l'uscita a circa 0V a riposo.

Il segnale di ingresso è una sinusoide di corrente da 1kHz fornita da I2 settato a 40uA.

Qui di seguito si vede all'oscilloscopio il segnale di tensione in uscita su carico di 8 ohm, come vedi, a parte una leggera distorsione apprezzabile ma siamo ad anello aperto, pare sia tutto regolare.

Qui invece l'oscilloscopio è dotato di due sonde di corrente piazzate sui due transistor e si vedono chiaramente le due forme d'onda di corrente in controfase nei transistor, ovviamente più distorte di quella risultante della tensione per effetto del push pull che sopprime le componenti in fase, la scala di conversione da amper a volt è 1:1 e si vede che la corrente a riposo è dalle parti di 1.4A

Come vedi grosso modo tutto funziona secondo quanto previsto sia dalla mia analisi che da quella molto più precisa di DarwinNE... sarà un caso?