Stabilità di un amplificatore retroazionato

[MauroLombardi]

Grazie ancora.

Controlla sempre la tensione massima di operazione, magari fai una simulazione in DC per vedere che le polarizzazioni siano tutte rispettate.
Gli ZTX212 hanno un rating di -50V: sei troppo al limite, scegli transistor che abbiano almeno -80V.

Va bene, di questo mi preoccuperò dopo, magari metto due ZTX753, non saranno a basso rumore, ma è solo per capire perché ottengo un grafico di fase così strano.

D'altro canto la frequenza di attraversamento è un po' troppo alta e non vedo nessun tipo di compensazione nell'opamp: mettici due capacità tra base e collettore di Q503 e Q504 in modo da allontanare i poli e stabilizzarlo.

Lo avevo già notato e in effetti stavo cercando di tracciare il grafico di BODE per capire esattamente quanto lo posso stabilizzare con le varie capacità di compensazione nei punti critici.
Attualmente, senza compensazione, secondo il simulatore il circuito oscilla nei pressi di 150khz.
Ripeto, vorrei innanzitutto capire perché il grafico mi esce così strano, una volta che mi esce giusto poi è abbastanza semplice (per modo di dire...) stabilizzare il circuito.

[IsidoroKZ]

Un po' sopra 1MHz si vede una risonanza che richiede poli complessi coniugati, e quindi una induttanza.

Con il generatore di test che hai messo, si puo` anche andare a vedere la funzione di trasferimento pezzo per pezzo.

Puoi per favore allegare il file sorgente .asc? Probabilmente devi rinominarlo in .txt altrimenti il sito non lo accetta. Non ricordo se si possono allegare i file zippati.

[lelerelele]

Con questo set di misura voglio tracciare un grafico dal quale capire con pochissima matematica se l'amplificatore è stabile oppure no.

Bella domanda, se è stabile.

quando lo realizzerai, anche se in simulazione è stabile, rimarrai folgorato vedendo che dal vero è tutta un'altra cosa, sicuramente non funzionerà come ti aspetti. (quante volte mi è capitato da hobbista ).

ma fai bene, per imparare serve anche questo.

saluti.

[EcoTan]

dal vero è tutta un'altra cosa

Lo stesso non potrebbe valere anche per la risposta ai transitori? Che sia questo il motivo per cui alcuni non vogliono rinunziare ai tubi termoionici? (salvo poi complicare inutilmente anche quelli).

[lelerelele]

io parlo sempre da non addetto ai lavori.

Lo stesso non potrebbe valere anche per la risposta ai transitori?

certo. vale per tutte quelle componenti che possono essere influenzate da disturbi, capacità, induttanze, temperature, e caratterstiche intrinseche di ogni componente.

Che sia questo il motivo per cui alcuni non vogliono rinunziare ai tubi termoionici? (salvo poi complicare inutilmente anche quelli).

Sono un po ignorante in materia dei tubi, io ho sempre usato BJT, anche il mio finale audio lo feci così, non credo che a livello elettrico un tubo, possa dare meno problemi di autooscillazioni, per esempio, essendo queste dovute a caratteristiche circuitali esterne, ed invece si sa benissimo cosa comporta avere trasformatori d'uscita, rumore termico, (credo che ci sia internamente al tubo), rumore introdotto dal filamento, rendimenti molto bassi, e sono in dubbio sulla linearità.

per me non vale il gioco.

Chi ne è appassionato mi disse che non è tanto la qualità che esce dal finale a tubi, ma bensì la timbrica.

Essendo questo, direi che allora l'uscita non è come l'entrata, se deve darci una sua impronta, poi che sia piu piacevole, può essere, ma non è una riproduzione fedele.

pareri personali.

saluti.

[MauroLombardi]

Un po' sopra 1MHz si vede una risonanza che richiede poli complessi coniugati, e quindi una induttanza.

Con il generatore di test che hai messo, si puo` anche andare a vedere la funzione di trasferimento pezzo per pezzo.

Puoi per favore allegare il file sorgente .asc? Probabilmente devi rinominarlo in .txt altrimenti il sito non lo accetta. Non ricordo se si possono allegare i file zippati.

Grazie IsidoroKZ per l'interessamento. Non so per quale motivo il sito mi risponde che l'estensione TXT non è ammessa, per cui inserisco i link al mio disco remoto che avevo già inserito precedentemente per lo schema e per il modello dei transistor che sto utilizzando.

SCHEMA
MODELLI

[IsidoroKZ]

Due osservazioni al volo.

Come diceva gia` gill90 un condensatore di stabilizzazione a cavallo di Q503 ci vuole.

Il guadagno dell'amplificatore "diretto" e` molto alto, sopra i 100dB, forse e` il caso di abbassarlo un pochino con due resistenze sugli emettitori del differenziale di ingresso.

Infine non mi piace il carico differenziale del primo stadio formato da Q503 e Q504. proverei con un transistore solo, cambiando i valori delle resistenze per mettere a posto il bilanciamento.
Se ho tempo ci provo.

[MauroLombardi]

IsidoroKZ grzie ancora per l'interessamento.
é chiaro che da qualche parte l'amplificatore deve essere compensato, ma io volevo capire il perché di un grafico della risposta in fase così bizzarro. Tu hai pure scritto che

si puo` anche andare a vedere la funzione di trasferimento pezzo per pezzo

vuoi provare ad insegnarmi come si fa? Tieni presente però che stai parlando con una persona che ne sa poco più di un bambino delle scuole medie...

[IsidoroKZ]

Fai una analisi in AC lasciando il generatore in serie alla retroazione, ma al posto di misurare il rapporto delle tensioni sui due lati del generatore di tensione Vtest (V(FBout)/V(FBin), calcoli il rapporto fra le tensioni di uscita e di ingresso della parte che ti interessa.

Ad esempio, se calcoli il rapporto fra la tensione di collettore di Q503 e la tensione di base di Q502 hai la funzione di trasferimento del primo stadio e del suo carico, oppure tensione di FBout divisa per la tensione di collettore di Q503 hai la funzione di trasferimento dello stadio finale, sempre usando Vtest come eccitazione.

[IsidoroKZ]

Ho trovato un po' di tempo per fare qualche prova.

Per stabilizzare il circuito (almeno in simulazione), bisogna mettere 68pF o piu` fra base e collettore di Q503, e questo sistema anche la fase che sale nel circuito originale. Il condensatore fra base e collettore di Q504 direi che non serva a nulla perche' questo transistore non guadagna, avendo il collettore collegato direttamente a ground. gill90 concordi? Ultimamente sono piu` rincoglionito del solito, meglio se qualcuno controlla quanto dico

Inoltre metterei anche due resistenze da 100Ω sugli emettitori del differenziale di ingresso formato da Q501 e Q502, in modo da abbassare un po' il guadagno e stare piu` lontano dall'instabilita`.

La fase "strana" del guadagno di anello che compare nel circuito originale e` causata da una interazione del differenziale di ingresso e del differenziale di carico: con due differenziali in cascata, ci sono piu` percorsi possibili per andare dalla base di Q502 (l'ingresso), al collettore di Q503 (l'uscita del primo blocco): il segnale puo` passare per collettore di Q502, base di Q504, emettitore di Q504, emettitore di Q503 e infine collettore di Q503. Oppure il segnale della base di Q502 va sull'emettitore di Q502, emettitore di Q501, collettore di Q501, base di Q503 e infine collettore di Q503. I due percorsi hanno funzioni di trasferimento diverse, e quando si sommano saltano fuori i pasticci con la fase.

Se si mette sul collettore di Q504 una resistenza, direi da 9kΩ circa, si stringe la banda di Q504 e la funzione di trasferimento del guadagno di anello, anche senza i condensatori di compensazione, diventa piu` tranquilla.

Se si toglie Q504, cambiando R15 da 180Ω a 360Ω perche' ora c'e` solo meta` corrente, la fase assume un aspetto piu` umano . In questo caso la mancanza di Q504 fa scendere il guadagno e non e` piu` il caso di mettere le resistenze sugli emettitori del differenziale di ingresso.

Inoltre questo e` un risultato di simulazione, se si cambiano i parametri capacitivi dei quattro transistori coinvolti, ho l'impressione che il risultato cambi sostanzialmente. Questo vuol anche dire che non e` sicuro che il circuito reale si comporti come quello simulato!

Nei circuiti integrati, per non perdere il guadagno che darebbe Q504, al posto di un secondo stadio a differenziale si usa uno specchio di corrente. Anche in questo caso ci sono differenze di ritardo attraverso i due percorsi, mi pare sia discusso in questo articolo.

Se e` rimasto qualche circuitale analogico in questi paraggi (una specie in via di estinzione), suggerisco lo studio dell'articolo citato.