低電力プッシュプル増幅器の未知の歪み


8

私は小型のヘッドフォンアンプを作ろうとしていますが、最初は簡単に始めました。LM358オペアンプを使用して、BDトランジスタのペアでプッシュプルステージを駆動しています。

まず、1つのチャンネル(ヘッドホンの片側のみ)を試し、それを確認してから、もう1つのチャンネルに2倍にしました。

これが私が作った回路図です:

ここに画像の説明を入力してください

負荷インピーダンス(ヘッドフォンスピーカー)は32オームです。

入力では、ヘッドフォン出力が期待するように、関連する入力インピーダンスを提供するために、グラウンドに(コンデンサの前に)1Kの抵抗を追加しました。

回路はすべてのDCポイントを維持します。オペアンプ出力の電圧はVCC / 2であり、プッシュプル出力の電圧(コンデンサの前)もVCC / 2であり、両端に一定の0.2V電圧があります。エミッタ抵抗(静止電流が10mAになります)。

ただし、奇妙な歪みがあります。非常に小さい音量で何かを再生すると、サウンドは完璧です。音量を上げると、特に低音から中音域で突然、ひどくひずむようになり始めます。音量を上げ続けると、ひねりが弱まり、サウンドは再び良くなります(ただしひずんでいます)。

もちろん、さらに上げると、出力電圧の振幅が最大ピークに達してクリッピングを開始するため、歪みが再び発生します。

その上で(静かな)正弦波を再生してから音量を上げ始めると、ある時点で、同じ周波数の方形波が突然サウンドに "混入"したように見えますが、音量を上げ続けると、方形波が正弦波と同じペースで大きくなることがないため、対照的に歪みが知覚されにくくなります。

クロスオーバー歪みのようには聞こえません(つまり、実際のサウンドと似ていますが、シナリオはそれを指していません)。トランジスタは十分にバイアスされています。0.2Vは、出力抵抗の両端の電圧。そうだとすると、音量を下げても困りますが、音はパーフェクトです。

たぶん、出力段でlm358出力からの電流が多すぎますか?

しかし、そうであれば、この歪みがどんどん悪化しないのはなぜですか?

私はこれを理解することができず、シミュレーションは役に立たず、出力振幅が+ -2.4Vに達した後にクリッピングが表示されるだけですが、この振幅では、ヘッドフォンスピーカーで80mW RMSに近いものが得られるはずです。 。

これは、オーバードライブの前に大きなボリュームで得られる振幅のように聞こえるので、私が得ているこの歪みは、シミュレーションにはまったく表示されないと思います。

何か案は?

ありがとう!

Ps .:誰かが私の最後の投稿でlm358に関する私の問題を見つけた場合、それを無視してください、それはシミュレータの欠陥でした、それは実際にうまくいきます。シミュレーションでうまくいくと言うのは、741オペアンプと理想的なオペアンプの両方でシミュレーションしたためであり、結果は同じですが、その歪みは表示されません。

シミュレーションでこのLM358の代わりに741を使用し、100Hzのキャリアと1Hzの変調を備えたAM電圧源を使用して(入力で振幅の正弦波電圧を増加させるため)、出力電圧をプロットすると、オーバードライブがクリップするときを除いて、歪みは表示されません。

低ボリューム範囲でプロットします。水平スケールは20ms / Div、垂直スケールは100mV / Divです。

ここに画像の説明を入力してください

同じ時間ウィンドウでプロットしますが、1V / Div垂直スケールでプロットします。

ここに画像の説明を入力してください

以前と同じ垂直スケールでプロットしますが、さらに時間をかけます(AC電源の電圧が増加してオーバードライブに達したとき)

ここに画像の説明を入力してください

ご覧のとおり、オーバードライブの前に歪みは発生していません

これは、最初のプロットと同じ時間ウィンドウで、200mV / Divの垂直スケールでR5の差動電圧をプロットしたものです。

ここに画像の説明を入力してください

ここに表示されているように、その時間ウィンドウでは、PNPトランジスタは完全なカットオフに達していますが、最初のプロットで示されているように、実際のプッシュプル出力に歪みは発生しません。


あなたが説明することは、(a)Q1 / 2 R5 / 6が常に導通している少量の完全なクラスAの動作と一貫しており、次に(b)上部または下部が遮断され、ループゲインが突然変化する、クラスBの動作の開始、次に(c)クラスBですが、一定のクロスオーバー歪みは大きなオーディオ信号に関連しているため、歪みの比率が低くなります。出力波形だけでなく、R5またはQ1 VBEの両端の差動電圧も監視して、法医学的にシミュレーションします。R3 / 4は不必要であり、害はありませんが、使用もありません。聞いているのと同じ負荷でシミュレートします。出力電流は重要です。
Neil_UK 2018年

はい、実際に使用しているのと同じ負荷を使用してシミュレーションしましたが、歪みは表示されません。シミュレーションで表示される唯一の歪みは、出力がクリッピングを開始するときのオーバードライブですが、その前に、どの振幅にも歪みは表示されず、すべてがうまく機能します。
user2934303 2018年

アンプを通過する低、中、高、および歪みのある振幅で、R5両端の入力電圧、出力電圧、および差動電圧のプロットを投稿します。
Neil_UK 2018年

コメントに投稿するにはどうすればよいですか?
user2934303 2018年

ヘッドフォンのインピーダンスとは何ですか?
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75 2018年

回答:


9

問題クロスオーバー歪みであると思われますが、出力トランジスタではなくオペアンプから発生しています。LM358のデータシートは言います: -

電源の電流ドレインを削減するために、アンプには小信号レベル用のクラスA出力段があり、大信号モードでクラスBに変換されます...

負荷がアンプの出力に容量結合されているACアプリケーションの場合、クラスAバイアス電流を増やし、クロスオーバー歪みを防ぐために、アンプの出力からグランドまで抵抗を使用する必要があります。

私はあなたの回路を構築しましたが、信号の中心線より約0.2V低いクロスオーバー歪みを示しました。オペアンプの出力からVccまたはグラウンドに1kΩの抵抗を接続することで、波形の上部または下部(最大音量ではほとんど目立たない)に歪みを移動することができました。

オペアンプをクラスAにバイアスすると、一方向のピーク駆動電圧が減少し、アンプが非対称にクリップしますが、2Vを超えるピークの歪みのない出力を32Ωに生成できます。


1
これは古典的なLM324バグであり、358は同じ時代です。(私はその上に任意のノイズやフィードバックを排除するデカップルピン3(VIN +)も考えられる。
ブライアン・ドラモンド

しかし、アンプの出力は、プッシュプルステージの抵抗によって既にバイアスされています。代わりに741を使用すると、この問題は解決しますか?
user2934303 2018年
弊社のサイトを使用することにより、あなたは弊社のクッキーポリシーおよびプライバシーポリシーを読み、理解したものとみなされます。
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.