Modulação estranha na saída do amplificador

[Bills]

Olá. 

Eu tenho estudado bastante a respeito de amplificadores e resolvi me arriscar a calcular um com uma potência de uns 5W e então calculei o amp da imagem abaixo. Os transistores são modelos criados por mim no spice com Hfe de 100 (exceto os de saída que programei para terem Hfe de 40) e vbe em torno de 0,7V.

Quando rodei a simulação fiquei super feliz pois tudo o que eu havia calculado tinha dado certo. Ganhos, impedâncias e a forma de onda em potência máxima tava linda com 9Vpp.

Mas aí resolvi substituir os transistores de saída (modelos que eu criei) por modelos disponíveis no programa. Usei um 2N3055 e um D45H11. Regulei a corrente em modo de espera e a princípio parecia estar tudo ok mas quando mudei a simulação para um tempo maior apareceu na saída uma modulação em amplitude como vcs podem ver abaixo:

Minhas dúvidas são as seguintes: Por que isso está ocorrendo? Quais erros posso ter cometido? e como poderia evitar esse problema?

Desde já agradeço!

[Renato.88]

1 hora atrás, Bills disse:

Por que isso está ocorrendo? Quais erros posso ter cometido? e como poderia evitar esse problema?

Isso é erro do programa com relação ao tempo da simulação.

Em outras palavras o PC não acompanha o grafico e aí acontece isso.

Eu vejo esse erro acontecer em outros simuladores com uma simples troca de componente onde a frequência resultante não é aceita pelo programa.

 

[MOR_AL]

Vamos lá!

Seu circuito me lembra o comentário de meu professor de eletrônica em 1974. Na época ele chamou de circuito "Fantastron". Tudo porque eu tinha decidido fazer:

1 - Com uma realimentação maluc... ehr, não convencional.

Você colocou TRÊS realimentações, quando só precisava de apenas uma.

Suas realimentações não possuem valores apropriados.

A via R3 seria um circuito boot strap, mas com ganho muito inferior a unidade.

A via R5 deveria poder estabilizar o ganho, tendo como carga um resistor, mas tem basicamente, uma junção  base-emissor,  que varia com a polarização, com a temperatura e parece que solicita um ganho bem superior ao que o estágio de opem loop tem.

A via R9 e C3 pode estar despolarizando o transistor Q7. 

O ponto positivo, se é que pode-se mencionar, é que todas as realimentações são negativas, tendendo a estabilidade do circuito. Mas cada uma com a sua tarefa, podendo interferir nas outras duas. 

É por este motivo, que não se costuma acrescentar mais de uma realimentação.

 

2 - Colocar a carga não referenciada ao terra.

Parece que seu circuito também sofre (?) dessas características...

À direita de C1, observa-se que a carga do amplificador é basicamente ditada pelo menor valor de resistência, que neste caso fica a cargo de R4. 

Calcule a corrente desperdiçada na malha R4, R9 e R7.

 

Observação:

Tive o trabalho de analisar rapidamente o seu circuito e respondi a sua dúvida, porque em 1974 meu professor não se deu ao trabalho de analisar o meu circuito "Fantastron". E olha que o circuito estava com todos os cálculos de polarização e da análise em frequências. Somente depois de muitos anos, com muito mais conhecimento, é que eu mesmo pude analisar e entender porque o meu circuito, apesar de correto, não era prático. Portanto posso imaginar sua preocupação/angústia em querer que alguém te auxilie. 

MOR_AL

 

 

 

[Bills]

@Renato.88  obrigado pela resposta! Eu não sabia dessas falhas...

@MOR  Muito obrigado (muito obrigado mesmo!) pela resposta. Estudarei mais e refletirei a respeito de cada palavra  da sua resposta e tentarei novamente e novamente se for preciso (e novamente ....) até... até sempre porque sempre se tem algo mais para se aprender. Se possível gostaria de pedir que me indicasse livros, ebooks ou materiais sobre o assunto. Desde já obrigado!

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Um adendo: depois de ler sua resposta e pensar um pouco fiz algumas modificações e aquela modulação desapareceu:

Nos meus testes, também injetei onda quadrada de 1mV a 1kHz e o resultado na carga foi este:

[MOR_AL]

@Bills

Eu ainda hoje, com algum conhecimento de eletrônica analógica, sempre estou aprendendo. 

E sim. Tentando novamente, não somente se melhora o projeto, como também se adquire mais conhecimento.

 

Como você juntou uma figura com a forma de onda e o diagrama juntos, mesmo salvando a figura e ampliando, não dá para ver os valores dos componentes. Procure apresentar a figura do diagrama em separado. Só assim é que dá para ler os valores dos componentes.

Você mudou a carga para referencia-la ao terra. Isso melhora o circuito, mas ainda pode ser melhorado reduzindo uma das realimentações.

 

Não sei o seu grau escolar, técnico, ou de engenharia, mas fiz um tutorial, que pode te ajudar.

Inclusive tem partes de circuitos, que podem (e deveriam) ser aproveitados em seu projeto.

Vale a pena dar uma estudada. Comente depois.

 

MOR_AL

transistores para pequenos sinais1.pdf

[Bills]

@MOR Novamente obrigado! vou estudar o material. E o print do circuito está aqui:

[MOR_AL]

@Bills

Ok!

Em sua simulação, você não deveria usar transistores inexistentes, pois depois terá que substitui-los, caso deseje montar. Então é melhor usar logo os existentes.

1 - Use um BC5 alguma coisa NPN no lugar de Q7

2 - Use BD139 e BD140 no lugar de Q2 e Q4. Ou então use os TIPs.

3 - Não conheço este D45H11, mas deve ser de potência como o 2N3055. Se você tiver, ok, caso contrário, use um disponível em sua sucata, ou seu estoque de componentes.

4 - Em meu tutorial tem um estágio diferencial. Você pode usá-lo na substituição de Q7. Qualquer que seja o estágio usado, polarize-o com até 1mAcc. É comum isso.

5 - Se usar um par diferencial na entrada, use transistores NPNs (BC5xx), que dá para acoplar com Q6, desde que o troque por um BCxxx PNP e o coloque na parte de cima do circuito. Você também pode usar transistores PNPs no estágio de entrada e acoplar diretamente com Q6.

6 - Retire R5. A polarização de Q6 pode vir direto do coletor do par diferencial (PNPs).

MOR_AL

 

 

 

 

[Bills]

@MOR Eu pretendo ler seu material por completo mas devido a um certo nível de ansiedade fui direto à parte que fala sobre amplificadores e depois de ler fiz novas modificações reduzindo as realimentações e colocando transistores existentes. Ficou assim:

 

 

[MOR_AL]

@Bills

Está melhorando, mas você deve garantir que a tensão cc de polarização na junção dos emissores de Q! e de Q3 estejam com metade da excursão do sinal. Isso garante que ocorra a não linearidade do sinal, tanto no semi-siclo positivo como o negativo.

Você consegue isso com uma realimentação até cc e com um par diferencial na saída.

MOR_AL

[Bills]

@MOR gostaria de tirar outra dúvida. Fiz novas modificações e dessa vez calculei os capacitores considerando o efeito da realimentação e aí fui olhar a resposta em frequência do amplificador e deu um pico em torno de 30Hz. Isso é normal? se não, qual poderia ser o problema? Seguem abaixo as imagens:

 

[Eder Neumann]

aumente a resistência do seu "alto-falante" para 4 ou 8 ohms e veja se a posição do pico muda.

 

[MOR_AL]

@Bills

Aumente o valor de C2

MOR_AL

[Bills]

@Eder Neumann , Sim, trocando o valor da carga o pico se movimenta.

@MOR  Eu aumentei, reduziu um pouco mas não sumiu completamente. De qualquer forma eu desisti de montar esse amplificador depois que olhei o THD. À média potência a distorção está em torno de 1%, bem aceitável pra mim mas na potência máxima chegou a bater 19% (!!!)... Isso seria uma tortura para meus ouvidos XD

De qualquer forma foi um grande aprendizado tentar calcular este amp. Vou estudar e praticar mais, acho que ao invés de montar um completo vou calculando e montando etapas separadamente afim de fazer testes de forma mais fácil e aprender mais. Segue abaixo o print do FFT do circuito em potência máxima. Obrigado a todos vcs!!! :)