Distorsione sconosciuta nell'amplificatore push-pull a bassa potenza

Sto cercando di realizzare un piccolo amplificatore per cuffie e ho iniziato in modo semplice: sto usando un opamp LM358 per pilotare un palco push-pull con una coppia di transistor BD.

Ho iniziato provando un singolo canale (solo uno dei lati delle cuffie) in modo da poterlo controllare e quindi raddoppiarlo sull'altro canale.

Ecco lo schema per il circuito che ho costruito:

L'impedenza di carico (il mio altoparlante per cuffie) è di 32 ohm.

Nell'ingresso, ho aggiunto un resistore 1K a terra (prima del condensatore) solo per fornire un'impedenza di ingresso rilevante, poiché l'uscita delle cuffie si aspetta un po '.

Il circuito mantiene ogni punto CC dove dovrebbe essere: la tensione nell'uscita opamp è VCC / 2, la tensione nell'uscita push-pull (prima del condensatore) è anche VCC / 2 e c'è una tensione costante di 0,2 V attraverso resistori di emettitore (che forniscono una corrente di riposo di 10 mA).

Tuttavia, c'è una strana distorsione. Quando suono qualsiasi cosa a un volume molto basso, il suono è perfetto. Se alzo il volume, inizia a distorcere tutto molto all'improvviso, specialmente a frequenze medio-basse, e se continuo ad alzarlo, la distorsione diventa più debole e il suono sembra di nuovo migliore (ma ancora distorto).

Naturalmente, se lo alzo ancora di più, ricomincerà a distorcere poiché l'oscillazione della tensione di uscita raggiungerà il picco massimo e inizierà il clipping, solo il classico overdrive.

Se suono un'onda sinusoidale (silenziosa) e poi inizio a alzare il volume, l'impressione che ottengo è che, ad un certo punto, un'onda quadrata della stessa frequenza viene improvvisamente "mescolata" nel suono, ma come continua ad aumentare il volume, l'onda quadra non aumenta più forte allo stesso ritmo dell'onda sinusoidale, quindi la distorsione diventa meno percepibile in contrasto.

Non sembra una distorsione crossover (voglio dire, è simile ad esso nel suono reale ma lo scenario non lo punta), i transistor sono ben distorti, anche troppo, 0,2 V è un po 'troppo per il tensione attraverso i resistori di uscita. E se fosse così, ci sarebbero problemi anche nei volumi più bassi, ma il suono è perfetto.

Forse lo stadio di uscita richiede troppa corrente dall'uscita lm358?

Ma se lo è, perché questa distorsione non peggiora sempre di più?

Non riesco a capirlo e le simulazioni non aiutano, mostrano solo il clipping dopo che l'ampiezza dell'uscita raggiunge + -2,4 V, ma con questa ampiezza dovrei ottenere qualcosa vicino a 80mW RMS nell'altoparlante delle cuffie, che dovrebbe essere abbastanza forte .

Sembra l'ampiezza che ottengo negli alti volumi prima dell'overdrive, quindi la mia ipotesi è che questa distorsione che sto ottenendo non appaia affatto nella simulazione.

Qualche idea?

Grazie!

Ps .: Se qualcuno ha visto i miei problemi con lm358 nel mio ultimo post, ignoralo, è stato un difetto del simulatore, funziona bene nella realtà. Quando dico che le cose funzionano nella simulazione è perché l'ho simulato sia con un opamp 741 che con un opamp ideale, e il risultato è lo stesso, che la distorsione non appare.

Usando un 741 al posto di questo LM358 nella simulazione e usando una sorgente di tensione AM con un vettore 100Hz e una modulazione 1Hz (solo per avere una tensione sinusoidale in ampiezza crescente nell'ingresso), ho tracciato la tensione di uscita e puoi vedere che nessuna distorsione si manifesta se non dall'overdrive quando si aggancia:

Tracciare nell'intervallo di volume basso, la scala orizzontale è 20ms / Div e la scala verticale è 100mV / Div:

Traccia nella stessa finestra temporale ma ora con una scala verticale 1V / Div:

Traccia con la stessa scala verticale di prima ma più avanti nel tempo (quando la tensione della sorgente CA aumenta e raggiunge l'overdrive)

Come puoi vedere, non appare alcuna distorsione prima dell'overdrive

Ecco la tensione differenziale del diagramma su R5 nella stessa finestra temporale del primo diagramma e con una scala verticale di 200 mV / Div:

Come è visibile qui, in quella finestra temporale, il transistor PNP raggiunge il limite massimo, ma ciò non provoca distorsioni sull'uscita push-pull effettiva, come mostrato da quel primo grafico.

Sospetto che il tuo problema sia la distorsione crossover, ma proveniente dall'amplificatore operazionale piuttosto che dai transistor di uscita. La scheda tecnica LM358 dice: -

Per ridurre il consumo di corrente dell'alimentatore, gli amplificatori hanno uno stadio di uscita di classe A per piccoli livelli di segnale che si converte in classe B in una modalità di segnale di grandi dimensioni ...

Per le applicazioni in ca, in cui il carico è accoppiato in modo capacitivo all'uscita dell'amplificatore, è necessario utilizzare una resistenza, dall'uscita dell'amplificatore a terra per aumentare la corrente di polarizzazione di classe A e prevenire la distorsione crossover.

Ho costruito il tuo circuito e ha mostrato una distorsione crossover di circa 0,2 V al di sotto della linea centrale del segnale, il che spiega perché improvvisamente appare quando il volume aumenta. Sono stato in grado di spostare la distorsione nella parte superiore o inferiore della forma d'onda (dove è appena percettibile al massimo volume) collegando un resistore da 1kΩ dall'uscita dell'amplificatore operazionale a Vcc o Ground.

La polarizzazione dell'amplificatore operazionale in classe A riduce la tensione di picco del convertitore di frequenza in una direzione, causando un aggancio asimmetrico dell'amplificatore, ma è comunque in grado di produrre un'uscita non distorta di picco a 2 V in 32 Ω.