Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Problem z obliczeniem wzmacniacza

31 Maj 2004 17:28 4209 13
  • #1 31 Maj 2004 17:28
    36810
    Użytkownik usunął konto  
  • #2 01 Cze 2004 20:24
    _jta_
    Specjalista elektronik

    To trafo (nie mam niestety jego danych) jest najprawdopodobniej na 6W mocy,
    i to bez prądu stałego. Do 40W jest dużo za małe.
    Zobacz, czy nie ma jego danych (lub innych, które masz) na stronach INDEL-a.

    Licząc trafo nie wystarczy postarać się o właściwą indukcyjność uzwojeń (i to akurat
    w miarę łatwo się mierzy), trzeba jeszcze, żeby rdzeń nie wchodził w nasycenie,
    sposób składania rdzenia (ze szczeliną lub bez) musi być dostosowany do rodzaju
    pracy (czy będzie przez niego płynął prąd stały, czy nie)...

    0
  • #3 01 Cze 2004 20:55
    36810
    Użytkownik usunął konto  
  • #4 02 Cze 2004 14:07
    _jta_
    Specjalista elektronik

    W zasadzie wszystkie tranzystory złączowe mają z grubsza podobne charakterystyki -
    napięcie przewodzenia złącza emiter baza jest logarytmem prądu emitera, stosunek
    prądu kolektora do prądu bazy jest z grubsza stały w takim zakresie prądów, w jakim
    tranzystor się stosuje - aczkolwiek warto sprawdzić, jaki jest ten zakres, jak również
    jakie są ograniczenia napięcia i prądu (dla tranzystorów podaje się wykres SOAR -
    save operating aread - określający dopuszczalny obszar napięć i prądów, jego granice
    wyznaczają: maksymalne napięcie, maksymalny prąd, maksymalna moc, oraz drugie
    przebicie - i ten ostatni parametr bywa podawany raczej tylko na wykresie SOAR).

    U[BE]=ln(I[E]/I0[E](T))*k*T/e, gdzie k=stała Boltzmanna, e=ładunek elektronu,
    T=temperatura bezwzględna w stopniach Kelvina; orientacyjnie k*T/e=27mV;
    I0[E](T) zależy od temperatury tak, że dla U[BE]=1.2V U[BE] jest niezależne od T
    (U[BE] z tego wzoru, a nie prawdziwe, bo 1.2V jest poza zakresem stosowalności).

    Jakiej firmy są te tranzystory BD241C? Znalazłem takie dane:
    - ON Semiconductors http://www.onsemi.com/pub/Collateral/BD241C-D.PDF
    - Fairchild http://www.fairchildsemi.com/ds/BD/BD241C.pdf

    Co do doboru punktu pracy - nie robi sięc czegoś takiego jak wzmacniacz klasy AB
    na tranzystorach w tym układzie, w tym znaczeniu, w jakim się to robiło na lampach
    (że dobierało się dwie charakterystyki tak, by w sumie dały linię prostą); należy
    dodać oporniki w emiterach, o wartości k*T/(e*I[EAB]) - np. jak będą 1 om, to prad
    dla klasy AB jest około 26mA w temperaturze pokojowej; bez oporników można by
    liczyć na oporności połączeń, ale wtedy prąd spoczynkowy wyjdzie z pół ampera...
    (podałem te 26mA na intuicję - przy takim prądze suma transkonduktancji obu
    tranzystorów dla małego sygnału jest równa transkonduktancji jednego z dużym
    sygnałem, kiedy tylko jeden przewodzi, należałoby policzyć to dokładniej)

    Na ogół wzmacniacze robi się tak, że prąd spoczynkowy jest mniejszy, niż dla klasy
    AB (czyli w klasie B) - dobierając prąd tak, by zniekształcenia nie były duże, jest
    to możliwe ze względu na dużą transkonduktancję tranzystora (Y21e).

    Opornik R5 na twoim schemacie nie daje linearyzacji charakterystyk, tylko stabilizację
    temperaturową punktu pracy, powinien mieć taką wartość, że jak wzrasta prąd przez
    tranzystory, i bardziej się nagrzewają, to więcej wzrasta napięcie na tym oporniku (na
    skutek wzrostu prądu), niż maleje napięcie E-B tranzystora (na skutek nagrzania).
    I to zależy od tego, jakie mają chłodzenie... powiedzmy napięcie 40V, prąd 25mA,
    moc 1W, radiator 10 stopni/W; wtedy wzrost prądy o 1% podniesie temperaturę




    o 0.1 stopnia, napięcie B-E spadnie pewnie o jakieś o 0.3mV... to ten opornik
    powinien mieć więcej, niż 1.2 oma, a biorąc zapas choć 2x, to jakieś 2.4 oma;
    ale jak dasz te oporniki 1om w emiterach, to pozostaje 1.4 oma na R5; jeśli radiator
    będzie (razem z opornością cieplną złącze-obudowa, i obudowa-radiator) lepszy niż
    4 stopnie/W, to można opornika R5 nie dawać wcale - tylko uwaga, on spełnia jeszcze
    jedną rolę - ułatwia ustawienie prądu spoczynkowego, jeśli jest mały, lub go nie ma,
    to trzeba bardzo dokładnie dobierać napięcia polaryzacji baz.

    A co do transformatora: istotnym parametrem jest przekrój rdzenia, i maksymalny
    strumień w rdzeniu, oraz ilość zwojów - iloczyn tych dwóch wielkości określa całkę
    z napięcia po czasie - jeśli damy taki sygnał, że spróbujemy tę wartość przekroczyć,
    to pojawią się zniekształcenia - rdzeń stłumi basy, i zamiast nich wygeneruje wyższe
    częstotliwości. Całka z napięcie po czasie wynika z minimalnej częstotliwości, jaką
    ma przenosić wzmacniacz, i maksymalnego napięcia na głośniku. A ilość zwojów
    jest ograniczona - bo jest jakieś minimum grubości drutu, żeby transformator się
    nie przegrzał (dopuszcza się gęstość prądu około 3-4A/mm^2), i ograniczone jest
    miejsce, w którym trzeba to uzwojenie "upchać". W ten sposób rdzeń transformatora
    narzuca ograniczenie na moc, i na zakres częstotliwości - można na takim samym
    rdzeniu zrobić wzmacniacz większej mocy, ale dolna częstotliwość musi być wyższa.

    Powiedzmy, że zwiększamy 2x przekrój drutu, dajemy 2x większy prąd i napięcie.
    Moc wzrasta 4x, napięcie na zwój też (bo 2x mniej zwojów i 2x większe napięcie).
    Trzeba więce 4x podnieść dolną granicę częstotliwośći.
    Pewnie jak zrobisz wzmacniacz na pasmo 400-20000Hz, to wyciągniesz te 40W.
    A jak chcesz pasmo Hi-Fi 20-20000Hz, to na tym samym rdzeniu masz 2W. Obejść
    się tego nie da, bo rdzeń nie jest w stanie dać większego napięcia na głośnik.

    0
  • #5 02 Cze 2004 15:23
    36810
    Użytkownik usunął konto  
  • #6 03 Cze 2004 01:09
    _jta_
    Specjalista elektronik

    MuLdEr napisał:
    O ile się orjentuje to są to tranzystory... bipolarne a nie złączowe.

    Stosuje się rozróżnienia złączowe - polowe, lub bipolarne - unipolarne, i to jest to
    z grubsza to samo, przynajmniej jeśli chodzi o częściej spotykane tranzystory.

    MuLdEr napisał:
    A transkonduktancja odnosi się do tranzystorów złączowych a nie bipolarnych - dlatego niewiem dlaczego jej uzyłeś.

    Transkonduktancja odnosi się do wszystkich typów tranzystorów - można je opisywać
    macierzami H (mieszana), Y (konduktancji), Z (impedancji), jeszcze określa się,
    czy to dla prądu stałego, czy składowej zmiennnej (duża litera dla prądu stałego,
    mała dla małych sygnałów, ale raczej w indeksie podającym końcówkę wspólną).

    Do polowych dla prądu stałego nie bardzo pasuje określanie prądu bramki, bo to
    zwykle pikoampery - wIęc trudno użyć dla nich macierzy H lub Z. Dla bipolarnych
    h21e mało zależy od prądu, więc chętnie używa się macierzy mieszanej H.

    Transkonduktancja to pochodna prądu wyjściowego po napięciu na wejściu, przy
    założeniu napięciowego sterowania (mierzymy prądy w funkcji napięć).

    MuLdEr napisał:
    Szczerze mówiąc chyba zrezygnuje z transformatora wyjściowego.

    Myślę, że to jest rozsądne - transformatory wyjściowe przydawały się, kiedy prądy
    jakie mogły przewodzić elementy wzmacniające były za małe dla głośnika, głównie
    w układach lampowych, i w tranzystorowych małej mocy (np. odbiornik bateryjny).

    MuLdEr napisał:
    Za to pojawiła się nowa koncepcja - zastosowania tranzystorów mocy HEXFET - pracuje nad tym.

    Myślę, że do wzmacniacza 40W są jakieś układy scalone, takie że dodajesz parę
    elementów (oporniki, kondensatory) i masz gotowy wzmacniacz. A jeśli nie ma, to
    zwykle robi się takie wzmacniacze z parą komplementarną na wyjściu.
    Ze stosowaniem tranzystorów MOSFET jest problem, że potrzebują sporego napięcia
    na bramce (stałego), i trochę trudno je uzyskać bez straty amplitudy na wyjściu.
    Chyba żeby zastosować bootstrap z obu stron - ale to już spora komplikacja układu -
    albo dać oba tranzystory o tej samej polaryzacji - rozwiązanie z UL1401.

    0
  • #7 03 Cze 2004 11:36
    36810
    Użytkownik usunął konto  
  • #8 03 Cze 2004 15:05
    _jta_
    Specjalista elektronik

    MuLdEr napisał:
    Cytat:
    Stosuje się rozróżnienia złączowe - polowe, lub bipolarne - unipolarne, i to jest to z grubsza to samo, przynajmniej jeśli chodzi o częściej spotykane tranzystory.

    OK. Czyli bipolarny to to samo co polowy? Według tego cała moja nauka idzie w las, hmm... coś tu nie pasuje, ale w moich mądrych książkach z technikum jest to wyraźnie rozgraniczone - albo nie wiem wszystkiego.

    Złączowy to bipolarny, polowy to unipolarny.

    Pierwsze tranzystory, jakie skonstruowano, to były ostrzowe - dziś to już historia.

    Potem skonstruowano tranzystor PNP, wtapiając w cienką płytkę germanu typu N
    dwie kulki z indu (german domieszkowany indem robił się P, i w ten sposób, jak
    te kulki z indu prawie się zetknęły, ale jeszcze została między nimi warstwa typu
    N, powstawał tranzystor PNP), i te tranzystory nazwano złączowymi. Chyba potem
    nauczono się robić tranzystory NPN z krzemu - nadal jako stopowe, a dopiero
    później odkryto, że jak koło bazy umieści się odizolowaną elektrodę, do której
    przyłoży się duże napięcie dodatnie, to rośnie prąd zerowy tranzystora NPN, bo
    napięcie przyciąga elektrony, i na powierzchni tworzy się warstwa, w ktorej jest
    przewaga elektronów - obszary N zostają przez nią połączone (w germanie by
    tego nie wykryto - po pierwsze dużo większe prądy zerowe, po drugie większe
    domieszkowanie bazy) - i wykorzystano to do zrobienia tranzystora polowego.
    Najpierw z izolowaną bramką, potem z bramką z półprzewodnika.

    A że w tranzystorze złączowym w jego działaniu uczestniczą nośniki obydwu
    znaków (nośniki z emitera przechodzą przez bazę do kolektora, nośniki
    przeciwnego znaku przechodzą z bazy do emitera), nazwano je bipolarnymi.
    W działaniu tranzystorów polowych uczestniczy tylko jeden rodzaj nośników -
    takie, jak typ kanału - więc nazwano je unipolarnymi.

    Cytat:
    Cytat:
    Do polowych dla prądu stałego nie bardzo pasuje określanie prądu bramki, bo to zwykle pikoampery - wIęc trudno użyć dla nich macierzy H lub Z. Dla bipolarnych h21e mało zależy od prądu, więc chętnie używa się macierzy mieszanej H.

    No, no. Myślałem że schemat jest jasny, a na nim jest tranzystor bipolarny stąd mówiłem o prądzie bazy! A nie bramki.

    Wspomniałem o polowych, żeby wyjaśnić, skąd bierze się to, że dla jednych używa
    się raczej macierzy Y, a dla drugich macierzy H, i że macierz Y nie musi być tylko
    dla polowych, równie dobrze można nią opisać zwykły tranzystor NPN.

    Cytat:
    W pętli ujemnego sprzęrzenia zwrotnego walnę sobie soft-limiter żeby lampę udawało na przesterze :)

    To chyba przydałoby się albo coś, co przy większym napięciu ma mniejszy opór,
    szeregowo w sprzężeniu zwrotnym, albo coś, co zwiększa opór przy wzroście
    napięcia równolegle... można na diodach - patrz schematy: w pierwszym jest najpierw
    dzielnik napięcia, z którego przy pełnym wysterowaniu powinno być około 1V napięcia
    więcej, niż amplituda sygnału na wejściu (jak głośnik 4 omy, i moc 40W sinus, a sygnał
    na wejściu 1V, to 1:10 powinno być w sam raz - przy pełnej mocy diody zaczną przewodzić,
    i ujemnego sprzęrzenie zwrotne będzie silniejsze); w drugim dolne oporniki powinny być
    zbliżone do opornika w sprzężeniu zwrotnym, a górny dwa razy mniejszy, górny powinien
    być zasilany z takiego samego napięcia jak wzmacniacz - diody będą miały opór 52mV
    /prąd jednej diody dla małych sygnałów, będą go zwiększać przy dużych, nie dopuszczając
    do przesterowania wzmacniacza, za to wprowadzając "lampowe" zniekształcenia, można
    w tym dodać jeszcze jeden opornik - między wejściem odwracającym a diodą - bo tak jak
    jest to się nadaje do napięcia na wejściu rzędu 50mV, czyli dość dużego wzmocnienia;
    i jeszcze uwaga - to, co na drugim schemacie jest zaznaczone jako "masa", do której
    są połączone dwa oporniki, to powinien byc minus zasilania, a nie środek!
    Spróbuj obu układów, i napisz, z którego będzie lepsze brzmienie.

    Uzupełnienie: poprawiłem drugi schemat, i dodałem trzeci - ulepszenie drugiego.
    Oporniki w gałęziach z diodami służą do wyrównania prądów w obu gałęziach, ale
    właściwie mogą również zastąpić opornik między wejjściem "-" a kondensatorem.

    0
  • #9 03 Cze 2004 20:47
    36810
    Użytkownik usunął konto  
  • #10 03 Cze 2004 23:37
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Co do twojego układu symulacji przesteru na lampach - wyraźna asymetria oporników
    R3 i R5 - to spowoduje, że zniekształcenia są różne dla dodatniej i ujemnej połówki,
    może to jakoś udawać zniekształcenia na pojedyńczej lampie w klasie A z niedokładnie
    ustawionym punktem pracy, ale ja raczej myślałem, żeby ich uniknąć, żeby symulować
    zniekształcenia stopnia końcowego w układzie przeciwsobnym; poza tym przynajmniej
    w jedną stronę zniekształcenia będą duże już przy paru wotach na wyjściu - trochę za
    wcześnie - proponowałbym w tym układzie zamiast R3, R4, R5 dać cztery oporniki,
    między bazą każdego tranzystora a końcami R2, wtedy można dobrać poziom, przy
    którym są zniekształcenia (im większy opornik kolektor-baza, a mniejszy ten drugi,
    tym większe musi być napięcie wyjściowe, by były zniekształcenia, i im większe
    oporniki, tym bardziej miękko zaczynają się zniekształcenia (a lampy dają miękkie).

    Zmiękczenie zniekształceń możesz też uzyskać dodając oporniki w emiterach
    (szeregowo z diodami) - wtedy dodatkowo uzyskasz to, że układ będzie mniej
    wrażliwy na rozrzut parametrów tranzystorów.

    0
  • #11 04 Cze 2004 16:48
    36810
    Użytkownik usunął konto  
  • #12 07 Cze 2005 22:38
    Michal_WWL
    Poziom 24  

    MuLdEr napisał:
    No to jestem po testach.

    Układ pierwszy: brzmi dosyć łagodnie, ale dobrze "udaje lampę"
    Układ drugi: bardzo fajny, chyba najlepszy, brzmi "ciepło", w połączeniu z Eminence Legend 121 - rewelacja
    Układ trzeci: podobny do układu drugiego, w zasadzie brzmi tak samo.

    Werdykt - zdecydowanie układ drugi jak na schemacie.

    Oczywiście to moje subiektywne odczucie :)


    Małe pytanko: Czy zamiast TDA2040 można zastosować jakiś wzmacniacz operacyjny, np. NE5532 bez zmiany wartości elementów?

    0
  • #13 07 Cze 2005 22:41
    36810
    Użytkownik usunął konto  
  • #14 07 Cze 2005 23:10
    _jta_
    Specjalista elektronik

    I może bez C3-R7... pewnie też warto sprawdzić, czy nie przekroczy się dopuszczalnego napięcia
    zasilania wzmacniacza operacyjnego - może trzeba będzie nieco obniżyć napięcie zasilania,
    i na koniec oporność obciążenia, jaką się do tego podłączy, ma być powyżej 1 kilooma.
    Może warto, żeby na wyjściu był jakiś dzielnik napięcia, np. 1:20.
    I wtedy to będzie układ, który można włączać między przedwzmacniacz, a wzmacniacz
    mocy, żeby mieć normalny układ, a jak się chce, to udawać przester lampowy.

    0