Nietypowy tuning wzmacniacza WS 442 - system 2.1

Niestety nie posiadam rezystora 4 ohm o tak dużej mocy i oscyloskopu , a myślę, że zakup chociaż rezystora w celu sprawdzenia wzmacniacza za 140 zł troszkę mija się z celem jakby na to nie patrzeć, Chyba, że znajdę kogoś kto mi pożyczy.

OTLamp wrote:

To co nazywasz granicą termiczną, to po prostu hiperbola mocy admisyjnej dla temperatury 25°C wrysowana w te charakterystyki.

Tylko że na charakterystyce wyraźnie zaznaczona jest granica. Weźmy dla przykładu Uce = 20V, mamy max prąd 3.5A ale ten prąd maksymalny jest ograniczony właśnie temperaturą obudowy która w tym przypadku nie powinna przekroczyć 25st. Oczywiście w warunkach rzeczywistych jest to w zasadzie niemożliwe do osiągnięcia, a już na pewno nie we wzmacniaczu mocy. Dlatego właśnie zbliżanie się do tej linii to proszenie się o kłopoty.
Jest całkiem prawdopodobne, że praca w punkcie Uce=15V przy prądzie 3.5A doprowadzi w końcu do uszkodzenia tranzystorów na skutek przegrzania.

OTLamp wrote:

Jeśli weźmiemy np. wysterowanie na 8 V amplitudy na obciążeniu, czyli odpowiadające amplitudzie prądu 2 A (wartość szczytowa półsinusoidy, a nie DC!) i napięciu Uce= 20 V, to pewnie niejeden policzy intuicyjnie moc strat jako 2 A*20 V=40 W, albo tak jak Ty wcześniej weźmie wartość skuteczną prądu, czyli 1,41 A*20 V=28,2 W. Tymczasem, żeby określić moc strat w tym punkcie, trzeba policzyć moc pobraną ze źródła zasilania przy takim wysterowaniu (35,616 W), a następnie odjąć od niej moc wyjściową (8 W), co doprowadzi do wyniku 27,616 W dla obu tranzystorów, a więc 13,808 W dla jednego.

Przyznam, że nie wiem dlaczego uważasz że liczyć należy inaczej. Mnie zawsze uczono że moc to prąd razy napięcie, bez względu na to czy jest to rezystor, czy tranzystor. Zatem jeśli mamy Uce = 20V oraz Ic = 2A, to moc strat wynosi dokładnie 40W, przy czym w naszym przypadku jest to wartość chwilowa, która w praktyce nie jest nam do niczego potrzebna. Bardziej prawidłowo z praktycznego punktu widzenia byłoby policzyć wartość średnią albo skuteczną dla jednej połówki przebiegu i tu masz rację - pomyliłem się, bo policzyłem dla pełnego sinusa.
Moc strat nie pozostaje bez znaczenia, ponieważ jest potrzebna do wyliczenia radiatora. Jednakże na etapie doboru tranzystorów końcowych jest zbędna - mamy nie przekroczyć maksymalnych wartości Uce oraz Ic i to wszystko. Odrębną sprawą jest czy będziemy w stanie odprowadzić moc strat i utrzymać bezpieczną temperaturę tranzystora, ale o tym dowiemy się na etapie liczenia radiatora.
Natomiast już w tym momencie wiemy, że nie ma takiej możliwości, by tranzystor pracował na dłuższą metę przy Uce = 15V i Ic = 3.5A dlatego że nie będziemy w stanie utrzymać temperatury (szacuję) ok. 35st w każdych warunkach w jakich będzie pracował nasz wzmacniacz.

Tutaj warto wspomnieć, że podana w katalogu moc Pd = 75W jest kompletnie nierealną wartością, ponieważ dotyczy ona temperatury obudowy 25st, a w rzeczywistych warunkach nie będziemy w stanie takiej mocy skutecznie odprowadzić.

OTLamp wrote:

Liczenie mocy strat jest takie ważne, ponieważ tego nie widać bezpośrednio na charakterystykach, jak np. we wzmacniaczach w klasie A. W niemal wszystkich wzmacniaczach lampowych w klasie B/AB, linia obciążenia wychodzi poza hiperbolę mocy admisyjnej na charakterystykach, a mimo to maksymalna moc admisyjna nie jest przekroczona (co dla wielu jest trudne do pojęcia). Ale lampy mają ten komfort, że temperatura nie limituje ich Pamax, w przypadku tranzystorów pożądany jest zapas i tutaj moim zdaniem on jest.

No właśnie w lampach jest trochę inaczej tam nie ogranicza nas temperatura, natomiast w tym przypadku niestety tak. Zapas jest ale moim zdaniem trochę za mały. Mnie uczono, że bezpieczny zapas powinno się przyjmować 100%, tymczasem tutaj nawet 50% nie ma.
Sytuację ratuje to że zasilacz jest miękki i napięcie zasilania spada, jednak nie wiadomo jak bardzo. Przy pełnym obciążeniu jak rozumiem o 9V (swoją drogą to bardzo dużo) ale nie wiadomo jak jest w punkcie 15V, 3.5A.

OTLamp wrote:

Myślę jednak, że mimo tych teoretycznych wywodów warto by było, żeby autor wykonał odpowiednie pomiary.

Oczywiście, bo inaczej można kilka książek napisać a i tak nie będzie wiadomo jak jest naprawdę. Od początku to powtarzam.

elektro155 wrote:

Niestety nie posiadam rezystora 4 ohm o tak dużej mocy i oscyloskopu , a myślę, że zakup chociaż rezystora w celu sprawdzenia wzmacniacza za 140 zł troszkę mija się z celem jakby na to nie patrzeć,

Kombinujesz, oscyloskop i tak Ci się przyda jeśli zamierzasz zajmować się elektroniką, zaś rezystor to niewielki wydatek. Zaś rezystor to groszowe sprawy. Jeden o odpowiedniej mocy owszem, kosztuje w okolicach 20zł, ale można zrobić tak:
http://www.tme.eu/pl/details/crl5w-33r/rezystory-drutowe-5w/sr-passives/
Kupujesz 10 sztuk za całe 3.5zł + VAT, jak połączysz 8 równolegle to będziesz miał 4.1R i obciążalność 40W, a ponieważ to są rezystory drutowe, więc i 80W wytrzymają.

Artur k. wrote:

Jest całkiem prawdopodobne, że praca w punkcie Uce=15V przy prądzie 3.5A doprowadzi w końcu do uszkodzenia tranzystorów na skutek przegrzania.

A niby jakim cudem? Dla Uce=15 V prąd szczytowy wyniesie Im=3,25 A, prąd średni Iśr≈1,03 A, moc strat Pstr≈18,38 W.

Artur k. wrote:

Przyznam, że nie wiem dlaczego uważasz że liczyć należy inaczej.

Może dlatego, że mnie uczono, że zasada zachowania energii dotyczy również wzmacniaczy. To co napisałem wcześniej znajdziesz w pierwszej z brzegu książce dotyczącej wzmacniaczy, np. "Wzmacniacze tranzystorowe" W. Goldego. Mogę wrzucić skan jak liczy się moc strat, ale to będzie praktycznie to samo co już wcześniej napisałem (tylko pewnie niektóre oznaczenia parametrów inne).

Artur k. wrote:

Mnie zawsze uczono że moc to prąd razy napięcie, bez względu na to czy jest to rezystor, czy tranzystor. Zatem jeśli mamy Uce = 20V oraz Ic = 2A, to moc strat wynosi dokładnie 40W, przy czym w naszym przypadku jest to wartość chwilowa, która w praktyce nie jest nam do niczego potrzebna. Bardziej prawidłowo z praktycznego punktu widzenia byłoby policzyć wartość średnią albo skuteczną dla jednej połówki przebiegu i tu masz rację - pomyliłem się, bo policzyłem dla pełnego sinusa.

To w takim razie ciekaw jestem, jak policzysz moc strat elementu czynnego pracującego w klasie A? Prąd średni płynący przez element czynny nie zależy od wysterowania, prąd pobierany z zasilacza również. Czyli co, wyjdzie Ci stała moc strat niezależna od wysterowania? To skąd się bierze moc wydzielona w obciążeniu, skoro pobrana z zasilacza też jest stała?

Artur k. wrote:

Moc strat nie pozostaje bez znaczenia, ponieważ jest potrzebna do wyliczenia radiatora. Jednakże na etapie doboru tranzystorów końcowych jest zbędna - mamy nie przekroczyć maksymalnych wartości Uce oraz Ic i to wszystko.

To ciekawe czemu w literaturze od razu na początku projektowania się ją wylicza? Wiele tranzystorów, zwłaszcza polowych o niezbyt dużych maksymalnych mocach strat ma czasem wręcz niewiarygodnie duże wartości prądów maksymalnych. Bezmyślne kierowanie się tylko Icmax może własnie prowadzić do niewłaściwego wyboru tranzystora.

dominator8 wrote:

Tak czytam i czytam i coraz bardziej się zastanawiam do czego ta dyskusja zmierza - jaki jest jej sens i w jaki sposób służy autorowi w.w tematu..

Sens jest chyba oczywisty? Służy zweryfikowaniu, poprawieniu nieścisłości, błędnych wyliczeń, błędnych wniosków. Czyżbyś wolał, żeby sobie one "wisiały" tutaj w najlepsze?

dominator8 wrote:

Tak czytam i czytam i coraz bardziej się zastanawiam do czego ta dyskusja zmierza - jaki jest jej sens i w jaki sposób służy autorowi w.w tematu..

Przed przeróbką WSki szukałem porady jak przerobić wzmacniacz przystosowany pod obciążenie 8 ohm na 4 ohm. Spotkałem się jedynie z poradami, żeby za głośno nie słuchać lub żeby kupić kolumny 8 ohmowe. W tym temacie jest podejście bardziej fachowe...

Załączam skan z książki M. Feszczuka "Wzmacniacze elektroakustyczne" ze szczególnym zwróceniem uwagi na wzór 3.6. Oczywiście występują pewne różnice w oznaczeniach, ponadto Feszczuk rozpatruje stopień końcowy z niesymetrycznym zasilaniem (dlatego jego Ec odpowiada 2*Uz w moich rozważaniach) i uwzględnia prąd spoczynkowy.



Jeszcze jeden skan, tym razem dotyczący projektowania stopnia mocy. Jak widać rozdział rozpoczyna się od policzenia mocy strat...

No tak, tylko nie zamieściłeś jeszcze jednej strony na której jest wzór 3.9:

Pc = Ec² / (2Π² * Rl) + Ec * Io
Gdzie Io to prąd spoczynkowy.

Pan Feszczuk wyraźnie napisał, że jest to wzór na obliczenie maksymalnej mocy strat dla idealnego przypadku, idealnego czyli takiego w którym tranzystory otwierają się w pełni = Uce = 0V.

Zacytuję:

Maciej Feszczuk wrote:

Przez Ilmaxid oznaczono maksymalną amplitudę prądu możliwą do uzyskania przy określonym napięciu zasilania i przy określonej rezystancji obciążenia w idealnym przypadku, tj. przy braku strat napięcia określonych zależnościami (3.2) i (3.3).

Zależności 3.2 i 3.3 przytoczę, ponieważ w tym co zamieściłeś ich brakuje:

Maciej Feszczuk wrote:

Różnica pomiędzy napięciem zasilania a napięciem przebiegu wyjściowego mierzona dla dodatniej połówki określona jest zależnością

ΔUf = Rc * Ul / (h21e * Rl) + Ubet2

Rc jest to wartość rezystancji w bazie tranzystora końcowego, Ubet2 to jest napięcie przewodzenia złącza BE tranzystora końcowego (na dołączonym do wzoru schemacie jest to tranzystor od strony + zasilania).

Zależność 3.3 opisuje spadek napięcia dla dolnego tranzystora:

ΔUn = Ucesatt1 + Ubet3

Przy czym T1 to jest tranzystor sterujący, zaś T3 to jest drugi tranzystor końcowy (od strony masy).

Dobrze byłoby gdybyś zamieścił to w postaci skanu. Ja mam książkę, ale nie mam czym zeskanować.

Ponadto powyższy wzór 3.9 dotyczy mocy strat przy pełnym wysterowaniu, a nie przy wspomnianych wcześniej 64% pełnego wysterowania.
Z jednej strony Pan Feszczuk uwzględnia niewielkie straty wynikające z przepływu prądu spoczynkowego, z drugiej strony "zapomina" o tym, że tranzystory końcowe nawet przy pełnym wysterowaniu nigdy nie będą miały Uce = 0V, choć pamięta o Ucesat tranzystora sterującego.

Jak dla mnie dziwne i niekonsekwentne podejście do sprawy. Natomiast jak widać Pan Feszczuk operuje wartościami maksymalnymi prądu przy obliczaniu strat mocy.

Wrócę do Twojego poprzedniego postu bo rano nie miałem czasu odpisać:

OTLamp wrote:

A niby jakim cudem? Dla Uce=15 V prąd szczytowy wyniesie Im=3,25 A, prąd średni Iśr≈1,03 A, moc strat Pstr≈18,38 W

Tak, powinno być 3.25A, a nie 3.5A - potraktuj to jako "błąd paralaksy", nie mniej jednak 250mA nie ma w tym przypadku żadnego znaczenia.

OTLamp wrote:

Może dlatego, że mnie uczono, że zasada zachowania energii dotyczy również wzmacniaczy.

No bo dotyczy - zawsze Pz = Po + Ps gdzie Pz - moc pobrana z zasilacza, Po = moc oddana, Ps - moc strat w postaci ciepła.
Żadna fizyka tu nie jest łamana. Wszystko zależy co liczymy. Jak chcemy policzyć wartość maksymalną to przyjmujemy amplitudy prądów i napięć, jak chcemy policzyć wartość średnią, to operujemy wartościami średnimi.
Przy czym wartości maksymalne strat mocy są nam kompletnie niepotrzebne (za to marketingowcom są potrzebne wartości maksymalne mocy wyjściowej). Co innego wartości maksymalne prądów oraz napięć, bo to właśnie ich nie możemy przekraczać.
Będę się przy tym trzymał jak pijany płota, dlatego że moc strat mocą strat - jest to jakaś wartość uśredniona, natomiast owa moc strat powoduje wzrost temperatury struktury oraz obudowy, a co za tym idzie ogranicza nam zakres bezpiecznej pracy tranzystora końcowego. Co z tego, że mamy zapas 1A do granicy w przypadku tranzystora 2N6488 - niby wystarczy, ale trzeba pamiętać że granicę wyznacza nam max temperatura obudowy która w tym przypadku wynosi 25st. Już na "dzień dobry" bardzo trudne do zrealizowania, wzmacniacz zimą może i będzie działał prawidłowo, ale jak przyjdzie lato ( zwłaszcza upalne jak np. w tym roku) gdzie temperatury otoczenia przekraczają 30st, to nie ma takiej możliwości by utrzymać obudowę tranzystora przy temperaturze 25st. Klimatyzator trzeba byłoby zamontować - dochodzimy do absurdu.
Dlatego właśnie istotne jest by nie przekroczyć dopuszczalnych prądów i napięć wynikających z charakterystyki SOAR. Moc strat nie ma w tym momencie znaczenia, dlaczego? Weźmy drugą charakterystykę z której wynika że możemy przy Uce = 15V przepchnąć prąd nawet 15A, ale pod warunkiem że taki stan nie będzie trwał dłużej niż 5ms. Dla DC jednak jest to już tylko 4A - prawie czterokrotnie mniej, a i to pod warunkiem że temperatura obudowy tranzystora nie będzie wyższa niż 25st.

Dlatego właśnie uważam, że w tym przypadku nie jest istotna dokładna wartość mocy strat, zaś zapas jest niewystarczający.

OTLamp wrote:

To w takim razie ciekaw jestem, jak policzysz moc strat elementu czynnego pracującego w klasie A? Prąd średni płynący przez element czynny nie zależy od wysterowania, prąd pobierany z zasilacza również. Czyli co, wyjdzie Ci stała moc strat niezależna od wysterowania? To skąd się bierze moc wydzielona w obciążeniu, skoro pobrana z zasilacza też jest stała?

W klasie A prąd spoczynkowy jest znacznie wyższy niż prąd obciążenia, zatem do obliczenia radiatora spokojnie możemy przyjąć moc strat wynikającą z wartości prądu spoczynkowego oraz napięcia "spoczynkowego" na elemencie czynnym. Uśredniona moc strat nie zmieni się w zależności od poziomu wysterowania (zakładając wysterowanie symetrycznym sygnałem sinusoidalnym).
A skąd się bierze moc na obciążeniu? Ano stąd, że zmieniają się chwilowe wartości prądu oraz napięcia na elemencie czynnym. I tutaj również istotne jest by tych wartości nie przekroczyć, zwłaszcza że temperatura tranzystora z racji dużej mocy strat będzie dość wysoka. Dlatego musimy znać maksymalne oraz minimalne wartości napięć i prądów płynących przez tranzystor.

We wzmacniaczach tranzystorowych jest zupełnie inaczej niż w przypadku lamp - tutaj ogranicza nas temperatura struktury, w lampach jest to nieistotne, bo lampa z natury jest bardzo gorąca, istotne jest by wartości spoczynkowe (czyli bez sygnału) prądów i napięć nie przekroczyły granicy wyznaczonej przez hiperbolę mocy admisyjnej lampy, w przypadku lampy punkt pracy może znajdować się na hiperboli, w przypadku tranzystora nie.

OTLamp wrote:

Bezmyślne kierowanie się tylko Icmax może własnie prowadzić do niewłaściwego wyboru tranzystora.

Toż właśnie od samego początku zwracam uwagę na to, że nie wolno się tym kierować bo jest to parametr handlowy - tak samo jak Pd. Od samego początku piszę, że wszystko trzeba dokładnie sprawdzić na charakterystyce SOAR tranzystora.
To Autor tematu sobie wyliczył, że przepłynie mu prąd 7.5A przy napięciu 30V i będzie OK bo tranzystor ma Icmax = 15A i Pd 75W.
Cytowałem już raz tę wypowiedź. Znów nie doczytałeś i coś mi zarzucasz.

Artur k. wrote:

Pan Feszczuk wyraźnie napisał, że jest to wzór na obliczenie maksymalnej mocy strat dla idealnego przypadku, idealnego czyli takiego w którym tranzystory otwierają się w pełni = Uce = 0V.

Nie napisał. To niestety Twoja nadinterpretacja i niezrozumienie wyprowadzenia tego wzoru.

Artur k. wrote:

Zacytuję:

Maciej Feszczuk wrote:

Przez Ilmaxid oznaczono maksymalną amplitudę prądu możliwą do uzyskania przy określonym napięciu zasilania i przy określonej rezystancji obciążenia w idealnym przypadku, tj. przy braku strat napięcia określonych zależnościami (3.2) i (3.3).

I wszystko się zgadza. Podczas liczenia ekstremum funkcji Pstr otrzymuje się we wzorze wyrażenie Uz/Rl. Feszczuk podał odniesienie do układu idealnego, w którym właśnie Uz/Rl jest maksymalnym prądem szczytowym Ilmaxid.
Ja we wcześniejszych rozważaniach celowo wyrugowałem prąd z tej zależności (podstawiając R=Um/Im, lub wg oznaczeń Feszczuka Ul/Il), żeby przejść do amplitudy napięcia, zamiast prądu i wprowadzić współczynnik wykorzystania napięcia zasilania (w takiej j formie jest to ujęte np. we "Wzmacniaczach elektronicznych" G.S. Cykina). Przytoczę jeszcze raz:

Um'=(2/Π)*Uz

Tutaj też jest odniesienie do układu idealnego, bo Uz w układzie idealnym jest jednocześnie maksymalną dostępną amplitudą. Wzory te obowiązują dla wszystkich wzmacniaczy pracujących w klasie B/AB.

Artur k. wrote:

Zależności 3.2 i 3.3 przytoczę, ponieważ w tym co zamieściłeś ich brakuje:

Maciej Feszczuk wrote:

Różnica pomiędzy napięciem zasilania a napięciem przebiegu wyjściowego mierzona dla dodatniej połówki określona jest zależnością

ΔUf = Rc * Ul / (h21e * Rl) + Ubet2

Rc jest to wartość rezystancji w bazie tranzystora końcowego, Ubet2 to jest napięcie przewodzenia złącza BE tranzystora końcowego (na dołączonym do wzoru schemacie jest to tranzystor od strony + zasilania).

Zależność 3.3 opisuje spadek napięcia dla dolnego tranzystora:

ΔUn = Ucesatt1 + Ubet3

Przy czym T1 to jest tranzystor sterujący, zaś T3 to jest drugi tranzystor końcowy (od strony masy).

Dobrze byłoby gdybyś zamieścił to w postaci skanu. Ja mam książkę, ale nie mam czym zeskanować.

Nie ma to żadnego znaczenia w przypadku liczenia mocy strat, ma wpływ natomiast na otrzymaną moc wyjściową, sprawność.

Artur k. wrote:

Ponadto powyższy wzór 3.9 dotyczy mocy strat przy pełnym wysterowaniu, a nie przy wspomnianych wcześniej 64% pełnego wysterowania.

Absolutnie nie. Wzór 3.9 powstaje przez podstawienie 3.8 do 3.6.

Artur k. wrote:

Co z tego, że mamy zapas 1A do granicy w przypadku tranzystora 2N6488 - niby wystarczy, ale trzeba pamiętać że granicę wyznacza nam max temperatura obudowy która w tym przypadku wynosi 25st. Już na "dzień dobry" bardzo trudne do zrealizowania, wzmacniacz zimą może i będzie działał prawidłowo, ale jak przyjdzie lato ( zwłaszcza upalne jak np. w tym roku) gdzie temperatury otoczenia przekraczają 30st, to nie ma takiej możliwości by utrzymać obudowę tranzystora przy temperaturze 25st. Klimatyzator trzeba byłoby zamontować - dochodzimy do absurdu.

Tyle że Ty to liczysz jakbyś liczył stabilizator napięcia stałego. Wtedy pełna zgoda. Cały czas zakładasz że prąd półsinusoidalny o wartości szczytowej np. 2A grzeje tak samo ten tranzystor jak prąd stały 2A.

Artur k. wrote:

Dlatego właśnie istotne jest by nie przekroczyć dopuszczalnych prądów i napięć wynikających z charakterystyki SOAR. Moc strat nie ma w tym momencie znaczenia

Tyle, że ta charakterystyka "SOAR", a właściwie jej część opadająca, o której cały czas piszesz, to właśnie charakterystyka przedstawiająca moc strat, a Ty jednocześnie piszesz, że moc strat jest nieistotna. Sprzeczność.

Artur k. wrote:

Uśredniona moc strat nie zmieni się w zależności od poziomu wysterowania (zakładając wysterowanie symetrycznym sygnałem sinusoidalnym).

Oczywiście, że się zmieni. Spadnie i to właśnie o wartość mocy wyjściowej. Moc strat w elemencie czynnym będzie najmniejsza przy pełnym wysterowaniu. Zresztą próbowano to niegdyś wykorzystać w układach z pływającym prądem spoczynkowym. Powtarzam, moc strat elementów czynnych pracujących we wzmacniaczach liczy się tylko i wyłącznie z bilansu mocy. Dobitnym tego przykładem są właśnie wzmacniacze w klasie A, bo w ich przypadku nie ma możliwości wymnożenia sobie przypadkowych wartości prądów i napięć, jak to zrobiłeś wcześniej.

Artur k. wrote:

We wzmacniaczach tranzystorowych jest zupełnie inaczej niż w przypadku lamp - tutaj ogranicza nas temperatura struktury, w lampach jest to nieistotne, bo lampa z natury jest bardzo gorąca, istotne jest by wartości spoczynkowe (czyli bez sygnału) prądów i napięć nie przekroczyły granicy wyznaczonej przez hiperbolę mocy admisyjnej lampy, w przypadku lampy punkt pracy może znajdować się na hiperboli, w przypadku tranzystora nie.

Nie przesadzaj, zależności energetyczne są takie same i w literaturze z epoki przejściowej są po prostu rozpatrywane na ogólnym przykładzie elementu wzmacniającego. Większe różnice występują dopiero na dalszych etapach projektowania, co nie ma tutaj znaczenia.