Projekt nieco bardziej złożonego wzmacniacza

[Misiek13]

Szukając źródła problemu z stabilizacją termiczną wykonałem symulacje dla różnych modeli tranzystorów i wyznaczyłem dla nich współczynniki termiczne. Wynik jest zaskakujący. Na początek przy prądzie 7mA|:

Zrzut ekranu z 2025-09-02 19-25-06.png

Dla tranzystorów KSC3503/KSA1381 te współczynniki są zaskakująco niskie i różne dla dla różnych modeli. Teraz dla większych prądów i większych tranzystorów:

Zrzut ekranu z 2025-09-02 19-27-37.png

Też te współczynniki są dziwnie małe.
Na koniec dioda z NJL-a ale różnych prądów:

Zrzut ekranu z 2025-09-02 19-30-22.png

Nie jestem pewien tych wyników i z tego powodu powstrzymam się od dalszych symulacji ta metodą.

[Misiek13]

Druga metoda symulacji temperaturowej polega na szeregowym dołączeniu do interesujących nas elementów półprzewodnikowych sterowanych źródeł napięciowych o wzmocnieniu równym współczynnikowi temperaturowemu. Trzeba tutaj uruchomić wyobraźnię i zastosować pewne analogie z termodynamiki w elektrotechnice. Przyjmijmy, że: odpowiednikiem mocy będzie natężenie prądu, temperatury – napięcie, pojemności cieplnej – pojemność a rezystancji cieplnej rezystancja (watom będą odpowiadały ampery, stopniom Celsiusza wolty, itd). Najprostsze jest określenie pojemności cieplnej radiatora – po prostu mnożymy jego ciężar przez ciepło właściwe i mamy.
Oto schemat układu:

Schemat temp.png

Diody kompensacyjne „dostały” dodatkowe źródła napięcia o stałej 2m, tranzystory dostały źródła 2,2m. Źródła są sterowane wyliczonymi temperaturami złącz elementów. Do wyliczania tych temperatur stworzyłem model układu chłodzenia. W modelu pojawiły się źródła prądowe B1-B8 sterowane mocą wydzielaną w tranzystorach.
Źródło B1 jest sterowane mocą wydzielaną w Q1. Zastosowałem tu pewne uproszczenie, nie uwzględniłem mocy wydzielanej w bazie. C26 to pojemność cieplna złącza Q4, R57 to rezystancja termiczna złącze – obudowa Q4, tq4 – temperatura złącza Q4, tcq4 – temperatura obudowy, R58 rezystancja termiczna złącze-radiator, C27 pojemność cieplna obudowy tranzystora, tr temperatura radiatora, ta (V9) temperatura otoczenia 30 stopni C, C25 pojemność cieplna radiatora (celowo zaniżona żeby skrócić czas symulacji), R56 rezystancja cieplna radiator – otoczenie. Analogicznie dla pozostałych tranzystorów. Można do radiatora także dołączyć diody i Q23, jednak celowo te elementy pominąłem.
Pierwszy wykres pokazuje rozgrzewanie układu prądem spoczynkowym przez pierwsze 1000 sekund pracy. Widać zmiany prądów spoczynkowych I(R1) i I(R5) (miliampery po prawej stronie) w czasie oraz zmiany temperatury złącza Q4 (V(tq4)), obudowy V(tcq4) i radiatora V(tr) (zamiast stopni Celsiusza wolty). Przyjęte współczynniki temperaturowe są szacunkowe i aby je właściwie określić należałoby wykonać odpowiednie pomiary.

Rozgrzewanie.png

Następny wykres pokazuje rozgrzewanie układu sygnałem 33V 5Hz. Jako ciekawostkę można potraktować zmianę temperatury złącza przy zmianie sygnału. Przy większych częstotliwościach te zmiany są mniejsze.

Grzanie sygnałem.png

Kolejny wykres pokazuje stygnięcie i stabilizację temperatury złącza i prądu spoczynkowego po zaniku sygnału.

Stygnięcie.png

Przedstawiona metoda pozwala na oszacowanie zmian temperatur złącza, obudowy i radiatora oraz oszacowanie wpływu temperatury na punkt pracy. Wadą tej metody jest brak możliwości analizy wpływu zmian pozostałych parametrów tranzystorów w zależności od temperatury.