Wzmacniacz z książeczki Valvo

[Olkus]

Układ regulacji prądu spoczynkowego można po prostu sprawdzić bez tranzystorów mocy.
Radiatory jak przyjdą to się dowiem.

Pozdrawiam,
A.

[AZ12]

Witam

Układ regulacji prądu spoczynkowego można po prostu sprawdzić bez tranzystorów mocy.

Tylko jak wzmacniacz zawiera tranzystory typu Darlingtona (w przypadku gdyby ktoś z czytelników zdecydował się na budowę tytułowej konstrukcji z tego typu tranzystorami) to wtedy obwód ujemnego sprzężenia zwrotnego jest otwarty i wtedy napięcie na wyjściu jest nieprawidłowe. Na szczęście to można łatwo rozwiązać.

[Misiek13]

Zamieszczam schemat z rozrysowanym nowym układem stabilizacji prądu spoczynkowego:
AD149_wzmacniacz.2.png
Nie wykluczam, że elementy dzielnika mogą jeszcze wymagać drobnych korekt choć jak na razie wydaje się OK.
Pomiary wkrótce, myślałem że zdążę przez święta no ale jednak nie udało mi się...
W kwestii radiatorów dla tranzystorów sterujących, kupiłem na Ali 10szt. takich jak na zdjęciu;
Screenshot_20260407-221034.AliExpress.png
Zobaczymy czy to warte tych 3zł jak do mnie dotrze
Blachy nie mam by zrobić, a kupować się średnio opłaca.

Pozdrawiam,
A.

To jest zupełnie inny układ niż ten co zaproponowałem. Raczej nie zapewni on odpowiedniego współczynnika temperaturowego. Są dwie istotne różnice w schemacie: inaczej wpięta dioda germanowa i inaczej wpięta baza T2. W tym układzie R20 nie ma większego sensu.

Układ regulacji prądu spoczynkowego można po prostu sprawdzić bez tranzystorów mocy.
Radiatory jak przyjdą to się dowiem.

W tym układzie nie jest to możliwe. Najbezpieczniejszym rozwiązaniem jest zasilacz z odpowiednio ustawionym ogranicznikiem prądu. Ważne jest aby sprawdzić wpływ zmian napięcia zasilania na prąd spoczynkowy.

[Olkus]

Ma oczywiście Kolega 100% racji - źle to narysowałem. Chyba jeszcze cały czas miałem w głowie stary układ i za bardzo nim się podświadomie zasugerowałem...
Poprawione, tym razem raczej wszystko dobrze:

Wzmacniacz AD149 2.png

Dlaczego nie da się sprawdzić tego układu regulacji prądu spoczynkowego bez tranzystorów mocy? W aktualnej wersji tak to robiłem, napięcie dostarczane przez dzielnik było prawidłowe - tak samo to działało razem z tranzystorami mocy, sprawdzałem.
Wzmacniacz cały czas do tej pory pracował zasilany z zasilacza warsztatowego regulowanego z ograniczeniem prądowym - zawsze tak robię w uruchamianych układach o ile tylko się da.

Pozdrawiam,
A.

[Misiek13]

Nie widzę sensu sprawdzania układu stabilizacji bez tranzystorów mocy z dwóch powodów:
1. Układ stabilizacji prądu spoczynkowego ma sprzężenie zwrotne - termiczne. Napięcie na jego wyjściu zmniejsza się ze wzrostem temperatury obudowy tranzystora mocy.
2. W przypadku, gdy ustawimy zbyt duży prąd spoczynkowy uszkodzimy tranzystory sterujące. Gdy tranzystory mocy są zamontowane i układ zasilimy z zasilacza z odpowiednio ustawionym ogranicznikiem prądu niczego nie uszkodzimy.

Przed modyfikacją układu stabilizacji prądu spoczynkowego dobrze by było zmierzyć zmiany temperaturowe napięcia UBE dla tranzystorów mocy (AD149) i UAK dla diody D1 (D9Ż). Należy porównać te napięcia przynajmniej dla 2 temperatur - około 20-25 stopni i 70 stopni. Pomiary dobrze by było wykonać przy typowych wartościach prądów w układzie.

Jeżeli Kolega jest zainteresowany mogę przedstawić wyniki symulacji temperaturowych dla analogicznego układu na tranzystorach krzemowych - są całkiem interesujące.

[Olkus]

Dzięki za wyjaśnienie. Sprawdzanie bez tranzystorów mocy głównie ma na celu zweryfikowanie dokładnego uzyskiwanego zakresu napięć. Wiadomo że nie dowiemy się jakie zmiany są podczas normalnej pracy układu.
Dzielnik jest tak dobrany, że prąd nie powinien być groźny, w tej wersji co mam aktualnie maks to jakieś 140mA, specjalnie tak to zrobiłem.
Przy czym trochę się boję aż tak grzać AD149, tym bardziej przy pracy takiej jak w układzie, zwłaszcza że jeden nie wiadomo dokładnie czemu już odmówił współpracy. Dioda to mniejsza strata, jeszcze rozważałem nad AAP120 i chyba jednak na nie się zdecyduję, bo mam ich więcej, parametrami dość bliska D9Ż.
Efekty symulacji chętnie zobaczę.

Pozdrawiam,
A.

[Misiek13]

W czasie symulacji w LTSpice temperatura jest stałą. Może być zdefiniowana dla każdego elementu indywidualna ale w czasie symulacji nie zmienia się. Niektóre symulatory mają możliwość symulacji gdzie temperatura zmienia się i do tego celu stosowane są specjalne modele tranzystorów. Pozostanę jednak przy LTSpice i program będzie widział temperaturę 27 st C natomiast zastosuję sztuczkę opisaną tutaj: https://forum-trioda.pl/viewtopic.php?p=435178#p435178. W szereg z istotnymi elementami zmieniającymi swoje parametry wraz ze zmianami temperatury włączam sterowane źródła napięcia o współczynniku 2,3m co dzięki odwrotnej polaryzacji odpowiada typowej wartości współczynnika temperaturowego -2,3 mV/stC. Wartością wejściową w tych źródłach jest wyliczona wartość temperatury złącza danego elementu. W uproszczonym modelu przyjąłem stałe rezystancje cieplne radiatorów oraz stałą temperaturę otoczenia. Źródło B1 wylicza moc wydzielaną w złączu Q15 ze wzoru P=U*I. Obciążając to źródło rezystancją termiczną zbocznikowaną pojemnością cieplną uzyskujemy temperaturę złącza TJQ15. Ponieważ symulator liczy dla 27 stC musimy wyliczoną wartość temperatury obniżyć o tą wartość – przy temperaturze złącza 27stC temperatura na wejściu do E1 musi wynosić 0stC. R32 to rezystancja cieplna złącze obudowa dla Q15, C1 to pojemność cieplna złącza. R31 to rezystancja cieplna obudowa radiator, C2 pojemność cieplna obudowy. R24 rezystancja cieplna radiatora Q15, C3 jego pojemność cieplna. W przyjętym modelu każdy tranzystor jest zamocowany na oddzielnym radiatorze i każdy radiator może mieć różne parametry. V15 jest temperaturą otoczenia obecnie jest to 23stC. Do obudowy tranzystora Q15 przymocowana jest dioda D1. R33 to rezystancja cieplna obudowa Q15 dioda D1, C14 pojemność cieplna diody. R34 to rezystancja cieplna dioda – otoczenie. I tak dla pozostałych półprzewodników. Tranzystor Q19 jest zamocowany na radiatorze Q18. Oto układ:

Quasi term sch.png

Wyniki symulacji bez sygnału i obciążenia.
Pierwsze 10 sekund:

10s.png

Pierwsze 20 minut:

20min.png

Niebieski to temperatura złącza Q15, zielony temperatura obudowy Q15, czerwony temperatura radiatora i błękitny to prąd spoczynkowy. Niestety temperatury są w woltach ale można sobie wyobrazić, że są to stopnie C. Później pokażę wyniki pod obciążeniem.

[Misiek13]

Ten sam układ tylko teraz wysterowany 12V 50Hz. Praca przez 20 minut. Poniżej przebieg prądu na obciążeniu (różowy) oraz prąd rezystora emiterowego R20 (błękitny).

grzanie prąd.png

Teraz temperatury w tych samych punktach co przy prądzie spoczynkowym oczywiście wolty odpowiadają stopniom C.

20min moc.png

Niebieski to temperatura złącza tranzystora mocy, zielony to temperaura obudowy a czerwony radiatora. Należy zwrócić uwagę, że przy temperaturze radiatora na poziomie 40 stopni temperatura złącza to około 55 stopni. W przypadku tranzystorów AD149 ze względu na fakt większej rezystancji termicznej złącze obudowa ta temperatura będzie nieco większa. W symulacji przyjąłem względnie słaby kontakt termiczny obudowa radiator (1stopień/W) co odpowiada montażowi tranzystora w obudowie TO-3 bez podkładki i pasty termoprzewodzącej do radiatora. Przy montażu na podkładce silikonowej ta wartość będzie na poziomie 0,3 stopnia/W a na paście H bez podkładki jeszcze mniejsza.
Teraz wartości prądu spoczynkowego tuż po zakończeniu grzania – sygnał był podawany przez 1200sekund. Błękitny to prąd spoczynkowy – widać, że wzrósł ale w akceptowalnym zakresie. Niebieski – temperatura złącza, zielony temperatura obudowy tranzystora mocy a czerwony temperatura radiatora.

Po 20min grzania.png

Poniżej wartości elementów z symulacji - przydadzą się jeżeli ktoś chciałby się pobawić w symulacje i sprawdzić wpływ zmiany parametrów.

R term.png

C term.png

[Olkus]

Dzięki za te symulacje. Wyniki faktycznie dość interesujące.
Ciekawe jak by to wyglądało w układzie regulacji prądu spoczynkowego takim jak mam zamontowany obecnie, czyli bez dodatkowej diody?
Ogólnie w kwestii temperatur, wzmacniacz będzie zabezpieczony bezpiecznikiem termicznym umieszczonym na radiatorze.
Dotarły też dziś do mnie radiatorki dla BC211/313. Po delikatnym ściśnięciu w imadle (były nieco za duże) pasują idealnie.

Pozdrawiam,
A.

[Misiek13]

Ciekawe jak by to wyglądało w układzie regulacji prądu spoczynkowego takim jak mam zamontowany obecnie, czyli bez dodatkowej diody?

To może w następnym odcinku. Zachęcam Kolegę do wykonania samodzielnych symulacji - chętnie pomogę.
Dzisiaj przedstawię wyniki symulacji dla różnych wartości R28 w zależności od temperatury otoczenia. Jak wcześniej pisałem ten rezystor ma za zadanie kompensację wpływu zmian prądu rezystora R25 na prąd spoczynkowy. Należy pamiętać też, że zwiększanie wartości R25 powoduje zwiększenie współczynnika temperaturowego układu stabilizacji. Na początek 1 om, R29 1,1k, zielona linia dla napięcia zasilania 25V, niebieska dla 30V i czerwona dla 35V. napięcie V1 stałe 14,5V.

IR20 R28 1 R29 11.png

to samo dla R28 56 omów i R29 1,3k

IR20 R28 56 R29 13.png

oraz dla R28 100 omów i R29 1,5k.

IR20 R28 100 R29 15.png

Wygląda na to, że wartość 56 -100 omów jest optymalna.

[Olkus]

Dzięki za te wyniki. Wygląda na to, prawidłowo ustaliłem wartość rezystora R20 na 75R (mój schemat). Tak też pewnie będzie docelowo. Wartości dzielnika, które dałem też wydają się sensowne, prąd powinien być bardzo bezpieczny dla wzmacniacza.
Będę musiał się ewidentnie bardziej zaprzyjaźnić z LTSpice. Choć na razie podchodzę do nowego programu CAD (KiCAD), nie idzie mi tak dobrze jakbym chciał, więc wszystko w swoim czasie.
Natomiast narysowałem wersję bez bootstrapu, ze źródłem prądowym na tranzystorze PNP typu BC177 i z użyciem czerwonej diody LED:

AD149_i_CS.png

Prąd diody to około 3mA, źródło powinno dostarczyć w okolicy 6mA. Przyjąłem napięcie na LED 1,8V. W swoich zapasach mam czerwone o napięciach od 1,5V do 2V, więc rozrzut spory, ale najczęstsze to te około 1,8V.
Wzmacniacz zrobił się taki "ładniejszy" bardziej symetryczny

Pozdrawiam,
A.

[AZ12]

Witam

Natomiast narysowałem wersję bez bootstrapu, ze źródłem prądowym na tranzystorze PNP typu BC177 i z użyciem czerwonej diody LED
Prąd diody to około 3mA, źródło powinno dostarczyć w okolicy 6mA. Przyjąłem napięcie na LED 1,8V. W swoich zapasach mam czerwone o napięciach od 1,5V do 2V, więc rozrzut spory, ale najczęstsze to te około 1,8V.

Zamiast diody LED często wykorzystuje się dwie małosygnałowe krzemowe np: 1N4148, należy wtedy przeliczyć na nowo wartość rezystora R6 ze względu na mniejszy spadek napięcia. Tranzystor PNP musi wytrzymał moc traconą przy pełnym napięciu zasilania, może to nastąpić w przypadku zwarcia, nasycenia tranzystora T1 lub innego uszkodzenia.

[Olkus]

Przy czym LED a zwłaszcza czerwony jest polecany do źródeł prądowych jako bardzo stabilny, lepszy niż zwykle diody. Mam zenerki skompensowane temperaturowo ale na wyższe napięcie więc tu się nie sprawdzą, poza tym sensu montowania ich tu raczej też nie ma.
Tranzystor powinien wytrzymać. Napięciowo na spokojnie bo BC177 do 45V wytrzymuje. Jak T1 dostanie zwarcia to kolektor BC177 zostanie ściągnięty do masy, a źródło powinno ochronić się niejako samo, wychodzi mi poniżej 200mW strat na tranzystorze w tej sytuacji. Chyba że coś źle myślę.

Pozdrawiam,
A.

[Marek7HBV]

Wzmacniacz zrobił się taki "ładniejszy" bardziej symetryczny :win

To może jeszcze przerobić wejście na parę różnicową? A co tam, żródło w parze też . Wzmacniacz był projektowany w czasach, gdy tranzystory były drogie i cały jego urok to prostota przy zadowalających parametrach. Stosując ten kierunek można dość do dwudziestu tranzystorów na końcówkę .

[Romekd]

Czołem.

Przy czym LED a zwłaszcza czerwony jest polecany do źródeł prądowych jako bardzo stabilny, lepszy niż zwykle diody. Mam zenerki skompensowane temperaturowo ale na wyższe napięcie więc tu się nie sprawdzą, poza tym sensu montowania ich tu raczej też nie ma.
Tranzystor powinien wytrzymać. Napięciowo na spokojnie bo BC177 do 45V wytrzymuje. Jak T1 dostanie zwarcia to kolektor BC177 zostanie ściągnięty do masy, a źródło powinno ochronić się niejako samo, wychodzi mi poniżej 200mW strat na tranzystorze w tej sytuacji. Chyba że coś źle myślę.

Pozdrawiam,
A.

Tu nawet nie chodzi o stabilność napięcia, a o fakt, że niektóre typy diod świecących w kolorze czerwonym mają przy pewnej wartości płynącego przez nie prądu współczynnik temperaturowy napięcia zbliżony do współczynnika temperaturowego złącza baza-emiter krzemowego tranzystora, więc tak połączone elementy, szczególnie gdy są jeszcze dodatkowo sprzężone termicznie (np. sklejone ze sobą), mogą razem wykazywać współczynnik temperaturowy zbliżony do zera, co zapewnia stałość prądu zrobionego z nich źródła prądowego, niezależnie od temperatury zewnętrznej i temperatury elementów. Niestety obecnie na rynku mamy dostępnych bardzo wiele typów diod elektroluminescencyjnych, więc dla stworzenia naprawdę dobrego i stabilnego źródła prądowego trzeba przeprowadzić wiele testów i pomiarów, dla uzyskania najlepszego efektu końcowego. Współczynnik temperaturowy napięcia przewodzenia dwóch połączonych szeregowo diod krzemowych będzie zawsze większy (nawet dwukrotnie) od współczynnika tranzystora. Mimo tej wady takie źródła prądowe z dwoma szeregowo połączonymi diodami, np. popularnymi 1N4148 lub np. diodami serii BAPxxx, produkowanymi przez krajowe CEMI, w układzie z tranzystorem i dwoma rezystorami, były bardzo często stosowane.

Pozdrawiam
Romek