Stopnie mocy w polskich magnetofonach w czasach PRL-u - pomiary i ocena

[Janusz]

Słów parę o UL1440. Zapragnąłem w oparciu o płytkę z gramofonu Artur Stereo zbudować sobie wzmacniacz do warsztatu. Oryginalnie wyposażony został w układy TBA810. Postanowiłem go podrasować, wymieniając wspomniane kości na UL1440 znane mi z dawnych czasów. Po odstrzeleniu w kosmos trzech układów, powinienem z nich zrezygnować. Padały albo po podłączeniu głośnika przy włączonym zasilaniu, albo w momencie podania zasilania właśnie 24V z dość sztywnego źródła przy podłączonych głośnikach. Finalnie skończyło się to układem rozruchowym spowalniającym czas narastania napięcia zasilającego do ok. 1s i dolutowaniem pomiędzy wyjście każdego z kanałów wzmacniacza a masę opornika 1kom, by uniknąć sytuacji gwałtownego przeładowania kondensatora wyjściowego w momencie podłączenia kolumny, nota bene sześcioomowej, o zmierzonej rezystancji ok. 4R. Najprawdopodobniej więc zabezpieczenia przeciwzwarciowe były jedynie takimi z nazwy, a jedyne, które faktycznie zastosowano, to przed przegrzaniem.
Teraz problemów nie ma. Wcześniej załączeniu towarzyszył nieprzyjemny stuk w kolumnach, częściej jednak zwarcie zasilania. UkładyTCA940 (UL1440) zgodnie z sugestią producenta, można było stosować zamienne z TBA810 bez wprowadzania zmian w układzie, również co do wartości elementów. I w takim też układzie pracowały.
Natomiast TBA810 wytrzymywały bez problemu podanie w podobnych warunkach 19V, czyli tylko o 1V mniej od dopuszczalnego.

[Boguś]

I jeszcze ciekawostka.One miały zabezpieczenie przeciwzwarciowe ale chyba tylko "jednokrotnego użycia" Jak się zabezpieczył to na amen.

[Romekd]

Witam.
Koledzy, zabezpieczenie przeciwzwarciowe w układzie UL1440T wg producenta działało jedynie dla napięć zasilających mniejszych od 15 V. Podawana w notach katalogowych maksymalna moc wyjściowa była nieco zawyżona, a poza tym dotyczyła sygnału mocno już odkształconego, przy którym zniekształcenia nieliniowe wynosiły aż 10% dla częstotliwości 1 kHz. To co mnie najbardziej zaskoczyło w nocie katalogowej UL1440T, to duża różnica w napięciu zasilającym dla którego uzyskuje się pełną moc (wartość określona jako typowa) oraz moc niższą o 1 W, czyli 10%. Moc 10 W układ dla obciążenia 4 Ω osiągał ponoć przy napięciu zasilania 24 V, natomiast moc 9 W była osiągana dla napięcia 18 V, czyli niższego o 6 V. Poniżej nota katalogowa z tymi dziwnymi parametrami.

UL1440T.pdf

(195.71 KiB) Pobrany 133 razy

-
Układ UL1481T miał teoretycznie oddawać moc 6 W przy napięciu zasilania 14,4 V i obciążeniu 4 Ω dla zniekształceń 10% przy częstotliwości 1 kHz, oraz moc 4,6 W dla zniekształceń 2,5% choć przy tak dużych jeszcze zniekształceniach niektóre egzemplarze mogły dostarczać do obciążenia już tylko 3,5 W. Poniżej nota katalogowa tego układu.

UL1481T.pdf

(193.24 KiB) Pobrany 131 razy

-
Otrzymałem dzisiaj przesyłkę ze wzmacniaczem mocy, jaki był stosowany w końcowym okresie produkcji magnetofonów M-2405S. Byłem bardzo ciekawy, czy przejście Producenta magnetofonu z tranzystorowej konstrukcji bida-komplementarnej, tak przez Tomka Janiszewskiego i Pana Krzysztofa z kanału "Reduktor szumu" pogardzanej, na dużo nowocześniejszą, z polecanym przez Tomka wzmacniaczem UL1481T, była krokiem w dobrym kierunku, czy cofnięciem się o dwa...? W najnowszej wersji wzmacniacza obie scalone końcówki mocy UL1481T (w zakupionym przeze mnie module znajdują się oryginalne zachodnie układy TBA810AS) umieszczono na jednej płytce drukowanej, gdzie jeden z radiatorów chłodzi układ scalony z kanału lewego, a drugi układ z kanału prawego. Poniżej zdjęcie tego "cuda" polskiej myśli technicznej

-
W kolejnym poście spróbuję opisać zmierzone przeze mnie parametry tego wzmacniacza, zaczynając od obserwacji przebiegu na oscyloskopie, a kończąc na pomiarach parametrów kartą komputerową. Później spróbuję jeszcze zmienić układy UL1481T na układy UL1440T, powtórzę wszystkie pomiary i spróbuję je ze sobą porównać.

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

Zabawę zacząłem od podłączenia do jednego z wejść wzmacniacza sygnału z generatora m.cz. i obciążenia wyjścia rezystorem 5 Ω/50 W, do którego podłączyłem oscyloskop. Wzmacniacz zasiliłem stabilizowanym napięciem o wartości 18 V. Przy częstotliwości sygnału sinusoidalnego 1 kHz otrzymałem na ekranie oscyloskopu przebieg o wartości międzyszczytowej 15 Vpp, czemu towarzyszyło wydzielanie się na sztucznym obciążeniu mocy ok. 5,7 W. Niby dobrze, ale zauważyłem coś niepokojącego na ekranie oscyloskopu.

-
Pomyślałem, że może przesadziłem z wysterowaniem płytki, więc zmniejszyłem wartość międzyszczytową sygnału na sztucznym obciążeniu do 13 V (moc wyjściowa ok. 4,25 W). Niestety, w górnej części sinusoidy wzmacniacz ulegał wzbudzeniu i na szczytach wierzchołków widoczne były oscylacje

-
Sprawdziłem więc wszystkie elementy na płytce i profilaktycznie podmieniłem układ na nowy i nielutowany. Zdecydowana większość kondensatorów elektrolitycznych na płytce miała pojemność o 30% wyższą od znamionowej, podanej na obudowie oraz bardzo niski ESR, pozostałe kondensatory i rezystory miały poprawne wartości. Przy napięciu międzyszczytowym 11 V, obrazy na oscyloskopie były całkiem poprawne, jednak przy takim sygnale moc wyjściowa wzmacniacza wynosiła już tylko 3 W.

-
Bardzo ciekawie wyglądały przebiegi dla sygnałów prostokątnych z generatora. Dla 1 kHz i amplitudy ok. 7 V na szczycie impulsów widoczne były paskudne oscylacje.

-
Przy 20 kHz sygnał nawet dla mniejszych amplitud w ogóle nie przypominał już prostokąta.

-
Poza tym układ okazał się tak strasznie wolny (może to zasługa niewłaściwie dobranych kondensatorów kompensacji częstotliwościowej), że dla 50 kHz sygnał wyjściowy niczym już nie przypominał prostokątnego podawanego na wejście.

-
Dla porównania sygnał z wyjścia wzmacniacza "bida-komplementarnego" ze starszej wersji magnetofonu M-2405S, po zmniejszeniu pojemności kondensatora C34 ze 100 pF na 33 pF wyglądał zupełnie inaczej, co widać na załączniku poniżej.

-
Pozdrawiam
Romek

[jackie01]

Romku ostatni oscylogram dla jakiej częstotliwości?

[Romekd]

Dla 50 kHz.

[AZ12]

Witam

Można zwiększyć rezystancję rezystora sprzężenia zwrotnego, zniekształcenia powinny się zmniejszyć, jednak w tym przypadku przeszkodą jest napięcie nasycenia wejścia wynoszące ok. 200mV, przez co zniekształcenia pojawią się przy mniejszej od katalogowej mocy wyjściowej. W układach tranzystorowych i na TDA2006...TDA2051, UL1401...1405 można wzmocnienie pętli znacznie zmniejszyć.

[Romekd]

Dokładnie to o czym AZ12 napisałeś, opisałem w zeszłym roku wątku z linku poniżej.

viewtopic.php?p=339539#p339539

Zresztą pierwszy zareagowałeś też na tamtą moją wypowiedź.

Pozdrawiam
Romek

[Tomek Janiszewski]

Podawana w notach katalogowych maksymalna moc wyjściowa była nieco zawyżona, a poza tym dotyczyła sygnału mocno już odkształconego, przy którym zniekształcenia nieliniowe wynosiły aż 10% dla częstotliwości 1 kHz. To co mnie najbardziej zaskoczyło w nocie katalogowej UL1440T, to duża różnica w napięciu zasilającym dla którego uzyskuje się pełną moc (wartość określona jako typowa) oraz moc niższą o 1 W, czyli 10%. Moc 10 W układ dla obciążenia 4 Ω osiągał ponoć przy napięciu zasilania 24 V, natomiast moc 9 W była osiągana dla napięcia 18 V, czyli niższego o 6 V. Poniżej nota katalogowa z tymi dziwnymi parametrami.

Zamierzałem wstrzymać się z odpowiedzią przynajmniej do czasu wykonania kolejnych prób z ulepszonym kompensatorem (do którego płytka właśnie się wytrawiła) ale sprawa okazała się pilna, gdyż ewentualni szczęśliwi posiadacze zachowanych UL1440 zostali powyższym wpisem narażeni na niepotrzebne straty; zresztą Kol. Janusz zdążył już je ponieść dużo wcześniej. Przestrzegałem już Autora tematu: Nie dawać bezkrytycznej wiary fejkniusom! Oczywistym fejkniusem jest wskazany fragment noty katalogowej. Nietrudno policzyć że przy napięciu zasilającym 24V otrzymałoby się na 4Ω w wyidealizowanych warunkach moc aż 18W. A przy 8Ω omach - 9W. Z kolei przy 18W napięcia zasilającego uzyska się na 4Ω , także w wyidealizowanych warunkach - moc 10,25W. W warunkach zaś rzeczywistych - jest wysoce prawdopodobne że również uzyska się taką moc, ale przy zniekształceniach 10%, w wyniku obcięcia wierzchołków sinusoidy. Najpewniej zatem w najwyższej rubryce (przy 24V zasilania) popełniono błąd fatalny, wpisując obciążenie 4Ω zamiast 8Ω, i być może także wpisano moc z rubryki drugiej (przy 18V zasilania na 4Ω) tj 10W zamiast 9W, w rubryce zaś drugiej być może wpisano moc 9W zamiast 10W. Być może, ponieważ przy 4Ω należy spodziewać się nieco większych strat napięcia niż przy 8Ω, z uwagi na większy prąd wyjściowy. Ale to sprawa drugorzędna, jaką moc się w poszczególnych przypadkach uzyskuje: 9W czy 10W, bo to niewielka różnica. Natomiast pracę UL1440 przy 24V zasilania i 4Ω obciążenia należy uznać za niedopuszczalną, a błąd w katalogu - za pewny. Jaka Polska Myśl Techniczna, takie też jej dzieła pisane...

[Romekd]

Witam.
Jeśli był to błąd, to wystąpił w oficjalnej nocie katalogowej opracowanej przez CEMI. Nigdy nie został też poprawiony, a przynajmniej o tym nie czytałem. A co sądzisz o częstych eksplozjach tych układów, opisanych przez kilku kolegów (mnie osobiście wybuchło ich kilka sztuk i to przy napięciu znacznie niższym od 24 V).

Z kolei przy 18W napięcia zasilającego uzyska się na 4Ω , także w wyidealizowanych warunkach - moc 10,25W.

Ach to ciągłe wyidealizowywanie rzeczywistości...
Wszystkie parametry zamierzam zweryfikować pomiarami. Sprawdzę co wyjdzie i porównam z notą katalogową - napiszemy nową, bardziej realną...

Pozdrawiam
Romek

[Tomek Janiszewski]

Jeśli był to błąd, to wystąpił w oficjalnej nocie katalogowej opracowanej przez CEMI. Nigdy nie został też poprawiony

Badziewny wzmacniacz od M2405 też nie został nigdy poprawiony (oczywiście nie licząc mojej konstrukcji, a niewykluczone że wcześniej zrobili to inni amatorzy), przeciwnie, został powielony w M531S, Finezji, ZK146 a także w radiu Safari 2, zasilanym z napięcia zbliżonego do napięcia zasilania ręcznej szczekaczki

a przynajmniej o tym nie czytałem.

Ale za to możesz teraz o tym błędzie napisać. Na Berdyczów, bo CEMI od dawna już nie ma.

A co sądzisz o częstych eksplozjach tych układów, opisanych przez kilku kolegów (mnie osobiście wybuchło ich kilka sztuk i to przy napięciu znacznie niższym od 24 V).

Nic nie sądzę, ponieważ ich dotąd nie stosowałem, dlatego mi nie wybuchły. Ale mam ich parę sztuk, nabytych niedawno u Pana z zapałkami na Wolumenie, więc zapewne skuszę się na serię prób. Z wyjątkiem rzecz jasna zwierania wyjścia celem przetestowania nieskutecznego jak się okazuje układu pzwar oraz pracy przy 24V zasilania na kolumny KEF Q4 i inne zespoły o impedancji 4Ω, nawet gdy producent oraz ich użytkownicy zapierają się jak żaba błota że mają one 8Ω

Ach to ciągłe wyidealizowywanie rzeczywistości...
Wszystkie parametry zamierzam zweryfikować pomiarami.

A wyniki pomiarów - należy zweryfikować wynikami obserwacji które wprawdzie nie dadzą się przeliczyć na konkretne wartości liczbowe, ale pozwolą wyeliminować wyniki zafałszowane, choćby pończochami pięknie pokazanymi na całej serii oscylogramów dotyczących scalonego następcy bida-wzmacniacza. Póki się takich pończochów nie usunie - wszelkie wyniki pomiarów można sobie OKDR.
A tu dla porównania - nota katalogowa orygiału, tj TCA940:
https://datasheetspdf.com/pdf-file/5061 ... s/TCA940/1
Jak widać - nie figuruje tutaj jakakolwiek aplikacja przy 24V zasilania, mimo że takie napięcie określane jest jako maksymalne. Druga rubryka okazuje się identyczna z występującą w nocie CEMI, tj 18V 4Ω 9W h=10%. W pierwszej zaś również zgadza się prawie wszystko... z wyjątkiem napięcia zasilającego, które ma wynosić 20V zamiast 24V. Sprawa okazała się więc bardziej prozaiczna niż przypuszczałem, ale skutki zastosowania napięcia zasilającego 24V zamiast 20V przy 4Ω obciążenia - tak samo zgubne jak skutki pracy na 4Ω zamiast na 8Ω obciążenia przy 24V zasilania.

[Romekd]

Tomku, w tej nocie katalogowej oryginału układu faktycznie parametry są bardziej realne. Tylko kto z nas w czasach popularności układu UL1440T (słabnącej przez jego awaryjność) miał dostęp do oryginalnej noty katalogowej układu TCA940 firmy Thomson? Mam nadzieję, że chociaż układy UL1440T, którymi dysponuję okażą się zbliżone do pierwowzoru

[Janusz]

Układy uszkadzały się w momencie załączenia, a nie podczas pracy. Jeżeli przetrwały załączenie, to działały już bez problemu. Podkreślam, obciążone kolumnami o impedancji 6, a nie 4 omów.
Wynika z tego, że wewnątrz nie ma ogranicznika prądu. Za to zabezpieczenie przeciwzwarciowe najprawdopodobniej reaguje tylko na wzrost temperatury struktury podczas zwarcia.

[Tomek Janiszewski]

Układy uszkadzały się w momencie załączenia, a nie podczas pracy. Jeżeli przetrwały załączenie, to działały już bez problemu. Podkreślam, obciążone kolumnami o impedancji 6, a nie 4 omów.

Ale w momencie załączenia kondensator wyjściowy musi naładować się do napięcia równego połowie napięcia zasilania przez oporność głośnika, po czym wzmacniacz jest dodatkowo jeszcze narażony na przepięcie w wyniku istnienia reaktancji indukcyjnej. Wprawdzie przy 24V zasilania i oporności obciążenia 6Ω popłynie mniejszy prąd szczytowy (2A) niż przy 20V zasilania i 4Ω obciążenia (2,5A), jednak wytrzymałość mocowa epiplanarnych tranzystorów mocy z niejednorodną dyfuzyjną bazą (a takie są stosowane w układach scalonych) szybko maleje w miarę wzrostu napięcia a zatem wytrzymałość prądowa maleje jeszcze szybciej. Poglądowo ilustrują to wykresy SOAR dla BD254 wykonywane taką samą technologią: pełną moc wytrzymują one tylko przy napięciach do 4V, w przeciwieństwie do tranzystorów jeszcze większej mocy z 2N3055 na czele, które mają bazę epitaksjalną, a więc jednorodną, w wypadku których dopuszczalna moc tracona spada w miarę wzrostu napięcia dopiero powyżej 40V:
http://www.elenota.pl/datasheet-pdf/605 ... c65fe0e651
http://www.elenota.pl/datasheet-pdf/123 ... 5%28NPN%29
Konstruktorzy TCA940 przewidzieli trudny dla wzmacniacza moment włączenia, i zadeklarowali że przy 20V zasilania i 4Ω obciążenia nic złego stać się nie powinno. Ale 24V zasilania przy 6Ω polski UL1440 już nie wytrzymywał. W świetle tego co piszesz obawiałbym się także zwiększania kondensatora wyjściowego ponad wszelką miarę rozsądku (np. do 22mF - dziś taki kondensator na 16V gabarytowo duży nie jest) celem uzyskania "extra basów".

Wynika z tego, że wewnątrz nie ma ogranicznika prądu.

Zbyt daleko idący wniosek. Z przyczyn podanych wyżej tranzystor może nie wytrzymać prądu zwarcia 3,5A (tyle wynosi maksymalny prąd wyjściowy, jak należy rozumieć - przy nim załącza się ogranicznik) gdy odkłada się na nim 12V (połowa napięcia zasilającego 24V) mimo że wytrzymuje taki prąd przy 7,5 napięcia kolektor-emiter (połowa napięcia zasilającego 15V). Aby upewnić się czy ogranicznik istotnie jest - należałoby obniżyć napięcie zasilania do 15V a dla zwiększenia bezpieczeństwa nawet jeszcze niżej, i sprawdzić czy przy zmniejszaniu impedancji obciążenia pojawia się ograniczenie prądowe, bacząc cały czas aby nie przekroczyć dopuszczalnej wartości.

Za to zabezpieczenie przeciwzwarciowe najprawdopodobniej reaguje tylko na wzrost temperatury struktury podczas zwarcia.

Tak było już w przypadku starszego TBA810/UL1481. Uznano że przegrzanie układu w wyniku zastosowania zbyt małego radiatora lub zbyt wysokiej temperatury otoczenia (np. uruchomieniu radia na pełną moc w nagrzanym do kilkudziesięciu stopni wnętrzu auta) jest bardziej prawdopodobne niż przeciążenie prądowe w wyniku przypadkowego zwarcia przewodów głośnikowych. Dlatego zastosowali ograniczenie termiczne (nieskomplikowane zresztą, wykorzystujące spadek napięcia przewodzenia złącza p-n ze wzrostem temperatury) rezygnując z bardziej złożonego ogranicznika prądowego, wykorzystującego jak pamiętam z lat studiów - rezystancję drutów doprowadzeń z płytki krzemowej na końcówki lutownicze, pełniących tę samą rolę co rezystory emiterowe we wzmacniaczach z elementów dyskretnych.

[Romekd]

Koledzy, korzystając z wolnej chwili czasu przeprowadziłem kolejne "oscyloskopowe" pomiary parametrów układów UL1481. Wcześniej oczywiście usunąłem wzbudzanie się wzmacniacza w jednym z kanałów. W układzie przetestowałem cztery różne układy, a zamieszczone poniżej wyniki dotyczą najlepszego egzemplarza. Niestety w mojej ocenie są tragiczne. Wzmacniacz z układem UL1481 (TDA810AS) zasilałem napięciem stabilizowanym o wartości 16 V. Obciążeniem był rezystor 5 Ω/50 W, z którego pobierałem sygnał do oscyloskopu. W przypadku UL1481 pierwsza zawsze zaczynała się przesterowywać połówka dodatnia przebiegu sinusoidalnego. Wartości mocy wyjściowych opisane są na oscylogramach. Wnioski możecie wyciągnąć sami. Późnym wieczorem sprawdzę jeszcze czy mój stary oscyloskop nie uległ jakiemuś uszkodzeniu, bo wyniki okazały się naprawdę złe.

-
-
Przetestowałem układ dla fali prostokątnej, dla częstotliwości 2 kHz, 20 kHz i 50 kHz. Oscylogramy poniżej.

-
-
Następnie wymieniłem jeden z układów na UL1440T, podniosłem napięcie zasilania do 20 V (stabilizowane) i zmieniłem obciążenie wzmacniacza na rezystor 4 Ω/50 W. Poniżej układ wzmacniacza po zmianach i przed dokonaniem kolejnych pomiarów.

-
-
Układ działał stabilnie, lecz w jego przypadku pierwsza ulegała obcięciu dolna połówka sinusoidy. Moc wyjściowa UL1440T okazała się niższa niż uzyskiwana z układu Ul1481 dla tej samej rezystancji obciążenia (4 Ω) i przy niższym napięciu zasilania... Szok!!!

-
Pozdrawiam
Romek