Powrót do przeszłości - kolejny wzmacniacz retro

[Romekd]

Przed wyjaśnieniem sposobu obliczania prądów kolektora każdego z tranzystorów danego wzmacniacza na podstawie wartości rezystorów w układzie, zamierzałem zamieścić długą wypowiedź o działaniu tranzystorów w ogóle, ale postanowiłem nieco zmienić kolejność. Choć o tranzystorach pracujących w stanie aktywnym ("liniowym", normalnym...) muszę kilka słów wrzucić już teraz. Wszelkie tranzystory mogą się w danym momencie znajdować w jednym z trzech stanów. W stanie zatkania (wyłączenia, odcięcia) są te tranzystory npn, w których napięcie bazy względem emitera nie osiągnęło wartości włączającej znaczący prąd kolektora (płynący z kolektora do emitera). By prąd kolektora w tranzystorze krzemowym typu npn nie płynął, napięcie bazy względem emitera musi być dodatnie (podobnie jak napięcie kolektora względem emitera) i mieć wartość niższą od mniej więcej 0,1V. Choć zakładamy wówczas, że prąd kolektora w ogóle nie płynie, to jednak on występuje, ale ma "mikroskopijną" wartość (idealne izolatory też nie istnieją - zawsze mają jakąś określoną, konkretną oporność, choć ogromną i trudną do zmierzenia dla przeciętnego elektronika). Innym stanem w którym może występować tranzystor jest stan nasycenia, gdy przez kolektor płynie jakiś prąd do emitera, ale napięcie na kolektorze względem emitera ma z reguły mniejszą wartość od napięcia występującego na bazie względem emitera. Co ciekawe większość tranzystorów występujących we współczesnej elektronice, to tranzystory "dwustanowe", działające jako klucze ("cyfrowe" przełączniki, sterowniki, klucze w zasilaczach impulsowych, elementy logiczne w komputerach itp.). Jednak najciekawsze i najbardziej mnie fascynujące są tranzystory pracujące liniowo (będące w stanie aktywnym, normalnym) i dla tych tranzystorów napięcie baza emiter dla krzemu wynosi ok. 0,6 V, a dla germanu 0,15 V, a napięcie między emiterem i kolektorem wynosi od kilku do nawet kilkuset woltów i im poświęcę w wątku najwięcej czasu. Tak więc przechodząc do konkluzji, jeśli jakiś tranzystor we wzmacniaczu z elementami germanowymi, pracującym bez wysterowania wejścia, ma wartość napięcia baza-emiter leżącą poza zakresem 0,11...0,20  V lub dla elementów krzemowych 0,57...0,75 V, to albo jest uszkodzony, albo pełni we wzmacniaczu jakąś inną rolę (np. zabezpieczającą przed przeciążeniem, przełączającą wartość prądu spoczynkowego lub np. steruje przekaźnikiem, lub elektrycznie sterowanym /z silnikiem/ potencjometrem itp.).

Pozdrawiam
Romek

[Wiech]

Witam
Romku , faktycznie musiałem coś pomerdać z tymi GT321, choć na forach rosyjskich w których szukałem biernie odpowiedzi temat tych tranzystorów się często , gęsto przewijał.
Przejrzałem swoje schematy pod kątem tranzystorów wejściowych i tak :
MP26B x 2, GT308 x 3, GT322 x 1, MP40 x 2, P28 x 1- to tranzystory pnp które spotkałem tych schematach.
Mam jeszcze trochę literatury , ale nie mogę jej znaleźć na nowym kompie, pewnie zostały na starym- poszukam, to dodam.
Przedstawiam poniżej schemat z obliczeniami, może poddaj go ostrej krytyce

Nadal nie wiem jaki wstawić ten pierwszy najważniejszy tranzystor, przez cały czas oprócz produkcji rosyjskiej, myślę o którymś z tranzystorów prod NTE, dostępnych w TME, wybór nie jest wielki - raptem 2 czy 3 modele, ale zawsze to jakaś odmiana od radzieckich czy nawet polskich.

Pozdrawiam
Wiesław

[Einherjer]

Nadal nie wiem jaki wstawić ten pierwszy najważniejszy tranzystor, przez cały czas oprócz produkcji rosyjskiej, myślę o którymś z tranzystorów prod NTE, dostępnych w TME, wybór nie jest wielki - raptem 2 czy 3 modele, ale zawsze to jakaś odmiana od radzieckich czy nawet polskich.

W porównaniu do radzieckich zachodnie i japońskie tranzystory germanowe są trudniejsze u nas do dostania, również dlatego, że nie klepano ich do wczesnych lat dziewięćdziesiątych. Te z TME, które podałeś są specyfikowane typowo jako impulsowe. Mogą one całkiem przyzwoicie zadziałać jako wejściowe we wzmacniaczu, ale to loteria, jak nie pomierzysz konkretnych egzemplarzy to nie będziesz wiedział. Z zachodnich typów, tak na szybko mi do głowy przychodzą AC151 (jeszcze lepiej niskoszumowe AC151r) i SFT353.

AC151.pdf

(3.19 MiB) Pobrany 8 razy

[Wiech]

Dzięki za podpowiedź z tymi tranzystorami na pierwszy stopień.
Nie wiem co mnie podkusiło na rosyjskie, ale te proponowane są do kupienia, w cenach powiedzmy przystępnych.
Czekam tylko na opinię Romka o moich wyliczeniach i ew siadam do rysowania PCB.
Oraz gromadzenia reszty elementów.

Pozdrawiam
Wiesław

[Marek7HBV]

Skoro Kolega zmienił priorytet obsady tranzystorów z ruskich na różne, to na ALE są dostępne 3 sztuki SFT353 wyspecjalizowane do zastosowania w tym miejscu.. Został priorytet mocy wyjściowej, który przy 32V {stabilizowanych} na 8 omach daje teoretycznie 15 W. a praktycznie ?

[Romekd]

Czołem.

(...)
Czekam tylko na opinię Romka o moich wyliczeniach i ew siadam do rysowania PCB.
Oraz gromadzenia reszty elementów.

Przed chwilą wróciłem ze spaceru i teraz dopiero mogę przyjrzeć się Twoim wyliczeniom. Na pierwszy "rzut oka" wszystko się mniej więcej zgadza, czyli, jak pisałem, nie było to takie trudne do policzenia (na temat dokładności tej metody obliczeń i mogących się przy korzystaniu z niej pojawić niewielkich rónic, napiszę w oddzielnym poście).
Twój układ przed dokonaniem zmian:


I po dokonaniu zmian:


Przerabiając układ z "krzemowego" na "germanowy" trzeba uwzględnić kilka drobiazgów. Pierwszy, to dużo mniejsze wzmocnienie prądowe tranzystorów germanowych i większe prądy "zerowe", co czasami powoduje konieczność pewnych modyfikacji wartości elementów, głównie rezystorów. Jeżeli porównany parametry np. kultowego, krzemowego BC109C z germanowym MP37B, to typowe wzmocnienie prądowe pierwszego może wynosić 500, a drugiego góra 50 (najlepiej wybrać egzemplarze o największej becie, najmniejszym prądzie zerowym kolektora i najniższych szumach, gdyż typowy przedział wartości np. wzmocnienia prądowego przy prądzie emitera równym 1 mA to: 25...50! W przypadku wzmacniacza z portalu eBay pierwszy tranzystor MP37B polaryzowany był przez dzielnik na rezystorach, którego rezystancja, widziana od strony bazy tranzystora wynosiła ok. 21,5 kΩ, a w analizowanym tu układzie wynosi aż 89 kΩ (dla najgorszego możliwego przypadku, czyli potencjometru 47 kΩ ustawionego na największą rezystancję).


Ja bym wartość rezystorów w dzielniku zmniejszył tak ze cztery razy (oczywiście poza rezystancją opornika R1 /33 Ω/, ewentualnie dodając sprzężenie bootstrap do rezystorów górnej gałęzi dzielnika (gdyby mi zależało na utrzymaniu bardzo dużej rezystancji wejściowej układu). Tak więc podsumowując, prądy płynące przez dzielniki rezystorowe, polaryzujące bazę pierwszego tranzystora wzmacniacza powinny być tak co najmniej z 10...20 razy większe od prądu bazy pierwszego tranzystora, którą polaryzują (tak ustalone zapewniają mały wpływ parametrów tranzystora na napięcie, które ustalają). Przy prądzie kolektora 1 mA w przypadku krzemowego BC416C prąd bazy może wynosić tylko 2 μA, a dla "przypadkowego" (nie selekcjonowanego) MP37 może mieć nawet 40 μA, i jak to się ma do dzielnika rezystorowego (tu z rezystorami po 150 kΩ), którego prąd (nie podłączając jeszcze obwodu bazy tranzystora) wynosi ok. 87 μA?

Pozdrawiam
Romek

[Einherjer]

Nie przesadzałbym z bootstrapami, bo zrobi się problem ze stabilnością na niskich częstotliwościach. Jak wzmacniacz ma pracować ze współczesnymi źródłami sygnału to można spokojnie dać rezystor 10 kOm i zmniejszyć rezystancję wejściową samego wzmacniacza nawet w okolice 25 kOm.

[Romekd]

Też jestem tego samego zdania, dlatego napisałem "gdyby mi zależało na utrzymaniu bardzo dużej rezystancji wejściowej układu" i umieściłem to w nawiasie. Poza tym przez niewielką modyfikację dzielnika napięcia, sprzężenie typu bootstrap mogłoby być tylko jedno, a bardziej skuteczne i z całkowicie rozwiązanymi kłopotami ze stabilnością (w sensie równomiernością przenoszenia amplitudy) dla najniższych częstotliwości pasma akustycznego.

Pozdrawiam
Romek

[Wiech]

Dzięki za ocenę, moich wypocin, wiem , że jest negatywna, ale dla na osoby powracającej do tranzystorów po ponad 45 latach chyba nie jest aż tak powalająca.
Mam nadal pytanie jak powinna wyglądać konfiguracja stopnia wejściowego, aby ten układ miał sens?
Czy można prosić o konkrety zamiast :

w analizowanym tu układzie wynosi aż 89 kΩ (dla najgorszego możliwego przypadku, czyli potencjometru 47 kΩ ustawionego na największą rezystancję).

po prostu nie wiem jak to obliczyć.

Ja bym wartość rezystorów w dzielniku zmniejszył tak ze cztery razy (oczywiście poza rezystancją opornika R1 /33 Ω/, ewentualnie dodając sprzężenie bootstrap do rezystorów górnej gałęzi dzielnika (gdyby mi zależało na utrzymaniu bardzo dużej rezystancji wejściowej układu).

Konkretnie których rezystorów i na jakie wartości?
Rezystancja wejściowa faktycznie nie musi być duża - tak 30-50 kohm wystarczy

Niestety nie wiem jak to policzyć, na co dzień liczę prądy miliony razy większe np prąd zwarciowy transformatora 1MW 15/04kV wraz z kablami zasilającymi, odbiorczymi i do tego odpowiednie zabezpieczenia .

Pozdrawiam
Wiesław

[Einherjer]

Chodzi o rezystory tworzące dzielnik zasilający bazę tranzystora wejściowego, a więc R1, R2, R3, R4, PR1. R1 jest mały, a jego wartość wpływa na wzmocnienie w zamkniętej pętli i kilka innych rzeczy, więc go nie ruszamy. Pozostałe wartości możesz zmniejszyć 3-4 krotnie, dzielnik napięciowy ma to do siebie, że przeskalowanie rezystancji górnej i dolnej jego części przez tę samą liczbę nie zmieni napięcia na wyjściu bez obciążenia, prawda?

[Wiech]

Skoro Kolega zmienił priorytet obsady tranzystorów z ruskich na różne, to na ALE są dostępne 3 sztuki SFT353 wyspecjalizowane do zastosowania w tym miejscu.. Został priorytet mocy wyjściowej, który przy 32V {stabilizowanych} na 8 omach daje teoretycznie 15 W. a praktycznie ?

Jeden STF353 mam w jakimś złomowym układzie, tylko nie wiem czy wylut będzie dobry.
Mam też 10 ASY37, wylutowane na krótkich nóżkach , ale nie wiem czy będą dobre do tego celu.
Co do mocy wyjściowej to wiem, ale zawsze można zmniejszyć rezystancję kolumny z 8 na 4 ohm.
Dzięki za uwagi i wskazówki - wszystkie są cenne.

Pozdrawiam
Wiesław

[Wiech]

Tak wstępnie wyglądać miałaby PCB - to wersja do wszystkich rosyjskich tranzystorów, na wyjściu TO-3 np AD149 lub TG72.
Przy zmianie pierwszego tranzystora na europejski trzeba zmienić miejscami kolektor z bazą, albo dać dłuższe wyprowadzenie w tranzystorze i skrzyżować na PCB

Wiem, że jest spora , ale mam takie formatki (100x150), więc zrobię bez cięcia

[tszczesn]

Niestety nie wiem jak to policzyć, na co dzień liczę prądy miliony razy większe np prąd zwarciowy transformatora 1MW 15/04kV wraz z kablami zasilającymi, odbiorczymi i do tego odpowiednie zabezpieczenia .

Tak z ciekawości - jak jest nawinięte takie cudo? Przy tych mocach prąd wtórny to kilka tysięcy amperów, nawet przy trzech fazach to 1kA wychodzi. płaskowniki miedziane młotkami na rdzeniu się zagina?

[Romekd]

Czołem.

Dzięki za ocenę, moich wypocin, wiem , że jest negatywna, ale dla na osoby powracającej do tranzystorów po ponad 45 latach chyba nie jest aż tak powalająca.

Wręcz przeciwnie, uważam że Twoje wyliczenia wyglądają na poprawne, a dodatkowo podoba mi się "kierunek", jaki obrałeś przy analizie schematu. Układy z tranzystorami zaczynają być proste, gdy tranzystor jako ich podzespół zaczynamy traktować jako element aktywny transkonduktancyjnego wzmacniacza, gdzie zmiany napięcia baza-emiter tranzystora przekładają się na odpowiednie zmiany prądu w obwodzie kolektora. Gdy w obwodzie kolektora znajduje się rezystor, układ staje się nieliniowym "przetwornikiem" napięcia podawanego między bazę i emiter tranzystora na zmiany napięcia na rezystorze obciążenia. Zwróć uwagę, że zmiany prądów kolektora tranzystora T1 i T2 przekładają się najpierw na zmiany napięcia na obciążających je rezystorach, a prądy baz kolejnych tranzystorów stanowią tylko mały ułamek prądu płynącego przez rezystor tranzystora go poprzedzającego. Spróbuję to bardzo dokładnie rozwinąć w kolejnych wypowiedziach, by nawet bardziej początkujący zrozumieli o czym piszę. To są naprawdę trywialne zagadnienia i gdy dana osoba pierwszy raz załapie o co tu chodzi, to później jest już "z górki"...

Mam nadal pytanie jak powinna wyglądać konfiguracja stopnia wejściowego, aby ten układ miał sens?
Czy można prosić o konkrety zamiast :

w analizowanym tu układzie wynosi aż 89 kΩ (dla najgorszego możliwego przypadku, czyli potencjometru 47 kΩ ustawionego na największą rezystancję).

po prostu nie wiem jak to obliczyć.

To bardzo proste, dzielnik składający się z wielu połączonych szeregowo rezystorów, z których jeden jest potencjometrem, ma pewną całkowitą rezystancję dla napięcia, które go zasila. rezystancja ta to suma wszystkich połączonych szeregowo rezystorów. W tym przypadku mamy (licząc od góry w dół) rezystor 22 kΩ, potencjometr 47 kΩ, rezystor 150 kΩ, rezystor 150 kΩ i na samym dole rezystor 33 Ω. W sumie dają one rezystancję o wartości wypadkowej równej 369,033 kΩ dla potencjometru ustawionego na najwyższą oporność oraz 322,033 kΩ dla potencjometru ustawionego na zerową oporność (zwarcie). Te rezystancje dają przy zasilaniu napięciem 32 V na wyjściu łączonym z bazą tranzystora odpowiednio 13,01 V do 14,91 V, przy założeniu, że baza tranzystora T1 w ogóle nie pobiera prądu z dzielnika lub prąd ten jest bardzo mały w stosunku do tego, który pobierałby dzielnik bez obciążania jego wyjścia bazą tranzystora. Dla tranzystora dzielnik z rezystorami stanowi źródło napięcia o dość dużej rezystancji własnej. By policzyć tę rezystancję wewnętrzną dzielnika trzeba wyobrazić sonie, że od dołu i od góry połączony jest on z masą. No więc łączymy tak w myślach i liczymy w pamięci (lub na kalkulatorze, jak ktoś woli) połączenie równoległe rezystancji w górę dzielnika, która wynosi
213 kΩ (dla potencjometru rozkręconego na maksymalną rezystancję) lub 172 kΩ (dla potencjometru ustawionego na zwarcie) i rezystorów w dół dzielnika 150 kΩ i 0,033 kΩ (razem 150,033 kΩ), co daje nam wspomniane przeze mnie 89,04 kΩ lub 80,13 kΩ przy potencjometrze skręconym do zera. Teraz znając wartość rezystancji dzielnika od strony wyjścia, "widzianej" przez bazę tranzystora T1, możemy w bardzo łatwy sposób sprawdzać w jaki sposób prąd bazy tranzystora zmienia nam wartość napięcia na wyjściu dzielnika. Przepraszam jeśli tłumaczę to w sposób zbyt podstawowy (łopatologiczny), a chcę by zrozumieli to wszyscy czytający wątek.

Ja bym wartość rezystorów w dzielniku zmniejszył tak ze cztery razy (oczywiście poza rezystancją opornika R1 /33 Ω/, ewentualnie dodając sprzężenie bootstrap do rezystorów górnej gałęzi dzielnika (gdyby mi zależało na utrzymaniu bardzo dużej rezystancji wejściowej układu).
Konkretnie których rezystorów i na jakie wartości?
Rezystancja wejściowa faktycznie nie musi być duża - tak 30-50 kohm wystarczy

Niestety nie wiem jak to policzyć, na co dzień liczę prądy miliony razy większe np prąd zwarciowy transformatora 1MW 15/04kV wraz z kablami zasilającymi, odbiorczymi i do tego odpowiednie zabezpieczenia .

To, co napisałem wyżej powinno definitywnie wyjaśnić sprawę. Bardzo proszę by jeśli ktoś znajdzie błędy w moich wyliczeniach, napisał o tym w swojej wypowiedzi. Wyliczenia robię na szybko, z reguły w pamięci, a ostatnio (to już tydzień) prawie nie sypiam, przez co mogłem cos pokręcić...

Pozdrawiam
Romek

[Wiech]

Teraz uzwojenia energetycznych transformatorów są przeważnie z aluminium, całość jest chłodzona cieczą (olej).
Nie znam dokładnie obecnej technologii wytwarzania, ale już w latach 80-tych uzwojenia z miedzi nawijało się maszynowo, bez karkasu.
Obecnie pewnie też maszyna, młotek to czasem przy montażu.
W Polsce głównym dostawcą takich transformatorów i całych stacji kontenerowych jest ZPUE SA we Włoszczowej
Prąd znamionowy całego transformatora na niskim napięciu to ponad 1400A