Powrót do przeszłości - kolejny wzmacniacz retro

[Romekd]

Czołem.

(...)
Wyniki pierwszych pomiarów na rysunku, ale coś mi nie gra z napięciami i prądami na tranzystorach T1 i T2 - gdzie jest błąd?
Na PCB elementy bierne są wszystkie, a tranzystory tylko T1, T2 i T3

Dlaczego są duże różnice w prądach między tranzystorami T1 i T2?

Uruchamianie tranzystorowych stopni mocy jest właśnie dlatego tak trudne, że mamy w nich wiele połączonych ze sobą galwanicznie tranzystorów, z których każdy jeden ma wpływ na pracę pozostałych. Nie montując pozostałych tranzystorów nie włączasz pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego dla DC i AC przez co parametry już zamontowanych elementów (tranzystorów) nie są się w stanie poprawnie ustalić... Baza tranzystora T1 przez rezystor R1 (30 kΩ) jest polaryzowana do masy, natomiast baza tranzystora T2 wisi sobie w powietrzu, gdyż informacje o napięciu pobiera z wyjścia tranzystorów mocy, których na ten moment w układzie jeszcze nie ma (prawe doprowadzenie rezystora R8 na schemacie prowadzi donikąd...).

Pozdrawiam
Romek

[Wiech]

Dziękuję za szybką odpowiedź, takie postępowanie - częściowy montaż jest spowodowane posiadaniem małej ilości tranzystorów GT402 i GT404.
Chciałem zobaczyć czy to ruszy, głównie szło o prądy tranzystorów T1 i T3, ale chyba są prawidłowe.
Jutro wstawię pozostałe tranzystory i zobaczymy co dalej.

Pozdrawiam
Wiesław

[Ola Boga]

Dlaczego są duże różnice w prądach między tranzystorami T1 i T2?

Widzę, że RomekD już odpowiedział.
W tym przypadku podłączenie głośnika na wyjście powinno rozwiązać sprawę, bo wtedy obie bazy będą spolaryzowane poprawnie.

[Romekd]

Jest dokładnie tak jak podaje Ola. Porównanie prądu kolektorów tranzystora T1 i T2 (poprzez porównanie spadków napięcia na rezystorach kolektorowych) pozwala ocenić jak dokładnie są do siebie dobrane tranzystory pary różnicowej, czyli jak bardzo się między sobą różnią. Wartość rezystorów kolektorowych tranzystorów T1 i T2 można znacznie zwiększyć, dodając dodatkowy rezystor w obwód emitera tranzystora T5, a jeśli chcemy by i ten tranzystor pracował z największym możliwym wzmocnieniem, powinniśmy zablokować ten dodatkowy rezystor kondensatorem elektrolitycznym dla sygnałów m.cz.
Tego typu rozwiązanie, dodatkowo bardzo poprawiające stabilność termiczną całego wzmacniacza stosowano powszechnie. Poniżej kilka wzmacniaczy z obwodem RC w emiterze tranzystora ostatniego stopnia wzmacniającego napięcie sygnału (kolejne za nim tranzystory wzmacniają już tylko prąd...).
Zacznę od przedstawionego już przeze mnie na "TRIODZIE" wzmacniacza zakupionego przez jednego z Kolegów na eBay-u (dodatkowy obwód zaznaczyłem czerwonym okręgiem).

Na schemacie poniżej czerwonym okręgiem zaznaczyłem rezystor w obwodzie kolektora pierwszego tranzystora wzmacniacza mocy. Ma on około 500 Ω.

Dodanie rezystora zablokowanego kondensatorem dla sygnałów AC pozwala zwiększyć wartość rezystora z ok. 500 Ω do 1,5 kΩ, poprawiając wzmocnienie pierwszego tranzystora i poprawiając stabilność termiczną napięcia wyjściowego stopnia mocy.

Poniżej schemat wzmacniacza firmy Philips o symbolu 22AH796, w którym rezystor emiterowy ma mniejszą wartość, ale nie jest blokowany kondensatorem dla sygnałów AC.

I kolejny schemat wzmacniacza Philipsa, model 22GH943, z tranzystorami germanowymi, w którym również w emiterze drugiego tranzystora jest rezystor, tym razem bocznikowany kondensatorem elektrolitycznym.

I jeszcze jeden Philips, model 22GH949, w którym jako pierwszy tranzystor pracuje krzemowy BC107, ale następne są już germanowe. Analizując te schematy można podejrzeć postęp technologiczny i stopniową zamianę tranzystorów germanowych na krzemowe

Znalazłem w katalogu jeszcze dwa wzmacniacze Philipsa, np ten poniżej był to stosowania w radiach samochodowych (pierwszy tranzystor jest w nim również krzemowy /BC148/, pozostałe są jeszcze germanowe.

i ostatni Philipsa o mocy 10 W.

A już na koniec jakiś germanowy wzmacniacz zza wschodniej granicy o mocy zaledwie 0,5 W o ciekawie włączonym potencjometrze głośności i z rezystorem emiterowym, który zastosowano dla poprawy stabilności temperaturowej napięcia na wyjściu tranzystorów mocy (nie mylić ze kompensacją prądu tranzystorów wyjściowych).

Rezystor w obwodzie drugiego tranzystora powinien być tak dobrany, by spadek napięcia na nim wynosił ułamek wolta i był porównywalny ze spadkiem napięcia między bazą i emiterem tego tranzystora lub nawet dwu- trzykrotnie wyższy od spadku napięcia baza-emiter tranzystora

Pozdrawiam
Romek

[Olkus]

Jaką rolę pełni dioda włączona przed kondensatorem wyjściowym w tym wzmacniaczu 10W Philipsa?

Pozdrawiam,
A.

[Romekd]

Czołem.

Jaką rolę pełni dioda włączona przed kondensatorem wyjściowym w tym wzmacniaczu 10W Philipsa?

Dioda D1 na schemacie powyżej jest stosowana w celu zabezpieczenia tranzystorów wyjściowych przed odwrotną polaryzacją (i przepięciem) na wyjściu stopnia końcowego. Głośnik stanowi dla wzmacniacza obciążenie typu impedancyjnego, w skład którego wchodzi między innymi indukcyjność cewki, na której to indukcyjności mogą indukować się napięcia przy szybkich zmianach wartości płynącego przez cewkę prądu. Przy przesterowaniu wzmacniacza może dochodzić do wyłączania się tranzystorów końcowych (nawet jednoczesnego) i odwrócenia się polaryzacji emiter-kolektor jednego z nich lub obu wskutek prądu wytwarzanego przez cewkę głośnika. By nie dopuścić do takiej sytuacji równolegle z tranzystorami wyjściowymi (lub równolegle z jednym z nich, jak w tym przypadku) stosuje się diody (diodę), które (która) w normalnych warunkach pracy wzmacniacza spolaryzowana jest "zaporowo" (odwrotnie do jej kierunku przewodzenia). Z naszych krajowych wzmacniaczy pamiętam kilka, w których takie diody występowały (zerknijcie choćby np. na schemat kultowego WSH-205). Były też wyjściowe stopnie mocy m.cz., zrealizowane w układach scalonych, które na zewnątrz układu miały diody zabezpieczające. Przykładem takiego układu był np. TDA2030A.

Taką samą rolę (zabezpieczającą tranzystor przed przepięciem przy jego wyłączaniu się) spełniała dioda włączana równolegle (zaporowo) z cewką przekaźnika elektromagnetycznego, sterowanego tranzystorem.

Pozdrawiam
Romek

[Ola Boga]

Wartość rezystorów kolektorowych tranzystorów T1 i T2 można znacznie zwiększyć, dodając dodatkowy rezystor w obwód emitera tranzystora T5, a jeśli chcemy by i ten tranzystor pracował z największym możliwym wzmocnieniem, powinniśmy zablokować ten dodatkowy rezystor kondensatorem elektrolitycznym dla sygnałów m.cz.

Przyszło mi do głowy parę minusów rozwiązania z blokowanym rezystorem emiterowym we wspomnianym przez Ciebie miejscu:
-Jeżeli rezystor emiterowy będzie miał dużą wartość, to T5 będzie miał do dyspozycji "mniejszy kawałek tortu" z napięcia zasilania, przez co nie będzie w stanie w pełni wysterować tranzystorów mocy od strony włączenia tego rezystora.
-Jeżeli rezystor emiterowy będzie względnie mały, rzędu 10R lub mniej, to pojemność kondensatora blokującego będzie musiała być bardzo duża.
-Kondensator blokujący będzie wprowadzał przesunięcia fazowe w dole pasma, co może komplikować uzyskanie stabilności przy silnym USZ.
-Zastanawiam się również, jak ten kondensator przy dużej wartości wpłynie na stany nieustalone przy włączaniu wzmacniacza.

Nie mówię, że to dyskwalifikuje opisaną metodę, ale mam wrażenie, że wprowadza dodatkowy poziom trudności.

ps. Cały czas chętnie zapoznam się z wyjaśnieniem roli C4 blokującego T6.

[Olkus]

Dzięki za wyjaśnienie odnośnie tej diody. Przyznam, że do tej pory nie spotkałem się z nią we wzmacniaczach na elementach dyskretnych, natomiast w tych scalonych widziałem to rozwiązanie ale jakoś nie przykuło mojej uwagi.
Raczej ta dioda nie występuje często we wzmacniaczach, czy warto ją dodawać do budowanych/naprawianych wzmacniaczy?

Pozdrawiam,
A.

[Romekd]

(...)

Przyszło mi do głowy parę minusów rozwiązania z blokowanym rezystorem emiterowym we wspomnianym przez Ciebie miejscu:
-Jeżeli rezystor emiterowy będzie miał dużą wartość, to T5 będzie miał do dyspozycji "mniejszy kawałek tortu" z napięcia zasilania, przez co nie będzie w stanie w pełni wysterować tranzystorów mocy od strony włączenia tego rezystora.

Niekoniecznie ten spadek będzie musiał być w ogóle zauważalny. W poprzedniej wypowiedzi wspomniałem, że spadek na rezystorze emiterowym tranzystora T5 musi być odpowiednio znaczny w stosunku do spadku napięcia na złączu baza-emieter tego tranzystora. Mówimy tu o tranzystorach germanowych, a spadek napięcia w tychże jest kilkakrotnie niższy niż w tranzystorach krzemowych. W krzemowym tranzystorze spadek napięcia baza-emiter może wynosić ok. 0,6 V, w germanowym może on być nawet trzy lub czterokrotnie niższy i wynosić od 0,12 do 0,20 V dla umiarkowanych prądów kolektora. Tranzystor T5 jest elementem pracującym w dość specyficznych warunkach, gdyż obciążeniem jego kolektora może być albo obwód składający się z rezystorów ze sprzężeniem bootstrap, albo źródło prądowe, przez co "widziana" przez tranzystor rezystancja obciążenia jest duża dla sygnałów zmiennych AC i obniżająca się wraz ze wzrostem częstotliwości, ze względu na pojemności złączowe następnych tranzystorów. Przy założeniu, że prądy baz tranzystorów kolejnego stopnia są niewielkie w stosunku do prądu ustalanego przez obwód obciążenia z bootstrapem lub źródłem prądowym w kolektorze T5, to prąd emitera zmienia się nieznacznie, czyli rezystor emiterowy nie zabiera stopniom prądowym zbyt dużego napięcia, a jego blokowanie kondensatorem elektrolitycznym również w niewielki sposób wpływa na wzmocnienie tego stopnia dla małych częstotliwości. Tak więc dodatkowe 0,45 V spadku na rezystorze emiterowym przy 0,15 V spadku na złączu baza-emiter nie stanowi jakiegoś znacznego spadku dla amplitudy sygnału (dolnej połówki sinusoidy) w napięciu wyjściowym wzmacniacza. Tak jak wspomniałem obciążenie stopnia z T5 może rosnąć wraz z wartością częstotliwości sygnału, więc kondensator elektrolityczny, blokujący rezystor emiterowy nie musi być wcale taki ogromny. Jest ponadto bardzo ważny argument za stosowaniem tego rezystora! Jest nim zmienność napięcia baza-emiter od temperatury złącza tranzystora. O ile w tranzystorze krzemowym temperaturowy współczynnik zmian napięcia baza-emiter na poziomie ok. 2 mV w stosunku do 0,6 V jest już dość duży, to ten sam współczynnik przy napięcia baza-emiter równym 0,15 V w tranzystorze germanowym jest jeszcze cztery razy wyższy, co powodować będzie większą zależność napięć i prądów tranzystora (niestabilność parametrów) w przypadku użycia tranzystorów germanowych. Wyrzucenie części bardzo nieliniowej rezystancji widzianej wewnątrz tranzystora od strony emitera tranzystora poza ten tranzystor poprawia stabilność termiczną, nie blokowanie rezystora kondensatorem zmniejsza co prawda w sposób niewielki wzmocnienie stopnia, ale poprawia jego liniowość.

-Jeżeli rezystor emiterowy będzie względnie mały, rzędu 10R lub mniej, to pojemność kondensatora blokującego będzie musiała być bardzo duża.

Jeśli ten rezystor będzie względnie mały, to jego blokowanie w ogóle stanie się zbędne, ze względu na duży stosunek rezystancji widzianych przez tranzystor w obwodzie kolektora do tego w emiterze. Poza tym by przy prądzie rzędu np. 5 mA uzyskać na tym rezystorze 0,35...0,6 V, to jego wartość musi być wyższa i wynosić dla takiego prądu od 68 Ω do 120 Ω.

-Kondensator blokujący będzie wprowadzał przesunięcia fazowe w dole pasma, co może komplikować uzyskanie stabilności przy silnym USZ.
-Zastanawiam się również, jak ten kondensator przy dużej wartości wpłynie na stany nieustalone przy włączaniu wzmacniacza.

Bez przesady. Jak wspomniałem i bez tego rezystora wzmocnienie stopnia obciążonego źródłem prądowym lub bootstrapem będzie dla niskich częstotliwości wystarczająco duże, a ewentualny spadek dla wyższych częstotliwości zrekompensuje kondensator blokujący rezystor o niekoniecznie dużej pojemności.

Nie mówię, że to dyskwalifikuje opisaną metodę, ale mam wrażenie, że wprowadza dodatkowy poziom trudności.
(...)

Opisaną przeze mnie metodę stosowało wiele renomowanych firm produkujących wzmacniacze audio, więc była ona w dawnych czasach powszechna. Nawet najprostszy wzmacniacz, jaki mi teraz przychodzi na myśl, czyli końcówka mocy od magnetofonu szpulowego ZK-240 z tranzystorami TG70 na wyjściu miała ten rezystor w obwodzie tranzystorowego stopnia napięciowego, sterującego wyjściowymi stopniami prądowymi (załącznik poniżej).

Pozdrawiam
Romek

[AZ12]

Witam

Opisaną przeze mnie metodę stosowało wiele renomowanych firm produkujących wzmacniacze audio, więc była ona w dawnych czasach powszechna. Nawet najprostszy wzmacniacz, jaki mi teraz przychodzi na myśl, czyli końcówka mocy od magnetofonu szpulowego ZK-240 z tranzystorami TG70 na wyjściu miała ten rezystor w obwodzie tranzystorowego stopnia napięciowego, sterującego wyjściowymi stopniami prądowymi.

Myślę że pogarsza w jakimś stopniu wysterowalność stopnia końcowego mocy (wzrasta wtedy spadek napięcia kolektor-emiter tranzystorów końcowych przed przesterowaniem). W produkowanym w tamtych czasach sprzęcie powszechnego użytku nie miało to większego znaczenia.

[Einherjer]

Jest jeszcze jedna kwestia związana z rezystorem emiterowym drugiego stopnia. Napięcie między szyną zasilania a jego bazą ustala prąd spoczynkowy pierwszego stopnia. Tranzystory germanowe mają bardzo duży rozrzut napięć baza-emiter, a dodatkowy spadek napięcia na rezystorze pozwala częściowo rozwiązać ten problem.

[Wiech]

Poniżej wyniki 1 próby całości, ale bez obciążenia

Proszę o uwagi
Na ten moment pytanie - dlaczego pojawia się napięcie stałe na wyjściu ( wiem , że to bez obciążenia, ale wg mnie nie powinno go być)?
Czym można to napięcie stałe na wyjściu zmniejszyć?
Pewnie zmianami rezystora R2, tylko w jakim kierunku?
Ew co zmieni dodanie rezystora do emitera T5 np symetrycznie emiterem tranzystora T4- tam jest R=47ohm.

Pozdrawiam
Wiesław

[Romekd]

Czołem.
Wszystko jest w porządku. Jak już wspominałem wcześniej, napięcie na rezystorze R2 ustali się takie (dzięki sprzężeniu zwrotnemu z wyjścia wzmacniacza na bazę tranzystora we wzmacniaczu różnicowym) jakie będzie niezbędne do zapewnienia na wyjściu mniej więcej zerowej wartości napięcia stałego. Niestety dla takich warunków prądy kolektorów pary różnicowej z tranzystorami T1 i T2 różnią się bardzo mocno, na co wskazują różnice w spadach napięć na rezystorach R2 i R3. By te różnice zmniejszyć należałoby albo jeszcze bardziej zmniejszyć wartość rezystora R2, godząc się z dalszym spadkiem wzmocnienia pary różnicowej z T1 i T2, albo zwiększyć wartość rezystora R6 by zmniejszyć prąd źródła prądowego na tranzystorze T3, albo w obwód emitera tranzystora T5 włączyć szeregowo dodatkowy rezystor (w razie potrzeby można go zbocznikować kondensatorem elektrolitycznym). Tymi sposobami można zejść napięciem wyjściowym do zupełnego zera. Oczywiście zmiany temperatury tranzystora T5 będą powodowały niewielkie zmiany napięcia wyjściowego, gdyż będą zmieniały napięcie baza-emiter T5 dla prądu kolektora ustalonego źródłem prądowym z tranzystorem T4. Jak na napięcie wyjściowe wpływa regulacja potencjometrem PR2?

Pozdrawiam
Romek

[Wiech]

Dzięki za szybką odpowiedź, regulacja PR2 - praktycznie nic nie wnosi, zmiany prądu i napięcia są minimalne.
Natomiast w międzyczasie podłączyłem obciążenie - rezystor 8ohm i powstała dziwna rzecz:
"zamarła" górna gałąź mocy tj brak spadku napięcia na R15 i R17 a dolna część - tak jak bez obciążenia, spadło też o połowę napięcie stałe na wyjściu.
Po odłączeniu obciążenia stan wraca do wyjściowego.
Czyżby gdzieś zimne luty?
Ew zasilacz, mam to zasilane z przetwornicy.
Jutro ją sprawdzę , tak samo jak luty.

Pozdrawiam
Wiesław

[Romekd]

A to 0,88 V DC na wyjściu, przy odłączonym głośniku, to jest dodatnie czy ujemne względem masy?