Wzmacniacz ze stopniami CFP

[Romekd]

Czołem.

Wyszło szydło z worka!
Mam udawane tranzystory mocy
(...)

Gdzie zostały zakupione te podrabiane tranzystory? Czy był to jakiś znany dystrybutor podzespołów elektronicznych, czy np. zakup na znanym portalu aukcyjnym? Czy tranzystory zostały wstępnie pomierzone przed zamontowaniem do wzmacniacza?

Pozdrawiam
Romek

[Nieliniowy]

Kupione rok temu z portalu Amazon. Sprzedawca "Bojack"
Wszystkie miały wzmocnienie około 140-160, czyli w granicach dla grupy wzmocnienia "O"
Mam ich jeszcze 5 par...

[Romekd]

Czołem.
Przy jakim napięciu kolektor-emiter i prądzie kolektora tranzystory wykazywały wzmocnienie na poziomie 140...160? Zdecydowanie bardziej wiarygodnym testem byłoby sprawdzenie wzmocnienia prądowego przy prądzie 7 A i napięciu kolektor-emiter równym 5 V /hFE(2)/. Ten pomiar można przeprowadzić tylko dla tranzystora zamontowanego na odpowiednio dużym radiatorze, gdyż podczas jego przeprowadzania na tranzystorze będzie się w postaci ciepła traciło ponad 35 W. Jeżeli tranzystor jest marną podróbką i ma dużo mniejszą strukturę, to przy większym prądzie wzmocnienie potrafi wyjść bardzo niskie, mimo dużej jego wartości dla prądu 1 A... Ja dodatkowo jeszcze sprawdzam napięcie lawinowego przebicia przy zwartej bazie z emiterem dla prądu kolektora 100 μA.

Pozdrawiam
Romek

[Nieliniowy]

Przyznam się ze nie spodziewałem się tego. Organoleptycznie tranzystory nie dawały powodu do podejrzeń, wiec się bardzo przy pomiarach nie starałem. Sprawdziłem tylko wzmocnienie tanim testerem, prawdopodobnie z prądem na poziome kilku miliamperów.
Wydaje mi się ze na szybko można się zorientować robiąc pomiar złącza baza-kolektor. Większość tanich testerów pokazuje pojemność złącz p-n.
Katalogowo Cob jest 200pF dla 2SC5200 przy napięciu wstecznym 10V. U mnie jest 75-90pF, zależnie od egzemplarza. Powinno pokazywać trochę więcej niż 200pF, z powodu niższego napięcia pomiaru.

Ciekawa niestabilność końcówki mogła wynikać z faktu, ze oryginalnie drivery miały pojemność Cob katalogowo 90-160pF.
U mnie na mierniku dla D45H11G pokazuje 342pF. Wiec była nienaturalna sytuacja ze wolniejszy sterował szybszym.

[Romekd]

Czołem.

(...)
Katalogowo Cob jest 200pF dla 2SC5200 przy napięciu wstecznym 10V. U mnie jest 75-90pF, zależnie od egzemplarza. Powinno pokazywać trochę więcej niż 200pF, z powodu niższego napięcia pomiaru.(...)

Przy zerowym napięciu między kolektorem i emiterem ta pojemność powinna być wielokrotnie wyższa (złącze baza-kolektor tranzystora mocy, to niezła dioda pojemnościowa ).
Sprawdziłem pojemność 2SC5200-O zakupionych ze dwa lata temu w TME (wtedy były jeszcze dostępne...) i przy zerowym napięciu baza-kolektor otrzymałem wartości 682,9 pF dla pierwszego tranzystora oraz 667,8 pF dla drugiego. Z ciekawości sięgnąłem po tranzystor 2SC5200 ze starszych zapasów (kupionych kilkanaście lat temu na znanym portalu aukcyjnym od uczciwego sprzedawcy) i otrzymałem wartość 669,9 pF. Pomiary wykonałem przy częstotliwości 10 kHz i napięciu pomiarowym 50 mV. Kupione dwa lata temu w TME tranzystory 2SA19453-O miały w tych samych warunkach pomiaru pojemność 1269 pF i 1278 pF (katalogowo mają 360 pF przy Uce=10 V). Starszy tranzystor tego typu wykazał pojemność 1204 pF.

Pozdrawiam
Romek

[Nieliniowy]

Przyszły tranzystory OnSemi 2SA5200/2SC1943, grupa wzmocnienia O, 4 pary. Wzmocnienie, na tanim sprawdzaczu, wynosi dokładnie 126 dla NPN i PNP. Fajnie bo pewnie nie trzeba parować, będzie ok do eksperymentów. Pojemność Baza-Kolektor, dla NPN 414-421pF, dla PNP 842-846pF.
Aby uzyskać 100% stabilności, nawet z obciążeniem pojemnościowym 0.1uF (równolegle z 8ohm), musiałem zwiększyć C1 (Cdom) z 22pF na 47pF, C7 z 7pF na 22pF, C11 z 220pF na 470pF. C11 nie kontroluje pierwszego "kolana" w charakterystyce, które przy tych wartościach jest w okolicach 200kHz. C11 wygładza charakterystykę przejścia przez 0V, przy bardzo dużych częstotliwościach. Ale wydaje mi się ze C11 to tylko pół środek. Problem, wydaje mi się, jest z rezystorami "przyspieszającymi" 220ohm. Może powinny być 120ohm? Teraz pojemność bazy tranzystorów końcowych jest wielokrotnie większa..

I teraz właściwe pytanie do Panów:
Czy drivery (KSA1381 i KSC3503.) z maksymalnym prądem kolektora (stałym) 100mA wyrobią w warunkach prądu 70mA przy napięciu emiter-kolektor ~75V? Zmieniać rezystory przyspieszające na 120ohm?
https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/ksc3503-d.pdf
https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/ksa1381-d.pdf

Mieści się to jeszcze w bezpiecznym obszarze operacyjnym, ale tylko dla pracy impulsowej i jest bardzo blisko granicy. Z symulacji, maksymalne straty chwilowe wynoszą 3.5 W przy silnym przesterowaniu. 0.5 W przy maksymalnej nie przesterowanej amplitudzie, przy sinusie 100kHz. Maksymalna moc driverow przy Tc 25*C to 7W.
Przy rezystorach 220ohm warunki pracy są mniej więcej 20% lepsze (mniejsza moc, prąd kolektora). Na żywo, przy pomiarach mocy, radiator driverów jest zimny..

[Nieliniowy]

I jeszcze ilustracja o co mi chodzi z tymi rezystorami przyspieszającymi (R19/R20 = 220 ohm, na ostatnim schemacie). Pierwszy oscylogram, to kwadrat 100kHz z C11 = 220pF. Drugi oscylogram to kwadrat, 100kHz z C11 = 470pF. Praz spoczynkowy ustawiony na 55mA w obu przypadkach. Jest problem z szybkim załączaniem tranzystorów końcowych.

[Nieliniowy]

Udało się doprowadzić ten wzmacniacz do porządku.
Zwiększyłem prąd spoczynkowy do 80mA, zmieniłem C1 (Cdom) z 47pF na 100pF, C11 z 470pF na 100pF. Usunięty C7. Usunięte C14, C9, C8. Usunięte R37, R38. Zabiegi te przyspieszyły pętle USZ. Wynik na załączonych oscylogramach. Zniknęły dziwne zakrzywienia widoczne we wcześniejszym oscylogramie. Pasmo przenoszenia -1dB to 150 KHz, -3dB ~580kHz.

Naturalna częstotliwość wzbudzenia (bez C1 i C11) to 786 kHz. Minimalna wartość C1 (Cdom) żeby wzmacniacz nie wzbudzał się samoczynnie to 10pF (przy braku C11).

I teraz odkrycie. Jeden z moich laptopów, Google chrome, strasznie sieje na wysokich częstotliwościach. I do tego nie symetrycznie. Sieje głównie w prawym kanale. Po ostatnich zabiegach, częstotliwości te są w pasmie wzmacniacza. Przy uciszonym na zero, wzmacniane jest około 20W jakiegoś syfu powyżej 100Khz. To jest przyczyna dlaczego spaliła się przyspieszona wersja na udawanych tranzystorach. Gdyby nie to, to bym się nigdy nie zorientował ze mam podrabiane tranzystory. Przy podłączeniu pod inne urządzenia, starszy Google Chrome albo iPad, nie ma problemu.

Ten wzmacniacz chodził przez 6 miesięcy na tranzystorach z Amazon, z pasmem -3dB do około 80kHz. Udało się nawet zrobić pomiar mocy. Na 8ohm wyszło 65W na kanał. Prąd spoczynkowy był na poziomie 30 mA. Używany był z iPad'em.

[Nieliniowy]

Czesc,
Chyba wykombinowałem coś w stylu nowej klasy AA dla dla stopni CFP.

Schemat wersja 7

Diody D1/D2 podtrzymują napięcie bazy końcowych tranzystorów, zapobiegając ich kompletnemu wyłączaniu.
W symulacji da się utrzymać minimalny prąd dla nie aktywnej polówki na poziomie 10 mA.
Przez diody cały czas płynie prąd w jednym kierunku, nie ma dodatkowych elementów przełączanych.
Zniekształcenia spadły około 5 krotne dla małych mocy, co jest pieta Achillesa stopni CFP.
Dla 1W 1kHz jest około 0.0003% THD (symulacja)

Na schemacie jest dodane (zwora J9) sprzężenie zwrotne dla samej końcówki.
Pomysł pożyczony ze znanej książki..

Wszystko razem daje 0.00008 (tak 8 sto tysięcznych) przy 1W 1kHz.
Lepiej niż 0.0004% dla 10kHz.
Oczywiście takie THD tylko w symulacji. Ciekawe jak to zabrzmi w praktyce, i czy da się uruchomić..
Warunki stabilności wyglądają ok do około 250kHz
Dodatkowe diody przyspieszają końcówkę (coś jak Baker clamp) i wzmocnienie nie spada tak szybko jak w oryginale.
Niestety pogarsza to stabilność. Zostawiam dodatkowe kondensatory na wszelki wypadek.

Projektuje do tego nowa płytkę. Diody będą na radiatorze dla stabilności termicznej.

[Nieliniowy]

Mam nowe płytki drukowane.
Trzeba będzie poczekać na tranzystory końcowe i zestaw rezystorów dużej mocy.
Ciekawe czy to da się uruchomić? Jak by co to wszystkie nowe dodatki można odłączyć zworkami..

[Tomek Janiszewski]

A co z tranzystorami Q17 i Q18? One zdaje się nadal ulegają kompletnemu zatykaniu w "nie swoim" półokresie, tak jak w normalnej klasie AB. Sprawdziłeś to w symulacji? Niezależnie od powyższego obawiałbym się bardzo o bezpieczeństwo tranzystorów końcowych. Tak polaryzowane rezystory bazowe słabo odprowadzają ładunki zgromadzone w bazie gdy prąd kolektora powinien maleć, stąd przy większych częstotliwościach (choćby wzbudzeniu się stopni wstępnych, wywołanych np. sprzężeniem akustycznym mikrofonu z głośnikiem) może dojść do przeciągania prądu kolektorowego i tym samym gwałtownego wzrostu chwilowej mocy traconej a w konsekwencji wystąpieniem drugiego przebicia. Oczywiście, w symulacji ono nie zaistnieje, ale można zobaczyć jak będzie się zachowywał prąd kolektora przy pobudzeniu wzmacniacza sygnałem o nienormalnie wysokiej częstotliwości. Sprawdziłeś to?

[Nieliniowy]

Cale to "rozwiązanie" wzięło się z oglądanie rożnych schematów, zwłaszcza Technicsa.
Tam na przykład dodano tranzystory buforowe i dwie diody które były przełączane. To z racji końcówki w konfiguracji Darlingtonia.
W mojej wersji tranzystory Q17/Q18 spełniają tą role, i oczywiście wchodzą w zatkanie tak samo jak w normalnej końcówce CPF.
Ale, diody są cały czas spolaryzowane w kierunku przewodzenia. Nie ma dodatkowych elementów przełączanych.
Q17/18 to względnie male BD139/140 wiec maja mała pojemność baza-kolektor. W teorii, powinny szybko wchodzić w obszar przewodzenia.

Zupełnie się z Panem zgadzam jeśli chodzi o wysokie częstotliwości, taka polaryzacja końcowych tranzystorów jest trochę ryzykowna.
W symulacji to działa i nie ma obszaru gdzie obie polówki się "zazębiają" do 1MHz. Ale warunki stabilności są spełnione tylko do 250kHz, faza USZ,, , wzmocnienie itd.. itp.. Wersja bez tych wodotrysków jest stabilna do 750kHz.
Diody będą na głównym radiatorze, boje się ze to się wszystko rozjedzie z wzrostem temperatury.

Wzmacniacz będzie zasilany +/-36V, moc docelowa około 60W na kanał. Tranzystory końcowe, rezystory i ścieżki na płytce są policzone na +/-55V i 140W na kanał. Jest mała szansa ze się nie spali od razu..

[Nieliniowy]

Witam wszystkich,
Pacjent daje oznaki życia ale cierpi na epilepsje..

Poprawiłem dwa odwrócone tranzystory na schemacie #7 zanim dałem płytkę to produkcji.
Jeden kanał jest zmontowany i odpalony na bateryjnym +/-15V. Symetria jest ok, +3mV przy wyzerowanym stopniu różnicowym.
Spoczynkowy da się regulować, na razie minimalny bo nie ma radiatorów.
Obwody końcowe, co nikogo nie zdziwi, są niestabilne. Oscylacja jest bardzo chaotyczna na częstotliwościach ponad 10MHz czasami aż 25MHz.
Wszystkie BD139/140 zamienione na NTE373/374. Te maja większe napięcie CE, 160V i Ff 140MHz. Beta ma katalogowe 190 +/-5%. NPN/PNP są bardziej komplementarne niż poprzednicy z serii BD.
Oscyloskop wpięty pod pina od uziemienia radiatora. Dziwnie to wygląda na zdjęciu. Podpięcie miernika na piny od prądu spoczynkowego trochę uspokaja wzmacniacz, i da się zobaczyć w miarę poprawnego sinusa 1KHz. Na kwadrat ma alergie
Bez miernika, potrafi się sam wzbudzić i nadawać coś morsem . W oscylacje wchodzi i wychodzi bardzo skokowo.

[Nieliniowy]

Zacznę od poprawionego schematu.
Obsada tranzystorów odpowiada teraz stanowi faktycznemu na płytce prototypu V7

Na płytkę wkradły się dwa błędy :
1) Kondensator C5 powinien być podłączony do bazy Q10 a nie do jego kolektora.
Przeciąłem ścieżkę i poprawiłem. Jest to uwzględnione na powyższym schemacie.

2) Footprinty wszystkich tranzystorów TO92 obrócone o 180 stopni. Na szczęście to tylko problem kosmetyczny.
Widać to na zdjęciach. Zorientowałem się już przy pierwszym montażu. Tranzystory wlutowane poprawnie są odwrotnie niż nadrukowana grafika.

Po samej poprawie kondensatora C5, wzmacniacz zadecydował stale oscylować bez gwałtownego wchodzenia i wychodzenia z niestabilności jak poprzednio. Zmiana R39/R40 ze zwory na wartość 4.7 Ohm wyleczyła samoczynne oscylacje zupełnie. Bez sygnału na wejściu, jest cisza grobowa

Pobawiłem się zworkami:
- zwarta J9 nie pogarsza stabilności
- rozwarte J10/J11 tez nie pogarszają stabilności

Procedura ustawienia prądu spoczynkowego jest trochę inna niż zwykle:
- Zwarte wejście, bez obciążenia na wyjściu
- Ustawić RV1 tak żeby było 0V pomiędzy J2/J3
- Zjechać RV2 na najmniejszy prąd spoczynkowy 0mA
- Ustawić RV3/RV4 tak żeby napięcia na diodach D1/D2 były równe 595mV. Tak samo jak napięcie przewodzenia Baza-Emiter tranzystorów mocy.
Oczywiście mierzone w tej samej temperaturze
- Ustawić RV2 na docelowy prąd spoczynkowy. Na początek dałem 33mA (10mV pomiędzy J4/J6)
- Zweryfikować 0V pomiędzy J2/J3. RV1 nie wymagał korekty.

No i teraz ciekawe zachowanie:
Przy zasilaniu +/-15V, na obciążeniu 8 Ohm wzmacniacz nie daje rady z sinusem 1kHz powyżej amplitudy około 1~2V.
Nie mam teraz zdjęcia oscyloskopu, ale jest to jakieś skomplikowane zniekształcenie. Jakby zwykły clipping ale nie do końca.
Zasilanie bez problemu wyrabia prądowo. Bez sztucznego obciążenia, osiągam czysty sinus 25V p-p. Powyżej bardzo ładny clipping, symetryczny i bez śmieci.

Kwadrat 100kHz jest masakryczny, bardzo połamane i zaśmiecone zbocza. To nie jest zwykła oscylacja wygasająca.
Te same objawy z ominiętą dodatkową polaryzacją, zwarte J10/J11. J9 nie ma wpływu.

Nie wiem jeszcze co dalej. Podejrzewam jakiś idiotyczny błąd montażowy, albo problem z rozkładem ścieżek na nowej płytce.
Może dać R39/R40 na 10 Ohm? Prototyp V5 jest stabilny bez tych rezystorów (zwory).

[Nieliniowy]

Eureka! Q11 ma zamieniony emiter z kolektorem na płytce
Źle przerysowane ze schematu LTSpice do KiCad. Fajnie by było gdyby opcja "export" schematu działała..
Prawdopodobnie prąd wzmacniacza napięciowego robi niezłe cuda.
Ma ktoś sposób na dysleksje? Formowanie wysokim napięciem?