Wzmacniacz tranzystorowy - pierwszy projekt

[mbar]

Jednak koniecznosc stosowania pary PNP wynikala z drugiego stopnia (wzmacniacza napieciowego) ktory musial byc na tranzystorze NPN.

Nigdzie nie znalazłem wyjaśnienia, dlaczego tak musiało być (może nie trafiłem na dobre źródło)? Możesz napisać parę zdań?

[irek]

Plytke na poczatek mozesz zrobic taka jaka jest. Niech Ci sie nie wydaje, ze za pierwszym razem zrobisz dobry projekt czasem trzeba wiele prototypow i lata doswiadczenia. I tak niepotrzebnie rozbudowales ten wzmacniacz. Przy tej mocy mozna bylo spokojnie dac darlingtony i proste zrodla pradowe. A tak to zwiekszyles ile sie da wzmocnienie calosci a wiec glebekosc petli sprzezenia zwrotnego bedzie ogroma a taka ustabilizowac to bedzie ciezka robota. Mam nadzieje ze masz jakis generator i oscyloskop, bo jak nie to tracisz czas.

---------- Post dodany o 18:55 ---------- Poprzedni post o 18:41 ----------

Nigdzie nie znalazłem wyjaśnienia, dlaczego tak musiało być (może nie trafiłem na dobre źródło)? Możesz napisać parę zdań?

To proste wszystkie tranzystory w.cz sa tranzystorami NPN a w stopniu napieciowym powinien byc dobry czyli szybki tranzystor. Od tego stopnia bardzo duzo zalezy z tego powodu porzucilem konstrukcje uniampa w ukladzie niesymetrycznym. Wiem, ze kazdy by tam pchal co by znalazl w szufladzie i byloby sporo problemow. W ukladzie symetrycznym (uniampie) ten stopien dziala nieco inaczej i mimo klasycznych MJE340/350 czy nawet BD139/140 nie ma zadnych problemow. W bardziej zaawansowanych konstrukcjach stosuje szybkie BF870/71/72 itp. Sa to chyba jedyne w miare dostepne komplementarne tranzystory w.cz o idealnych parametrach do tego zastosowania.

[raven1985]

Plytke na poczatek mozesz zrobic taka jaka jest.

Albo na kawałku uniwersalki zrobić zamiast rzeźbić płytkę która i tak pewnie pójdzie do kosza :)

aka ustabilizowac to bedzie ciezka robota

Na takiej płytce na pewno :)

glebekosc petli sprzezenia zwrotnego bedzie ogroma

Na szczęście tylko na niskich częstotliwościach :) więc nie powinno być dużego kłopotu :)

Nigdzie nie znalazłem wyjaśnienia, dlaczego tak musiało być (może nie trafiłem na dobre źródło)? Możesz napisać parę zdań?

Z ograniczeń technologicznych w latach 70-80 PNP były znacznie gorsze od NPN. Teraz to bez znaczenia, nie ma co sobie tym głowy zawracać.
Tranzystor 2 stopnia dostarcza większość wzmacniania i po stopniu wyjściowym jest największym źródłem zniekształceń nielinowych.

szybkie BF870/71/72

Szybkie to były w latach 80. Czy dostępne ? Produkuje to ktoś jeszcze ?
Teraz bez problemu można kupić tranzystory wysokonapięciowe z ft 150-200Mhz. Są tak samo dostępne jak końcowe Toschiby w Uni.
Niezłe są popularne 2sd669(A)/2sb649

[Zigrin]

Plytke na poczatek mozesz zrobic taka jaka jest. Niech Ci sie nie wydaje, ze za pierwszym razem zrobisz dobry projekt czasem trzeba wiele prototypow i lata doswiadczenia. I tak niepotrzebnie rozbudowales ten wzmacniacz. Przy tej mocy mozna bylo spokojnie dac darlingtony i proste zrodla pradowe. A tak to zwiekszyles ile sie da wzmocnienie calosci a wiec glebekosc petli sprzezenia zwrotnego bedzie ogroma a taka ustabilizowac to bedzie ciezka robota. Mam nadzieje ze masz jakis generator i oscyloskop, bo jak nie to tracisz czas.

Chwilowo z braku czasu musiałem zwolnić z PCB. Zdaję sobie sprawę z tego, że będzie to jedna z wielu płytek. Warsztat mam dość ok wyposażony, generator, oscyloskop, zasilacz laboratoryjny i multimetry także ten problem odpada. Zauważyłem, że wala mi się sporta ilość IRFP250 i chyba je zaangażuje. Projekt delikatnie uproszę teraz na dniach i pokaże co mi z tego wyszło. Ewentualnie użyję TIP142/T147 gdybym został przy bipolarnej końcówce. Unikałem darlingtonów po przeczytaniu kilku tematów w tym z Twoich udziałem na elektrodzie oraz głosach tutejszych forumowiczów.

[vertigo]

Witam.
Czy udało ci się już zbudować jakiś prototyp?

[Zigrin]

Witam po dość długiej przerwie. W końcu uporałem się z poważnymi problemami zdrowotnymi i powróciłem do tematu.

Przez ten czas(ze 3 miesiące) zmieniłem koncepcje. Zgodnie z sugestiami Irka uprościłem nieco źródła prądowe. Zastosowałem "klasyczny" VAS. Para różnicowa obciążona lustrem prądowym. W końcówce wylądowały IRFP(9)240. Zaraz się pojawią głosy, że za duże do tego zastosowania - użyłem ich, ponieważ dysponuje dużą ilością z próbek Vishay'a.

W załączniku aktualny schemat oraz PCB. Wersja już któraś(od 2tyg), ale żadna nie przekonuje mnie na tyle żeby ja wytrawić. Prosiłbym o jakieś ewentualne sugestie bo gdzieś mi się tu ciasno robi na początku płytki a w okolicach fet'ów pustynia istna. A chciałbym zrobić to PCB maksymalnie z wymogami sztuki BD139 może być dany na kablach i na radiator nie mam ciśnienia na to aby był montowany na pcb(ułatwiło mi to sporo pracę).

Pozdrawiam





Symulacja wygląda ok i pora już coś zbudować :)

---------- Post dodany o 10:43 ---------- Poprzedni post o 21:19 ----------

Wtorek przeciągnął się dość mocno na dzień dzisiejszy dodaję więc kolejna wersję PCB(68x82mm) i lekko poprawiony schemat. Rozdzieliłem masę sygnałową i zasilania.Płytkę wypadałoby trochę skompresować. Pozmieniać obudowy niektórym elementom. Szczególnie przeszkadza mi rozwleczona cześć przy mosfetach. W pracy nudy więc będę dalej walczył Poza tym przyjmuję każdą konstruktywną krytykę

Pzdr




---------- Post dodany o 12:28 ---------- Poprzedni post o 10:43 ----------

Kolejne PCB, tym razem już bardziej kosmetyczne poprawki. Rozmiar zmniejszony po centymetr z każdego boku. Jutro trawie i lutuje prototyp

[raven1985]

Zamiań sobie Q7 na MOSFET-a IRF5X0 inaczej prędzej wyrwiesz sobie włosy z głowy niż ustawisz prąd spoczynkowy.
C8 spokojnie możesz pewnie zmniejszyć bo i tak dominujący biegun będzie od pojemności MOSFERT-ów i ta pojemność będzie stanowiła główne źródło zniekształceń dla większych f ale to inna bajka.
Przydał by się jakiś ogranicznik prądu i zabezpieczenie bramek zenerkami przed przebiciem.
Rozdziel masy wejścia i C5 rezystorem 10om inaczej przy wspólnym zasilaniu obu kanałów będziesz mieć problemy z buczeniem.
masy kondensatorów c9 i c11 powinny być rozdzielne i odp. połączone osobnym kabelkiem do zasilacza - ale to w tym układzie detal :)

[Zigrin]

Zamiań sobie Q7 na MOSFET-a IRF5X0 inaczej prędzej wyrwiesz sobie włosy z głowy niż ustawisz prąd spoczynkowy.

Fakt, już w multisimie wyglądało to dziwnie, albo minimalny prąd, albo jakiś po byku. Opornik i potencjometr "towarzyszący" dobiera się tak samo jak dla tranzystora bipolarnego w tym wypadku czy są jakieś inne zasady?

Przydał by się jakiś ogranicznik prądu i zabezpieczenie bramek zenerkami przed przebiciem.

Ogranicznik będzie z czasem pewnie Zenerki między B-D będą dolutowane pod płytka.

Rozdziel masy wejścia i C5 rezystorem 10om

Ciachnę ścieżkę i dolutuje od strony druku. Przy kolejnej wersji płytki naniosę poprawki wszystkie.

Samo PCB ujdzie?

[raven1985]

Fakt, już w multisimie wyglądało to dziwnie, albo minimalny prąd, albo jakiś po byku. Opornik i potencjometr "towarzyszący" dobiera się tak samo jak dla tranzystora bipolarnego w tym wypadku czy są jakieś inne zasady?

Chodzi o to że MOSFET-y mają całkowicie inny współczynnik temperaturowy i prąd spoczynkowy będzie bardzo niestabilny.

Samo PCB ujdzie?

Ujdzie .

[Zigrin]

Prototyp odpalony. Ruszył od kopa co mnie cieszy :) Po niedzieli pomierzę co mogę i zapodam fotki. Ogólnie na płytce wyszło mi kilka błędów drobnych. Np C9/11 zasłaniają otwory montażowe mosfetów. Niektóre ścieżki między diodami i opornikami udało się skrócić. Prąd spoczynkowy jest stabilny na bipolarnym Q7 po rozgrzaniu ustawione 40mV na oporniku źródłowym(w źródłach 0,47Ohm mniejszych nie miałem aktualnie). Nie zaobserwowałem żeby się wzbudzał. Po niedzieli wykonam też testy z obciążeniem pojemnościowym.

[Zigrin]

Tak jak pisałem tak zrobiłem. Są zdjęcia, oscylogramy i wyników pomiarów jakie mogłem zrobić. Jest też parę wniosków i problemów. Na początek foto głównego bohatera:



Zasilanie napięciem +/- 35V. Trafo to Zatra TS120/24. Zasilacz z filtrem o pojemności 8800uF na gałąź. Na płytce wzmacniacza 2x2200uF przy fet'ach i 2x470uF po rezystorach 20Ohm przy części napięciowej. Po uruchomieniu napięcie stałe na wyjściu wynosiło 0,7mV - znikome napięcie. Po rozgrzaniu się to nie zmieniło.



Prąd spoczynkowy wstępnie ustawiony na zimno na ok 80mA. Po rozgrzaniu wartość skorygowana do 75mA. Trzyma ją dość sztywno wahania w zakresie +/- 2mA. Jednak nie jest to super stabilne. Będzie Vgs multiplier.
Planowałem moc ok 20...30W w praktyce wyszło ok 52W sin dla 1kHz. Napięcie na wyjściu to 58Vpp. Według pomiarów pasmo -3dB 8Hz - 250kHz(nie mam oscylogramów z ponad 20kHz, ponieważ mój generator który mam w domu pracuje tylko do 20kHz, pomiary pasma robione u znajomego).

Teraz parę oscylogramów:


1kHz; 2V/dz; 0,5ms/dz


1Hz; 2V/dz; 0,2ms/dz


10kHz; 2V/dz; 20us/dz


20kHz; 2V/dz; 10us/dz


500Hz; 2V/dz; 0,2ms/dz


100Hz; 2V/dz; 2ms/dz


10Hz; 2V/dz; 10ms/dz

Nie podoba mi się to co dzieje się od 500Hz w dół z prostokątem. Coś wyraźnie zaczynami rąbać dół pasma. Rozumiem, że przy 10Hz to już jest koniec pasma praktycznie, ale 100Hz to piękne nie jest w ogóle. Gdzie szukać przyczyny?

Aktualny schemat:



Na koniec kilka innych ujęć:

[raven1985]

źle masz podłączony rezystor 10om masy.

Nie podoba mi się to co dzieje się od 500Hz w dół z prostokątem.

Przełącz oscyloskop na DC :)

[tomq88]

Jeśli możesz dodaj też pomiary THD+N i przelicz SR :)

[Zigrin]

źle masz podłączony rezystor 10om masy.

Dlaczego? Przecież rozdziela masę C5 i masę wejścia.

Przełącz oscyloskop na DC

Próbowałem i sytuacja jest taka sama jak przy AC.

Jeśli możesz dodaj też pomiary THD+N i przelicz SR

SR policzę bez problemu :)

THD nie mam jak zmierzyć niestety. Jeżeli ktoś z forumowiczów znalazłby trochę czasu i chęci będę mógł wysłać egzemplarz na pomiary, ale dopiero jak wprowadzę poprawki wszystkie.

Teraz deser:


Obcinanie bez obciążenia; 1kHz; 10V/dz; 0,2ms/dz

Nie obcina zbyt równo. Dodatnia połówka zaczyna być obcinana szybciej.


8Ohm + 470nF; 10kHz; 2V/dz; 20us/dz


8Ohm + 470nF; 10kHz; 2V/dz; 10us/dz

Oscylacje nie są duże tłumione są szybko.


8Ohm + 470nF; 10kHz; 10V/dz; 10us/dz

Tutaj oscylacje nawet nie są widoczne...


8Ohm + 2,2uF; 10kHz; 2V/dz; 20us/dz

...ale tu już się robi kaszana. Większego napięcia nie mogłem uzyskać, ponieważ:
a) już przy tym kondensator parzył
b) przy wyższym napięciu oscylacje rosły strasznie szybko i w nieskończoność

W przy niskim napięciu oscylacje też rosły ciągle i nie chciały się wytłumić. Wniosek: oporność na obciążenie pojemnościowe leży i kwiczy :|

Wracam do czytania i poprawiania. Za obecną pomoc bardzo dziękuję, za dalszą będą niezmiernie wdzięczny :)

Pozdrawiam

---------- Post dodany o 23:40 ---------- Poprzedni post o 20:23 ----------

Prąd źródła pary różnicowej zwiększyłem do 4mA. Teraz SR jest na poziomie 22V/us przy pełnym wysterowaniu i 20kHz. Pierwotnie prąd był za mały i SR wychodził bardzo marny ok 6V/us. C8=100pF, a nie 200 - mały błąd na schemacie.

[tomq88]

THD nie mam jak zmierzyć niestety. Jeżeli ktoś z forumowiczów znalazłby trochę czasu i chęci będę mógł wysłać egzemplarz na pomiary, ale dopiero jak wprowadzę poprawki wszystkie.

Nie orientuje sie jakoś super w tych zagadnieniach, ale z tego co gdzieś czytałem to nawert zwykła karta dżwiękowa jest w stanie zmierzyc thd w paśmie użytecznym.

[irek]

Dlaczego? Przecież rozdziela masę C5 i masę wejścia.

to chyba widzimy rozne schematy :)

THD nie mam jak zmierzyć niestety. Jeżeli ktoś z forumowiczów znalazłby trochę czasu i chęci będę mógł wysłać egzemplarz na pomiary, ale dopiero jak wprowadzę poprawki wszystkie.

Tylko po co? Jakie znaczenie ma THD? Nie ma co mierzyc wazne czy wzmacniacz dziala.

Prąd źródła pary różnicowej zwiększyłem do 4mA. Teraz SR jest na poziomie 22V/us przy pełnym wysterowaniu i 20kHz. Pierwotnie prąd był za mały i SR wychodził bardzo marny ok 6V/us. C8=100pF, a nie 200 - mały błąd na schemacie.

Wiekszosc zalezy od wartosc kondensatora absolutne maksimum to 100pF. Wazny bedzie jeszcze prad wzmacniacza napieciowego bo to on laduje pojemnosci bramek.

a) już przy tym kondensator parzył

Duzo zalezy od jakosc tego kondensatora i miejsca podlaczenia. Czasem trafiaja sie kondensatory o duzym ESR i wtedy grzeja sie a oscylacje sa male.

b) przy wyższym napięciu oscylacje rosły strasznie szybko i w nieskończoność

Nie powinno tak byc ale za duza pojemnosc dodales dla 8om maksimum to 470nF a dla 4om 1uF jesli na nich jest ok to jest dobrze.

Nie podoba mi się to co dzieje się od 500Hz w dół z prostokątem.

To normalne tak dziala wejsciowy filtr gornoprzepustowy u ciebie 1uF i 22k. Mozesz zwiekszyc pojemnosc wejsciowa a potem 100uF w sprzezeniu.

Obcinanie bez obciążenia; 1kHz; 10V/dz; 0,2ms/dz

Nie obcina zbyt równo. Dodatnia połówka zaczyna być obcinana szybciej.

To jest akceptowalne. Akurat tego typu wzmacniacz obcina dosc wczesniej i tracimy duzo napiecia co daje mala sprawnosc maksymalna.

[vertigo]

Faktycznie rezystor łączenia mas źle podłączony. Jedna noga rezystora 10 ohm do masy wejściowej a druga do masy głównej. (R1 i C5 są podłączone do masy wejściowej).

O tak jak tu narysowałem:

[raven1985]

Próbowałem i sytuacja jest taka sama jak przy AC.

Nie masz tam jeszcze jakiegoś kondensatora na wyjściu generatora np. ?
Bo tak z grubsza to -3dB będzie koło 8-9Hz a na tych oscylogramach jakoś więcej mi się widzi ale może mi się tylko wydaje :)
Nie chce mi się liczyć :)

pojemnościowe leży i kwiczy :|

Nie jest źle :)
Nie oczekuj że na 2u2 wzmacniacz będzie stabilny :) Wtórnik na MOSFET-ach ma większą otwarto pętlową impedancję wyjściową niż bipolarne a to właśnie ona wspólnie z kondensatorem który dołączasz wprowadza dodatkowy biegun w pętle sprzężenia - czyli dodatkowe przesunięcie fazy.

Pokombinuj z C4 i spróbuj uzyskać najmniejsze oscylacje. Możesz też spróbować włączyć szeregowo z C8 rezystor 100- kilkaset om.

Spr. czy nie ma oscylacji na klipie i tuż przy klipie na różnych częstotliwościach (1Kz - 100Khz) także z obciążeniem pojemnościowym ale z kondensatorami nie przesadzaj 100n-470n równolegle z 4/8om . Czasami pojawiają się oscylacje na wierzchołkach przebiegu o niewielkiej amplitudzie kilkadziesiąt/set mV które łatwo przegapić .

Warto też spr czy wzmacniacz nie wzbudza się na ceramicznym kondensatorze kilkaset pf. Takim obciążeniem w praktyce może być długi kabel :)

Prąd źródła pary różnicowej zwiększyłem do 4mA

Lepiej daj rezystory w emiterach pary różnicowej.

Teraz SR jest na poziomie 22V/us

A jak bardzo zależy Ci na SR i chcesz się pobawić to możesz zmniejszyć C8 do kilkunastu/kilkudziesięciu pF a C4 zamiast do wyjścia podłączyć do kolektora Q6/q8 Ale uzyskanie zadowalającej stabilności może wymagać żonglerki wartościami i kilkukrotnego podejścia i dodatkowych elementów kompensacji. (szeregowe RC między bazami pary różnicowej przeważnie pomaga)
Możesz też C8 podłączyć zamiast do kolektora q8 bezpośrednio do wyjścia ale nie gwarantuje że układ będzie stabilny.

I jeszcze jedno. Mozęsz nieco poprawić ujemny PSRR podłączając kondensator o takiej samej wartości jak C8 między bazami Q4/5 a masą.

a) już przy tym kondensator parzył

Musi być to MKP. Poziom oscylacji będzie też zależał od jakości prostokąta (czasów narastania) z generatora.

Wiekszosc zalezy od wartosc kondensatora absolutne maksimum to 100pF. Wazny bedzie jeszcze prad wzmacniacza napieciowego bo to on laduje pojemnosci bramek.

Tu sporo kompensacji będzie dodane przez pojemność bramka-dren one są włączone bezpośrednio do gleby (przez zasilanie). Ta pojemność przy niskich napięciach d-s ma nawet ponad nF dlatego nie lubie bezpośredniego sterownia FET-ów ze stopnia napięciowego.
Pojemność bramki jest "boostraopwana" bo to wtórnik :)