Calcul capacitor circuit superdioda (BIAS) ?!

[ionut90]

Ma poate lamuri cineva cum se calculeaza capacitorul care vine montat intre terminalele C si E ale tranzistorului din circuitul superdioda a unui amplificator audio ? Am vazut scheme de amplificatoare audio care au montate capacitoare (pornind de la 100nF pana la cativa microfarazi) si care nu au. Care e scopul acelui condensator ? Ce tip constructiv este mai bun acolo: poliester, electrolitic etc. Sau chiar nu conteaza daca il montam sau nu ?

[donpetru]

Pe langa cele precizate mai sus, am observat practic ca o valoare cuprinsa intre 1 si 10uF asigura o stabilitate mai buna in ceea ce priveste plaja de variatie a curentului de mers in gol a etajului final de la functionarea in gol si pana in sarcina nominala. Deci, cu alte cuvinte prefer valori de peste un 1uF.

Pe de alta parte, exista o legatura intre valoarea acestui capacitor si valoarea curentului din VAS. Din nenumaratele montaje electronice realizate si tinand cont de ceea ce va spuneam in prima propozitie de mai sus, am ajuns la o paritate mai putin inginereasca si anume: un curent de 10mA in VAS implica folosirea unui capacitor de 10uF, un 1mA in VAS implica folosirea unui capacitor de 1uF s.a.m.d.(altgoritmul nu este critic, adica nu am constatat cine stie ce variatii a curentului de mers in gol a amplificatorului daca in cazul "paritatii mentionate anterior", daca avem un 1mA in VAS vom folosi 2,2uF - nu este critic, e doar un altgoritm orientativ de alegere a acelui capacitor).

In ceea ce priveste comportarea in frecventa, nu am constat deficiente la raspunsul in frecventa fie ca se foloseste 0,47uF, fie ca se utilizeaza 10uF.

 

Un lucru e cert: este bine sa folosim acel capacitor mai mult din cauza ca micsoreaza plaja de variatie a curentului de mers in gol a etajului final (asta, bineinteles, in cazul in care se dimensioneaza radiatorul corespunzator, implicit celelalte aspecte care au legatura cu functionarea corespunzatoare a amplificatorului audio).

 

Numai bine

[ionut90]

Multumesc pentru cele doua raspunsuri.

Si eu am observat practic ca nu prea conteaza daca e de 470nF sau 10uF, de asta am zis sa intreb aici. 

 

edit: Totusi, donpetru, daca capacitorul e mare nu devine superdioda mai puturoasa la urmarirea curentului de mers in gol prin finali ? Sau nu prea conteaza asta?

Editat Iulie 4, 2015 de ionut90

[zal]

De precizat c? acel cond nu se folose?te la superdiodele simple, formate dintr-un c?rnat de diode ?i poate lipsi chiar la cele formate cu trz bipolari.

Personal nu folosesc mai mult de 0,1uF MKT sau altceva cu folie.

[donpetru]

@ionut90,

conteaza daca vorbim de diferente notabile pornind de la 1uF si pana la cateva sute de uF (dar peste 10...22uF nu se recomanda sa se utilizeze).

 

O sa detaliez putin aspectul de care va spuneam. Am testat diverse topologii de amplificatoare audio clasa AB si B cu diverse valori de capacitoare in circuitul superdioda. Acum recent am testat lucrul asta cand am conceput noua schema a amplificatorului AS2050 (foarte asemanatoare cu a amplificatorului AS15201, pe care o voi prezenta cat de curand, cel mai probabil pe la finele saptamanii viitoare).

 

Spre exemplu, la noul AS2050, folosind etajul final original al amplificatorului impreuna cu circuitul superdioda a lui, am atasat in paralel cu terminalele C si E a tranzistorului superdioda (la AS2050 este vorba de un tranzistor PNP - oricum, mai putin conteaza aspectul asta), diverse valori de capacitoare pornind de la 100nF si pana la 22uF (inclusiv fara acest capacitor, asa cum era in schema originala a amplificatorului). Am atasat mai jos, ca exemplu, o imagine cu montajul test a noului AS2050:

 

In urma testelor efectuate am ajuns la o valoare "optima" de 3,3uF desi circuitul VAS era polarizat cu aprox. 5mA. Poate ar fi fost mai bun si un 4,7uF, dar tinand cont de cele precizate de utilizatorul @marian78 mai sus, citez:

 

Condensatorul ala are ca scop o impedanta mai mica in alternativ a superdiodei, nu cunosc sa existe vre-o modalitate precisa de calcul, eu as recomanda maxim 1u ceramic sau poliester.

 

am ales 3,3uF.

 

Asadar, acest capacitor care in vine in paralel cu terminalele C si E a tranzistorului din circuitul superdioda se alege tinand cont de cele doua regimuri de functionare a amplificatorului:

a) in c.c. - fara semnal audio - sau altfel spus in regim stationar (de aici si acea corelatie intre curentul din VAS si valoarea capacitorului de care va spuneam - dar nu e suficient numai asta);

b) in c.a. - cu semnal audio - sau altfel spus, in regim dinamic (aici sarcina circuitului VAS fiind reprezentata de rezistenta echivalenta - paralel - a rezistoarelor din circuitul superdioda in paralel cu acest capacitor, plus sarcina etajul final).

 

In urma testelor efectuate am observat o influenta notabila asupra urmatorilor timpi:

1) dt_LOAD = t₁ - t_{0 ;} unde t₀ reprezinta timpul initial inainte ca amplificatorul sa debite puterea nominala iar t₁ reprezinta timpul scurs cat amplificatorul a functionat la puterea nominala.

2) dt_{NO_LOAD} = t₂ - t_1 ; unde t₂  reprezinta timpul scurs cat a functionat in gol sau fara semnal audio amplificatorul dupa ce a debitat puterea nominala.

Am reprezentat grafic cei doi timpi pentru o mai usoara intelegere:

 

Dupa cum se poate observa, prezenta capacitorului modifica modul de raspuns sau de variatie a curentului de mers in gol (de la o variatie aproape liniara la una logaritmica) si chiar valoarea curentului de mers in gol dupa ce amplificatorului a functionat un anume timp la puterea nominala. Diferentele intre Ic1, Ic2 si Ic3, nu sunt mari (max. 10mA, depinde de radiatorul folosit si metoda de racire aleasa).

Deci, capacitorul C1 face ca curentul de mers in gol prin finali sa creasca mai greu atunci cand radiatorul se incalzeste putin (adica nu da voie curentului de mers in gol sa creasca repede intr-o prima faza, adica nu are rost sa se ambaleze amplificatorul pentru orice varf de sarcina). 

 

Totodata, valoarea capacitorului C1 din grafic este influentata si de regimul dinamic al amplificatorului. Cum acest capacitor impreuna un rezistenta echivalenta intre terminalele C si E a tranzistorului superdioda reprezinta sarcina tranzistorului VAS, limita inferioara de frecventa cand castigului etajului VAS scade este data de polul creeat de acest capacitor si de rezistenta echivalenta a circuitului superdioda (aceasta rezistenta echivalenta se masoara intre terminalele C si E a tranzistorului superdioda). Dupa aceea, se calculeaza capacitorul cu relatia:

 

C1 = 1/(2 * 3,14 * f_t * R_ech); - conditia regimului dinamic de functionare unde ft trebuie sa fie cat mai aproape sau in jurul valori de 20Hz (fac o paranteza, polul superior de frecventa este creeat de capacitorul de 10...100pF care se afla in paralel cu terminalele C si B a tranzistorului din circuitul VAS).

 

Pe de alta parte, se impune conditia din regimul stationar, facand analogia de care va spuneam 1mA prin VAS, rezulta C1=1uF etc.

De abia dupa aceea, in functie de testele efectuate pe prototip, radiatoarele folosite, puterea disipata de finali, comportarea termica a acestora, se alege valoarea optima a lui C1. Deci, nu exista o formula matematica universala care sa faca lucrul asta.

Optional, daca se foloseste un capacitor de ord. uF, se poate monta intre terminalele C si B a tranzistorului superdioda un capacitor de 10nF, asa cum am procedat eu in cazul amplificatorului GX400.

[ionut90]

Interesant raspuns. 

Totusi, eu am masurat tensiune Uce pe tranzistorul superdioda si am observat ca tinde sa scada pe masura ce se incalzeste radiatorul finalilor !!! Nu am masurat curentul ca nu am avut curaj sa scot sigurantele dar e posibil ca curentul de mers in gol sa creasca dupa o functionare indelungata chiar daca tensiunea Uce de care va spuneam e mai mica decat a fost initial ? Daca da, cum e posibil asta? 

[donpetru]

@ionut90, masoara sau monitorizeaza curentul absorbit de amplificator si apoi o sa te convingi.

Intr-adevar, tensiunea de bias scade, mai mult sau mai putin, depinde de topologia amplificatorului, numarul finalilor, suprafata radiatorului si cat de eficienta e metoda de racire a radiatorului (daca exista). Totusi, spre exemplu, vezi testele care le-am facut la amplificatoarele GX400, AV400v2 si chiar TDA7294, datorita incalzirii finalilor, curentul de mers in gol absorbit de amplificator tinde sa creasca (din cauza asta se monteaza circuitul superdioda pentru a preveni o ambalare termica excesiva a etajului final). Trebuie spus aici ca am intalnit cateva situatii practice cand datorita unui radiator cu suprafata mare (supradimensionat as spune), curentul de mers in gol varia chiar foarte putin, as spune ca chiar era mai mic decat cel initial, dar, repet, depinde de cele spuse anterior. Deci, nu putem generaliza.

[zal]

Ar mai fi de ad?ugat c? rez invers? a jonc?iunilor trz finali ?i cea de izola?ie c-e scad cu temperatura p?n? ce trz nu mai pot sus?ine tensiunea c-e, c-b.

Orientativ valorile pot fi ?ntre sute de MOhmi la rece ?i c??iva kOhmi fierbin?i, cazurile extreme.