Cum se calculeaza rezistentele de emitor la amplifurile audio ?

[Dudikoff]

Salut,

 

M-am apucat sa-mi fac un amplificator si as vrea sa stiu mai multe despre alegerea rezistentelor din emitorul tranzistoarelor finale. Am vazut ca se folosesc valori de la 0,1 la 0,47 ohmi dar nu inteleg cum sa aleg, ca doar n-o sa le pun la nimereala. Din ce am studiat eu pana acum am am facut o lista cu "pro si contra" in functie de valoarea rezistentei:

 

 Re mai mic inseamna:

  - curent de "bias optim" mai mare,(conform bias optim=0.026/Re) deci e mai rau

  - egalizare mai proasta a curentilor prin tranzistoare, deci e mai rau

  - disipatie mai mica, deci e mai bine

  - distorsiuni mai mici, deci e mai bine

 

 Re mai mare inseamna:

  - curent de "bias optim" mai mic, deci e mai bine

  - egalizare mai buna a curentilor prin tranzistoare, deci e mai bine

  - disipatie mai mare, deci e mai rau

  - distorsiuni mai mari, deci e mai rau

 

Dupa cum se vede sint si bune si rele la fiecare. Nustiu cum ar trebui sa aleg...

Cam care ar fi criteriul dupa care se aleg aceste rezistente ?

Editat August 31, 2015 de Dudikoff

[leo_electro]

Eu din ce imi aduc aminte era ceva legat de curentul de varf prin tranzistoare la cea mai mica impedanta de iesire (boxa).

Sa presupunem ca vrei sa obtii un 400W pe 4 Ohm. Teoretic asta inseamna 40Vrms pe difuzor sau un curent de 10Arms prin difuzor. Un curent de 10Arms prin dif inseamna 1,41 * 10 = 14,14 Apeak. Acest curent de varf se distribuie - sa presupunem ca ai un amplificator cu 4 perechi de finali - pe cele 4 perechi de tranzistoare (sa spunem ca sunt imperecheate cat de cat corect). Asta inseamna ca acei 14,14 amperi se vor imparti la patru - adica, vei avea 3,5Apeak pe o pereche. Dupa aceea, conteaza si aspectul asta, sa presupunem ca ai un amplificator audio cu bipolari in etajul final care au tensiunea Ube=0,6V, atunci valoarea maxima a rezistentei din emitor va fi: 

Re=0,6 / 3.5 = 0.17 Ohm

 

Daca ai IRFP-uri in etajul final, alea au tensiunea de deschidere vreo 3V, deci:

Re=3/3,5 = 0,85Ohm - stas: 0,82 Ohm

 

In practica, din ce am observat, se alege jumatate sau cel mult de doua ori valoarea maxima calculata, in functie de prezenta si constructia circuitului de limitare.

Spre ex., eu am reglat curentul de mers in gol la multe amplifuri care avea diverse valori Re, dar nu am sesizat diferente privind "biasul optim", cum ii spui tu. E un prag peste care chiar nu conteaza (pragul cand nu mai ai distorsiuni de racordare) - bineinteles, trebuie sa faci un compromis si in ceea ce priveste puterea disipata de Re.

Editat Septembrie 1, 2015 de leo_electro

[Dudikoff]

Nu inteleg ce e cu "Ube=0,6V". Stiu ca e tensiunea baza emitor care atat e la bipolari, dar nu inteleg ce legatura are asta cu rezistenta din emitor.

 

Am uitat sa pun schema cu etajul meu final:

 

 

[gsabac]

Un raspuns corect la acest topic este dificil de dat, deoarece nici un producator de componente electronice nu ofera

  suficiente date cu privire la dispersia parametrilor.

Daca la componentele pasive se pot cu usurinta utiliza modele bune, in cazul diodelor si tranzistorilor bipolari,

modelele nu pot fi modificate decit pe baza masuratorilor statistice la anumite loturi rezultate din fabricatie.

Modelele depind mult de la un producator la altul si in plus produsul achizitionat poate sa nu fie conform.

Datele pentru tranzistorii bipolari sunt mai detaliate si pot fi utilizate pentru calculul unor componente critice

pentru functionarea unui amplificator audio.

 

Pentru analiza am ales tranzistorii 2SC5200/2SA1943 dati complementari de

  fabricanti, dar modul de calcul se poate aplica pentru orice tranzistor bipolar.

 

La un amplificator audio de putere in contratimp unde se utilizeaza cite un singur

  tranzistor final de putere pe ramura, rezistenta din emitori se calculeaza mai ales pentru

  curentul maxim la care sa intre in functiune o eventuala protectie de curent sau pentru o micsorare

  a derivei termice.

Atunci cind sunt conectati mai multi tranzistori in paralel pentru o putere sporita,

  este nevoie de o echilibrare a puterii maxime disipate pe ei, cit si o polarizare initiala (bias)

  acceptabila pentru fiecare transistor in parte.

Bias-ul se poate estima dupa dispersia parametrului h_FE dat in prospect si este clasificat astfel:

h_FE (1) clasificare R: (55 minim to 110 maxim), O: (80 minim to 160 maxim) la 1A curent de colector si 5V, V_CE.

h_FE (2) clasificare generala (35 la 60 mediu) la 7A curent de colector si 5V, V_CE.

 

In cazul cind nu se doreste sau nu se pot masura tranzistorii, se utilizeaza datele disponibile,

pentru un bias rezonabil prin fiecare tranzistor, de ex. pentru clasa "R":

 h_FE = h_FEmediu +/-40% = 80 +/- 40%.

- daca alegem un curent mediu pentru 4 tranzistori 60mA, deci 15 mA pe un element,

  vom avea un curent posibil intre 11mA si 21mA care este acceptabil.

 

Pentru calculul rezistentelor din emitori se utilizeaza dispersia tensiunilor baza-emitor data in catalog,

 coroborata cu puterea maxima si minima disipata pe tranzistorii finali.

Ube = 1V minim la 1,5V maxim pentru U_CE= 5V si I_C=7A.

Daca:

-  Up este tensiunea de polarizare comuna a bazelor;

-  Re rezistentele din emitori, toate egale;

-  Ie_1...4  curentii de emitori ai tranzistorilor finali;

-  I_bias  curentul total de bias, avem;

 

Up = Ube1 + Re * Ie1 =  Ube2 + Re * Ie2 =Ube3 + Re * Ie3 =Ube4 + Re * Ie4, sau

 pentru primii doi tranzistori rezulta;

 

    Re = (Ube2-Ube1)  /(Ie1-Ie2) relatie care se poate folosi pentru estimarea rezistentei Re.

Pentru o diferenta din catalog de la 1,5V la 1V pentru Ube, putem accepta diverse abateri ale curentilor

 maximi prin tranzistorii finali la 7A de ex.:

- 10 %, Re = 0,5/ 0,7=0,71 Ohmi;  Ie1 minim = 6,3A, Ie1 maxim = 7,7A

- 20 %, Re = 0,5/ 1.4=0,36 Ohmi;  Ie1 minim = 5,6A, Ie1 maxim = 8,4A

- 30 %, Re = 0,5/ 2.1=0,24 Ohmi;  Ie1 minim = 4,9A, Ie1 maxim = 9.1A

- 40 %, Re = 0,5/ 2.8=0,18 Ohmi;  Ie1 minim = 4,2A, Ie1 maxim = 9,8A 

 

Daca amplificatorul este alimentat la +/-64V si are o sarcina de 4 Ohmi si tensiunea maxima la limitarea initiala (clipping)

 este de 58V rezulta o putere utila efectiva cam de 400W. La un randament de 65% puterea disipata totala pe tranzistori

 ajunge la 140W, deci 35W pe tranzistor. Este vorba despre puterea in regim permanent sinusoidal.

 

Considerind cazurile analizate avem urmatoarele puteri posibile disipate pe fiecare tranzistor:

Ideal Pd = 35W

+/-  5%,  Pmin = 32W,    Pmax = 39W

+/- 10%, Pmin = 29,2W, Pmax = 42W

+/- 15%, Pmin = 25,2W, Pmax = 49W

+/- 20%, Pmin = 21W   , Pmax = 60W

 

Concluzie:

Daca se masoara tranzistorii la curentul de lucru maxim, se calculeaza delta Ube, se aplica relatia pentru Re

 si se estimeaza puterea disipata pe fiecare transistor.

Daca nu se cunoaste nimic se utilizeaza una din variantele calculate.

Din experienta practica unor useri, s-ar deduce ca tranzistorii cumparati din acelasi lot, pot sa contina parametri

  cu o abatere mai mica decit datele de catalog.

Daca se selecteaza tranzistori cu 10% dispersie a tensiunii Ube, se pot alege rezistente mai mici pentru conectarea

 in serie cu emitorii. Nu este bine sa lipseasca deoarece tranzistorii imbatrinesc si isi schimba parametrii.

Deasemenea sunt ceva probleme sunt cu calculul la diverse temperaturi de lucru.

 

Succes !

 

@gsabac  

 

 

 

 

 

Editat Iunie 2, 2016 de gsabac

[cordial]

http://www.mediafire.com/download/9p2znzsoc8o84nl/Bazele+Radioelectronicii+1987.rar

[gsabac]

Rezistentele de "sursa" ale tranzistoarelor monopolare( MOSFET), din amplificatoarele de audiofrecventa se calculeaza

  similar cu cele ale tranzistoarelor bipolare si este prezentata in postarea #4.

Aici factorul de dispersie dat in catalog este tensiunea grila-sursa de

 deschidere a canalului, V_T (Gate-Source Threshold Voltage). Dependenta curentului de drena (sursa) este lineara

 in functie de (V_SG-V_T) in zona lineara si patratica in zona de saturatie.

 

Din catalog se citeste de ex. V_T=2V...4V generic. Deci in zona lineara pentru o diferenta de 2V,

adica de 4 ori mai mare decit la tranzistorii bipolari.

 Se determina rezistente de circa 0,8 Ohmi pentru o diferenta de puteri disipate de +/- 20%, Pmin = 21W   ,

  Pmax = 60W, o valoare prea mare.

 

De aceea este bine sa masuram si sa folosim perechi cu abateri cit mai mici pentru V_T apoi sa recalculam rezistentele de sursa.

Aceasta separat pentru canal N si P. Deasemenea o imperechere la curentul maxim din schema utilizata este binevenita.

 

Explicatia unor esecuri in functionarea amplificatoarelor de putere, poate fi data de diferentele prea mari de puteri disipate. 

 

@gsabac

Editat Iunie 22, 2016 de gsabac

[zal]

Trebuie f?cut? o diferen?iere clar? ?ntre mosfe?ii audio ?i ?ia industriali la care se arunc? pu?timea c?-s ieftini.

[gsabac]

@zal, mi-ati adus aminte de vremurile trecute cind IPRS-ul era un mare producator de componente electronice.

Pentru amplificatoarele cu tranzistori toti doream EFT250 sau  ASZ15, dar erau scumpi si prohibitivi.

IPRS-ul aplica o politica inteleapta prin transferarea de componente finite declasate la cercurile tehnice scolare sau

 la palate ale pionierilor. Am masurat multe din aceste componente. Tranzistorii EFT212 pareau a fi buni,

 beta acceptabil, curenti reziduali mici, tensiune de colector maxima buna si ne intrebam de ce au fost respinsi.

Rezultatul a devenit evident cind am masurat puterea de iesire. In loc de un curent de 3A, ei aveau un curent de

  maximum 1,5A. Condensatorii electrolitici din aceeasi clasa se incalzeau cind trecea prin ei puterea spre sarcina

  iar rezistentele aveau defecte de lipituri la capete sau de vopsea si marcaj.

 

Totusi pentru copiii erau perfecte iar rezultatele cercurilor tehnice foarte bune.

 

Este posibil ca unele componente declasate, neconforme sa fie marcate intr-un anumit fel de fabrica sau achizitionate,

 marcate si revindute de firme pirat si astfel ajung la noi cu preturi extreme de atractive.

In concluzie, efectuarea masuratorilor complexe inainte de folosire, este indicata pentru orice componenta. 

 

@gsabac

[zal]

De peste 30 de ani, cu mosfe?i industriali nu s-a reu?it un amplif decent ?n audio, dar aici intervine audiofilia s?racului care nu-?i permite unii de calitate ?i insist? cu ??tia ptr contactori ?i bobine c?-s ieftini. Se pot folosi ?i tiristorii la fel de bine. De demonstra?ii a la YT s?nt s?tul, de asta n-am mai intervenit acolo, n-are rost.

[zal]

Articolul ?la are ni?te gre?eli rezultate din copierea textelor de pe net ?i generalizarea unor cazuri particulare descrise de acei autori de maculatur?, cum ar fi celebra c?dere fix? de 25 sau 26mV pe bietele rez de emitor dar mai s?nt ?i altele. A?a se contribuie la dezinformarea ?ncep?torilor. Nimeni nu a ?nv??at judo sau chirurgie pe creier din c?r?i populare ?i nici electronic?. Ar fi cinstit s? rescrii sau m?car s? corectezi articolul.

Cu asta m? retrag dintr-o disput? inutil?.

[zal]

Probabil c? injinerii de la Accuphase ar trebui s? ia lec?ii ?i s? lase prejudec??ile. ?sta e doar un exemplu de la o firm? serioas?, s?nt destule ptr cine e curios s? ?nve?e. ?nt?mpl?tor e valoarea citat?, dar atrag aten?ia c? poate fi aleas? ?i mai jos ?n anumite condi?ii, chiar ?i spre 300mV, spre clasa B.

Editat Iunie 24, 2016 de zal

[zal]

Nu e o pasiune, e o metod? alternativ? eficient?. Vrei s? r?dem ?i de injinerii de la Crown, McIntosh, Rotel, Yamaha, Dynaco... etc c? s?nt ?napoia?i? Mai bine le scrii la firme cum ar trebui s? fac?, sigur ??i vor mul?umi. Io m-a? bucura ca de aici s? r?sar? lumina ptr aceste firme, poate a?a mai v?nd ?i ele de un covrig.

...........

Mi-e cam lene pe c?ldur? s? decupez din scheme ?i prospecte ca s? ata?ez aici, sper s? nu mai fie nevoie. 

[gsabac]

Eu nu sunt de acord cu diferentierea asta "mosfeti audio" versus "industriali", diferentierea aia mi se pare una pur audiofila. Orice mosfet poate fi folosit in audio cu conditia sa fie comandat eficient, IRFP240 si perechea sa sunt niste tranzistori foarte buni, pot fi foarte rapizi ( mult mai rapizi decat orice bipolar=>vezi ft ), mult mai eficienti ( saturatie mai mica decat majoritatea bipolarilor ), capacitate iesire ce poate rivaliza cu multi bipolari de top, deci nu vad absolut nici un motiv pentru care acestia sa nu poata alcatui un etaj final performant, si proiectul meu de dincolo Mosfet400 a demonstrat deja la nivel teoretic performante foarte bune de la ei, si care pot rivaliza cam cu orice amplificator publicat acolo, si o va face si practic. Adica se poate daca ai o minte deschisa si o buna intelegere a lor, altfel daca te ghidezi dupa prejudecati, plafonarea este inevitabila, si apare la nivele mediocre.

 

Numai bine.

 

@Marian, buna postare. Pentru veridicitate mi-am propus de mult sa compar performantele de exceptie

 ale unui etaj simplu cu repetori MOSFET canal N sau P, cu circuite similare cu pentode de putere.

Nu ca sa stirnesc un razboi, doar ca mesaj tehnic si matematic.

 

@gsabac

[zal]

Asta cu silicoanele ?i l?mpile e tot o dum? de pe net, nu ai cum s? cuno?ti adev?rul dec?t dac? po?i face compara?ii, altele dec?t cu radioul bunicului. Evident c? ?i plafonarea la mosfe?i industriali are un rol. Probabil c? nu vei ?n?elege niciodat? de ce mosfe?ii ptr audio s?nt scumpi ?i folosi?i ?n amplifuri deosebite. E adev?rat c? moda lor a trecut de vreo 2 decenii, c?ci bipolarii s-au dovedit mai fiabili ?i la fel de buni. Au r?mas la lucru cei din schimbul trei. Dac? e vorba de reclam? ptr proiectul minune de dincolo trebuia s? dai de ?n?eles, c?ci nu vreau s?-?i sperii clien?ii poten?iali. Spor la v?nzare, dar nu deforma realitatea. 

[zal]

@Marian, buna postare. Pentru veridicitate mi-am propus de mult sa compar performantele de exceptie

 ale unui etaj simplu cu repetori MOSFET canal N sau P, cu circuite similare cu pentode de putere.

Nu ca sa stirnesc un razboi, doar ca mesaj tehnic si matematic.

 

@gsabac

E o problem? aici: pute?i face compara?ii brute dar s?nt irelevante, ca ?ntrecerile dintre un cal ?i o motociclet? pe teren accidentat. Ptr o compara?ie corect? e nevoie de amplifuri cu trafo de ie?ire ?i tranzistoare bipolare (exemplul cel mai cunoscut e McIntosh) ?i amplifuri cu triode, nu cu pentode c?ci func?ioneaz? altfel. Explica?iile s?nt prea lungi ca s? le pun aici ?i nu fac subiectul topicului. Probabil c? singura leg?tur? posibil? ar fi rez din catozi pe care se m?soar? curentul prin l?mpi. Nu cunosc amplifuri cvasicomplementare cu mosfe?i ?i trafo de ie?ire, nu exclud posibilitatea construiri lor.