Термостабилизация усилителя мощности. Что именно стабилизируется?

[Lexter]

 Читал себе спокойно очередную тему (Высококачественный Экономичный Усилитель Мощности), наткнулся вот на такую "обычную" фразу:

1 час назад, blade_nn сказал:

При прикосновении паяльником к винту, который крепит к радиатору BD139 - ток покоя падает. То есть все регулируется как надо.

и что-то вдруг в голове "не срослось"... А действительно ли это "как надо" регулируется?

Температура радиатора увеличивается при увеличении выходной мощности. То есть, при увеличении громкости ток покоя будет уменьшаться, потом и искажение типа "ступенька" вылезет...

Вроде бы ток покоя наоборот, стабильный должен поддерживаться. Это ж исходная линейность выходного каскада? Не?

[Реклама]

[GPT-4]

Смотрите-ка, вы правильно заметили, что ток холостого хода должен оставаться стабильным, чтобы сохранять линейность выходной стадии и избегать искажений. Если ток холостого хода уменьшается при повышении температуры радиатора, это может привести к проблемам, таким как "ступенчатые" искажения. Вам же, молодой человек, не хотелось бы получить такой результат, верно?

Чтобы избежать подобных искажений, ток холостого хода должен быть подстроен таким образом, чтобы сохранять стабильный смещенный ток. Обычно это делается с помощью температурной компенсации, которая включает в себя использование температурно-чувствительных компонентов (например, диодов или термисторов) в цепи смещения. Это поможет сохранить стабильность тока смещения при различных температурах и таким образом минимизировать искажения.

Делая выводы, можно сказать, что ток холостого хода должен быть стабилен, и уменьшение его при повышении температуры радиатора не является правильным поведением для поддержания линейности выходной стадии. Надеюсь, это прояснило ситуацию для вас, дорогой товарищ.

[Реклама]

Реле, разъемы, вентиляторы, корпуса, микросхемы, конденсаторы и много другое!

Скидки до 20% на сайте электронного дискаунтера ТМ Электроникс.

Бесплатная доставка в любую точку России + кэшбэк 15%.

Всем кто сделает заказ в сентябре, начислим 3000 баллов на аккаунт. 1 балл = 1 рублю!

Подробнее

[Ulis]

11 минут назад, Lexter сказал:

"как надо" регулируется?

Да. Обратная связь по температуре для смещения выходного каскада.
Образуется пересечение кривых - Ток ВК/Температура радиатора. Область около точки пересечения и есть "зона термостабильности".
Ток ВК никогда не падает до ступеньки.

18 минут назад, Lexter сказал:

Вроде бы ток покоя наоборот, стабильный должен поддерживаться.

В идеале. Но система обладает некоторой инерционностью. Именно для борьбы с ней например ONSemi разрабатывали Thermaltrak, у которых диод-термодатчик в одном корпусе с кристаллом выходника.

[Lexter]

5 минут назад, Ulis сказал:

пересечение кривых - Ток ВК/Температура радиатора.

Это логично и понятно. Но тогда проверять настройку ведь совсем не так надо? Одной проверкой, что "ток уменьшается" термостабильную точку ведь можно и не "поймать"...
Одно дело - полагаться на автора конструкции, что он всё подогнал. И площадь радиатора, и охлаждение его в корпусе, и тепловое сопротивление "транзистор-радиатор"... Тогда действительно можно только проверить, что регулировка "шевелится", и этого в первом приближении достаточно.
Но ведь так проверяют и конструкции со многими отличиями, не только конструктивными, но часто и схемными...

[Ulis]

В симуляторе посмотреть тоже запросто, задав температурный градиент для элементов - там все видно наглядно.

14 минут назад, Lexter сказал:

Но ведь так проверяют и конструкции со многими отличиями

Тут, на сайте/формуе полно методик описано, как проверяется температрная относительная  стабильность удержания ВК от термо-разгона или избыточного термо-торможения

[Lexter]

8 минут назад, Ulis сказал:

на сайте/формуе полно методик описано

Видимо, не на виду лежат.  Сходу чего-то не нашёл...

Вообще-то при таких больших отличиях в конструкции, как в приведённом примере, надо бы конечно на эти методики ссылочку кидать. Объяснять заново каждый раз - слишком времязатратно.

 

А вообще способ с тепловой обратной связью - по определению не очень хороший. И необходимую крутизну регулировки совсем не очевидно, как выставлять, и даже при точной настройке тепловая инерционность всё равно заставляет ток покоя "болтаться"...

[Ulis]

Я ссылки не держу наготове  Но точно помню, что на сайте/форуме они есть.
В общем случае ситуация простая - нужно термодатчик располагать максимально близко к кристаллу выходника.
Тогда временной лаг реакции BIAS на изменение температуры минимален.

Более менее наглядно видно на графике, например в даташите у латерала - как меняется наклон передаточной характристики в зависимости от температуры кристалла. И почему точка(область) термостабильности у него в районе 120мА

Edited March 19 by Ulis

[Ulis]

Посмотрим на Шушурине всеми любимом

Задал глобальное изменение температуры от 20 до 70 градусов.

Видно изменение тока коллектора Q1 (зеленая кривая) и падение напряжения между точками А и В (термодатчик BIAS-красная наклонная)

Там где кривые пересекаются, там точка (область) удержания тока ВК - окало 95мА

 

Edited March 19 by Ulis

[Lexter]

13 минут назад, Ulis сказал:

Посмотрим на Шушурине

Чего-то я сегодня туплю...

В модели тепловая связь получается идеальная, без разницы температур и без инерционности, что на транзисторе - то и на датчике. Вроде так.
По графику получается, что от 20 до 70 градусов ток меняется от 10 до 100 мА. Тоже вроде так... Где стабилизация?

[Ulis]

Пересечение кривых. Температура в симуляторе то меняется принудительно, а не от работы.
Участие радиатора - это всего лишь временная задержка. Поэтому я всегда пишу "точка(область)", то есть термостабильность где то там, в  районе точки пересечения, плюс-минус

[Lexter]

1 минуту назад, Ulis сказал:

Температура в симуляторе то меняется принудительно, а не от работы.

А какая разница?

Ну, предположим будет ещё и сигнал, который разогревает. Схемотехнически на ток покоя он не влияет. Так что график - изменение тока покоя в диапазоне температур.
Вроде корректно.

Датчик в схеме подключен, должно регулироваться и ток покоя не должен меняться от температуры.

[Ulis]

Изменение глобальной температуры в симуле нам нужно, что бы увидеть - как меняется ток коллектора выходника. От сигнала или не от него, это неважно.
Просто смотрим тенденцию для тока.
Эта же температура дейтсвует на датчик и он под воздействием меняет падение напряжения на себе - уменьшает ток выходника, и температура (и ток) должны упасть, но для нее задан принудительный рост, поэтому ориентируемся на пересечение кривых.
Радиатор - это только временная задержка в реакции датчика. Она не делает тепловую ООС неустойчивой, поскольку относительно невелика.
 

Edited March 19 by Ulis

[Lexter]

Кстати... насчёт

39 минут назад, Ulis сказал:

Там где кривые пересекаются, там точка ...

Эти кривые теоретически не могут пересекаться, потому что одна - ток, а вторая - напряжение. Измените масштабы по осям, и получите "точку пересечения" в любом месте.

10 минут назад, Ulis сказал:

температура должна упасть

Это неверно. Это ж не стабилизатор температуры, а вроде как бы стабилизатор тока покоя.
Температура в основном определяется сигналом, а не током покоя. Если рассуждать, что должна уменьшиться, то сделать это можно только за счёт уменьшения тока покоя (что по определению неправильно), и то в небольших пределах, не больше мощности, рассеиваемой в покое. А при сигнале может рассеиваться на порядок больше.

_________________________________

В схеме датчик подключен, температура на транзисторе и датчике одинаковая (как в реальности), датчик должен менять своё сопротивление и регулировать (стабилизировать) ток.

Edited March 19 by Lexter

[Zvuk.]

2 часа назад, Ulis сказал:

И почему точка(область) термостабильности у него в районе 120мА

о, да, спасибо, и прежде чем применять тот или иной транзистор, нужно, получается, даташит его смотреть.

[Ulis]

Эмммммм....

Тогда наклон передаточной характеристики тоже не меняется от температуры?
Противоречите даташиту? 

15 минут назад, Lexter сказал:

Это неверно. Это ж не стабилизатор температуры, а вроде как бы стабилизатор тока покоя.

Термозависимый.
И общую температуру надо рассматривать как сумму температур - тока покоя и работы. Датчик умеет сумму уменьшать на свою часть.

[Lexter]

3 минуты назад, Ulis сказал:

наклон передаточной характеристики ... от температуры

Так вроде в этом и весь смысл - при изменении температуры и неизменном напряжении Б-Э меняется ток через транзистор.  Задача - изменить напряжение Б-Э так, чтобы ток не изменился.
А при регулировке датчиком температуры, у каскада регулировки должна быть точно такая же крутизна, как крутизна зависимости у транзистора (только с обратным знаком). Ток-то непосредственно не измеряется. Компенсация производится "вслепую".

[Zvuk.]

... если, на примере, выставить меньший/больший ток покоя, чем 120мА, то поднимать/сбрасывать термо узел будет до неё (120мА)? Или термо узлу всё равно, что там, с даташит? 

2 минуты назад, Lexter сказал:

Компенсация производится "вслепую".

 

[Ulis]

3 минуты назад, Lexter сказал:

такая же крутизна,

Наклон характеристики, это и есть крутизна

[Zvuk.]

так где у него "кнопка"? По мне, термоузел - огромный "костыль", в нелинейных схемах он точно нужен, но не такой как в большинстве УМ. Да, тема обширная... 

[Гость_Григорий_Т.]

9 минут назад, Lexter сказал:

Компенсация производится "вслепую".

У вас есть другие предложения?

[Ulis]

11 минут назад, Lexter сказал:

Ток-то непосредственно не измеряется. Компенсация производится "вслепую"

В симуле покажете изменения для крутизны выходника и датчика на одном графике?

[Lexter]

@Ulis Мы оба понимаем, что это одно и то же.
Единственное, в чём я с вами не согласен, - что есть регулировка температуры. Чем? Изменением тока покоя? Но это даже теоретически возможно только "на чуть-чуть", в пределах мощности рассеивания без сигнала. И делать этого нельзя, потому что ток покоя не должен изменяться.

Нет тут никакой регулировки температуры. И даже петли регулировки с обратной связью нет. Есть датчик, измеряющий температуру, и изменяющий напряжение Б-Э так, чтобы ток изменился в другую сторону.
Как меняется ток - датчику неизвестно. Точная компенсация может быть только если регулировочная характеристика точно обратная.

А вот её-то никто и не настраивает. Отсюда исходный вопрос...

Только что, Ulis сказал:

В симуле покажете изменения ...

В симуляторе при изменении температуры видно, как датчик компенсирует изменение тока. И получается, что абсолютно не настроен. Ток изменяется на порядок.
Задача-то у схемы - стабилизировать ток покоя (по крайней мере, я так понимаю) при изменении температуры.

[Ulis]

1 минуту назад, Lexter сказал:

ток покоя не должен изменяться.

Для этого крутизна должны совпадать идеально.

 

2 минуты назад, Lexter сказал:

чтобы ток изменился в другую сторону.

Так ток все таки меняется?

[Lexter]

1 минуту назад, Ulis сказал:

Так ток все таки меняется?

Не придирайтесь. Конечно речь про компенсацию.

Транзистор в одну сторону тянет, датчик - в другую.

[Ulis]

7 минут назад, Lexter сказал:

что есть регулировка температуры.

Это следствие стабильного тока. 
В общем об одном и том же разными словами.
Температура зависит от тока. Ток вгоняется в окно регулирования BIAS.
Следствие точного регулирования тока - интегральная температура.
Что не так то? ))
 

Что бы дальше не переливать - покажите в симуле крутизну для датчика и выходника, как Вы это видите.

Edited March 19 by Ulis