Probleme bei der Gegentaktvorspannung

Ich versuche, einen Push-Pull-Audioverstärker mit einem Paar Power-Darlingtons (TIP142 und TIP147) herzustellen, aber ich habe Probleme mit der Vorspannung.

Hier ist das Diagramm einer seiner Konfigurationen:

Gegentaktverstärker

Hier verwende ich 3 Dioden, aber ich habe an ihrer Stelle verschiedene Dinge verwendet, um zu versuchen, die richtige Vorspannung zu erhalten.

Bei einer Vorspannung von weniger als 2,2 V (zwischen den Basen der Transistoren) tritt eine Übergangsverzerrung auf, da kleine Teile des Signals vorhanden sind, in denen keine leiten.

Mit 2,2 V oder mehr leiten beide immer und es gibt keine Verzerrungen mehr, aber es gibt ein Problem: Der Strom, der zwischen ihnen fließt, eskaliert schnell, wenn sie sich erhitzen, bis sie Feuer fangen (da der Anlaufstrom nicht einmal so groß ist und Sie befinden sich auf einem sehr großen Kühlkörper, der Kühlkörper hat nicht einmal Zeit zum Aufheizen, so schnell passiert das). Sie sind nur bei Vorspannungen unter 2,1 V stabil, wo es zu Verzerrungen kommt.

Die einzigen Komponenten, die sich hier erwärmen, sind die Ausgangstransistoren, die ich überprüft habe, und keiner der Widerstände oder Dioden erwärmt sich.

Ich habe überprüft, ob eine negative Rückkopplung helfen könnte, aber das tat es nicht, da sich die Spannung am Ausgang nicht ändert, wenn der durch sie fließende Strom eskaliert (beide leiten immer mehr, aber gleich, als ob jemand zunimmt die Vorspannung).

Wenn Sie außerdem auf der Basis des Transistors, der die TIPs ansteuert, feststellen, werden Sie ein 47k-Potentiometer bemerken, das ich verwende, um sicherzustellen, dass beide gleich leiten, wenn kein Signal vorhanden ist (so dass der Ausgang auf 0 V ruht).

Aber irgendwie ist dies genau der Punkt, an dem es mehr Verzerrungen gibt. Wenn ich einen von ihnen etwas mehr leite als den anderen (in gewisser Weise ruht der Ausgang nicht bei 0 V, sondern bei etwa 1,2 V), dann gibt es keine oder weniger Verzerrungen.

In den Simulationen in MultiSim treten diese Probleme nicht auf, es zeigt keine Verzerrung, wenn es richtig vorgespannt ist, aber in Wirklichkeit habe ich entweder Verzerrung oder eine sehr große Instabilität.

Ich weiß, dass ich zwei Widerstände zwischen ihre Emitter schalten könnte, um den Strom zu begrenzen, aber die Last (mein Lautsprecher) beträgt 4 Ohm, selbst 1-Ohm-Widerstände würden einen großen Verlust erzeugen.

Also, kann mir jemand helfen?

Danke!

Besser noch, Stark verzerrter Ausgang eines Leistungsverstärkers der Klasse B erklärt, warum Darlington-Ausgangstransistoren im Allgemeinen keine gute Idee sind.

Antworten (2)

Emitterwiderstände an den Darlingtons helfen, das Vorspannungsproblem zu "mildern". Wie Sie festgestellt haben, ist ein Ohm zu viel - sie verbrauchen zu viel Ihrer verfügbaren Leistung.

Diese Darlingtons in die Klasse AB zu drängen, ist schwierig. Selbst wenn Sie eine 2,8-Volt-Batterie finden könnten, um Ihre Reihendiodenkette zu ersetzen, besteht bei den Darlingtons die Gefahr eines thermischen Durchgehens.
Q3 (unten) bildet zusammen mit D1, D2 und dem variablen Widerstand R3 eine nahezu konstante Spannungsquelle von etwa 2,8 V. Sie können seine Spannung mit dem variablen Widerstand variieren.
Um dem Problem des thermischen Durchgehens entgegenzuwirken, kann Q3 thermisch an den Kühlkörper gebunden werden, wo Q1, Q2 sitzen.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Dies ist so nah an realen Designs, wie ich gesehen habe. R3 ist sehr wichtig, da R3 beim ersten Bau oder bei der Reparatur auf etwa 50 mA Leerlaufstrom eingestellt ist. Nach zehn Minuten Aufwärmphase mit Musik wird es erneut angepasst, um das thermische Durchgehen zu berücksichtigen. Es ist diese zweite Einstellung, die die Verzerrung niedrig hält, aber thermisches Durchgehen vermeidet. Ein Diodenbaum allein wird nicht funktionieren.

Wenn Sie einen Klasse-AB-Verstärker mit BJTs herstellen, müssen Sie Emitterwiderstände einbeziehen. Wenn Sie dies nicht tun, erwärmen sich die Ausgangstransistoren v B E sinkt und der Strom steigt, was dazu führt, dass sie sich mehr erwärmen usw. Dies wird als thermisches Durchgehen bezeichnet.

Anstelle Ihrer drei Dioden wird die Vorspannung normalerweise mit einem Transistor als a bereitgestellt v B E Multiplikator. Dann wird dieser Transistor an den Kühlkörper angeschlossen, um ihn auf der gleichen Temperatur wie die Ausgangstransistoren zu halten:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Hier hält Q1 v C E = v B E ⋅ R 1 + R 2 R 2 = 4.33 v B E . Vorausgesetzt v B E für Q2 und Q3 ist das gleiche wie für Q1, dies geht 0,33 v B E über Re1, Re2 für einen Ruhestrom ICH Q = 0,33 v B E 200 M Ω ≈ 1 A (bei Raumtemperatur).

Beachten Sie, dass der Versuch, sowohl Iq als auch Re1,2 klein zu machen, riskant ist, da Widerstandstoleranzen und Unterschiede in den Transistoren auftreten v B E Aufgrund unterschiedlicher Basisströme oder -eigenschaften weichen Sie vom „idealen“ Vce(Q1) = 4*Vbe ab.

Ist 1 A nicht viel zu hoch für einen Ruhestrom? Ich sehe oft Klasse-AB-Verstärker, die bei einer 4-Ohm-Last und einer +-24-V-Stromquelle Leistungen wie 50 bis 60 W RMS ausgeben können, und ihr Ruhestrom ist viel niedriger als dieser. Meine andere Sorge betrifft die Geschwindigkeit des Thermal Runaway. Es geschieht in nur wenigen Sekunden (etwa 10 Sekunden), und mein Kühlkörper ist so groß und so dick (Wärme hat auch eine beträchtliche Dicke, um sich auszubreiten), dass Sie in 2 cm Entfernung vom Transistor kaum eine Erwärmung des Metalls spüren. Ich frage mich, ob Q1 Zeit haben wird, sich aufzuwärmen und sie einzuholen.
"Ist 1 A nicht viel zu hoch für einen Ruhestrom?" Ja. Die Mathematik war so einfach einfacher >_>.
"Sollte ich nicht auch einen TIP 142 als Q1 verwenden, damit Q1 dieselbe VBE hat?" Dies ist nicht erforderlich, da es aufgrund unterschiedlicher Basisströme viel weniger signifikant ist als die Fehlanpassung (Sie würden auch ein Verhältnis von 2 und nicht von 4 verwenden). @ user2934303
Re: Thermisches Durchgehen. Die Emitterwiderstände werden benötigt, um ein thermisches Durchgehen zu verhindern. Q1 hilft, aber wie Sie vermutet haben, kann es nicht schnell genug reagieren und es hat auch die gleiche Temperatur wie der Kühlkörper, nicht die Verbindung von Q2 / 3.
Ist dieses Problem mit MOSFETs anstelle von BJTs in der Ausgangsstufe einfacher zu lösen?
Es hängt davon ab, ob. MOSFETs Rds(on) haben einen positiven Temperaturkoeffizienten, sodass sie dort kein thermisches Durchgehen erfahren, aber im Sättigungsmodus können sie einen negativen Temperaturkoeffizienten haben. Schlimmer noch, Leistungs-MOSFETs bestehen aus Tausenden von parallelen Zellen, sodass der Betrieb in diesem Bereich dazu führen kann, dass einzelne Zellen thermisch durchgehen. onsemi.com/pub/Collateral/AND8199-D.PDF
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