Push-Pull-Leistungsverstärker auf komplementären Darlingtons

Ich beschloss, einen Leistungs-DC-Verstärker zu machen. Ich habe das komplementäre Darlington-Paar TIP142 und TIP147 verwendet. Auch TL082 wird für negatives Feedback verwendet. Das Schema ist wie folgt:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich habe ein 100-kHz-Sinussignal gegeben und unter dem Oszilloskop bemerkte ich die Übergangsverzerrung. Es scheint, dass der Operationsverstärker zu langsam ist, um die "Totzone" von ± 1,4 V zu kompensieren (Verzerrung auf dem Oszilloskop oben).

Dann entschied ich mich, Darlingtons-Basen mit vier 1n4148-Dioden wie folgt vorzuspannen:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Leider ist TIP147 nach 5 Sekunden explodiert, obwohl Transistoren auf einem Kühlkörper montiert waren und der Spaß war vorbei. :D

Ich habe darüber nachgedacht, was eigentlich schief gelaufen ist. Ich vermute das:

  1. Ich habe Dioden nicht auf denselben Kühlkörper wie Darlingtons gesetzt. Folglich fiel die BE-Spannung unter die Diodenvorspannung.
  2. In Horowitz' "The Art of Electronics" habe ich gelesen, wenn wir Emitterwiderstände verwenden, dann reicht die Vorspannung von vier Dioden nicht aus.

Ich würde wissen, ob meine Schlussfolgerungen richtig sind und wie ich die Crossover-Verzerrung effektiv beseitigen kann.

Stecken Sie bei der Verwendung dieser TIP147 fest? Könnte jemand einen radikal anderen Weg vorschlagen, um dies zu tun, wenn er "die Übergangsverzerrung effektiv beseitigt"? Was sind Ihre Einschränkungen hier?? Scheint mir im Moment sehr, sehr weit offen zu sein. Und ja, wenn die Dioden kalt gehalten werden und sich die TIP147 stark erwärmen, werden ihre eigenen internen Vbe-Abfälle radikal schrumpfen und Ihr Ruhestrom der Klasse AB steigt wie eine Rakete. (Selbst wenn Sie es richtig gemacht haben, um zu beginnen.)
Übrigens, Ihre Schienen (in Übereinstimmung mit a 1 Ω Last) sind ungefähr das, was für a zu erwarten ist 100 W (Effektivspannungen) Verstärker! Sind Sie im Ernst?
Meine Einschränkungen sind, den Schaltplan nicht sehr kompliziert zu halten (ich bin neu in der Elektronik), also habe ich mich entschieden, diese Tipps zu verwenden. Es bietet eine hohe Verstärkung. Das nächste Mal werde ich die Spannung auf den Schienen verringern. Ich bin daran interessiert, wie ich Verzerrungen reduzieren und bei diesem TIP-Paar bleiben kann.
Welche Lasten? meinst du das ernst 100 kHz (oder mehr) für eine Betriebsfrequenz? Welche Spitzenspannung muss in die Last geliefert werden? Welche Kühlkörper verwendest du? (Der TIP147 selbst kann nur etwa 3 W an die Luft abgeben. Ich weiß, dass Sie Kühlkörper verwenden. Aber das sagt mir NICHTS darüber, was diese TIP147 WIRKLICH verarbeiten können.) Muss es bei Gleichstrom arbeiten? Oder darf ich Ihnen etwas zeigen, das bis 100 Hz funktioniert und 1 mW in eine Last meiner Wahl liefert? Kurz gesagt ... schreiben Sie mehr!
Für mich klingt es so, als sollten Sie sich darauf konzentrieren, das, was Sie haben, besser funktionieren zu lassen und die Übergangsverzerrung zu reduzieren. Um dies zu tun, erleichtern Sie Ihre Last VIEL, damit sich die TIP147 nicht stark erwärmen. Die Schienen sind in Ordnung, wenn Sie sie nicht dazu zwingen, schreckliche Mengen an Energie zu verbrauchen. Letztendlich möchten Sie möglicherweise einen Vbe-Multiplikator mit früher Spannungskompensation anstelle der Dioden verwenden und den Vbe-Multiplikator BJT thermisch mit dem Ausgangskühlkörper koppeln. Auch damit gibt es Probleme, nicht zuletzt die thermischen Verzögerungen und der thermische Offset. Aber man kann daran arbeiten, um sich Wissen anzueignen.
Vielleicht sind 100 kHz übertrieben, aber ich habe die Fähigkeiten meines Verstärkers getestet und eine Verzerrung festgestellt, die auch bei 10 kHz sichtbar ist. Ich möchte diese Verzerrung reduzieren. Es braucht Gleichstrom, weil ich einen Verstärker mit Schrittmotor mit Mikroschritt (gestuftes sinusähnliches Signal) testen möchte. Ich weiß noch nicht, was die Zielspitzenspannung ist. Hier ist die Schaltung mit ATX-Heat-Sing: i.imgur.com/CXpNz4y.jpg Sie ist zu klein, aber sie hat gut funktioniert, bevor ich Vorspannungsdioden hinzugefügt habe. Ich verstehe nicht, warum die Temperatur "wie eine Rakete" durchgeht. Wenn ich diese Dioden auf einen gemeinsamen Kühler stecke, wird das mein Problem lösen?
Ich weiß, dass es dedizierte PWM-Treiber für Schrittmotoren gibt, aber ich experimentiere nur.
(Sie stecken die Verkabelung für eine 100-W-Leistungsendstufe? Wow! Außerdem kann ich Ihnen bei der Leistungsschätzung anhand eines Bildes eines Kühlkörpers nicht helfen. Sie müssen also einfach damit leben und lernen, nehme ich an. ) Das Diodenproblem ist einfach. Die TIP147 BE-Übergänge werden heiß und ihre Vbe (bei gleichem Ic) verringert sich um so viel wie − 2.4 mV ∘ C . Aber die Dioden ändern sich nicht - sie sind kalt. Angenommen, Sie haben 2,8 V über den Dioden. Das ändert sich nicht. Aber die TIP147s brauchen jetzt nur noch 2,3 V, da sie heiß sind. Sehen Sie die Auswirkungen auf die Ruheströme?
Können Sie Transistoren mit internen Dioden verwenden, die von den Darlingtons isoliert sind, sodass die thermische Tracking-Zeitkonstante Millisekunden statt Sekunden beträgt? 1 Meter sind 11.400 Sekunden; 0,1 Meter sind 114 Sekunden; 1 cm sind 1,14 Sekunden; auf einem gemeinsam genutzten Paddel/Ebene/Substrat entspricht 1 mm 0,014 Sekunden; Auf demselben Substrat mit der in eine Kerbe der Leistungstransistorstreifen eingebetteten Sensordiode in einem Abstand von 0,1 mm beträgt Tau 0,000014 Sekunden.

Antworten (4)

Vier Dioden liefern eine zu starke Vorspannung. Zusammen mit dem positiven Temperaturkoeffizienten der Ausgangstransistoren und dem Fehlen einer thermischen Kopplung ist das Ergebnis leider zu erwarten.

Eine Option ist die Verwendung von drei Dioden, aber die Schaltung ist immer noch thermisch instabil, bis sich Dioden auf dem Kühlkörper befinden, und sie hat eine geringere, aber immer noch sehr hohe Übergangsverzerrung.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Bessere Lösung ist die Verwendung von Transistoren. Es muss auf demselben Kühlkörper montiert werden, vorzugsweise auf einem Darlington. Der Ruhestrom sollte auf ca. 20mA eingestellt werden (mit maximalem Widerstand beginnen, mV am Emitterwiderstand messen).

Bei 1 hast du Recht. Die Dioden sind wirklich Temperatursensoren.

Bei 2 hängt die Antwort von Ihrer Definition von "ausreichend" ab. Im Allgemeinen möchten Sie im Vorspannungsabschnitt die gleiche Anzahl von pn-Übergängen haben. Da der Ruhestrom typischerweise im mA-Bereich klein ist, spielt der Emitterwiderstand keine Rolle.

In Ihrem Fall denke ich, dass Problem 1 ein weitaus größerer Treiber ist. Eine unzureichende Vorspannung hätte Sie gerettet, wenn alles andere gleich wäre.

Übrigens, Schwingungen töten oft auch Verstärker. Behalten Sie das also im Auge.

Da Ihre Schiene unsymmetrisch ist, benötigen Sie einen Kondensator am Ausgang, um Gleichstrom zu blockieren.

Ich verwende symmetrische +/- 17-V-Schienen wie in den beigefügten Schaltplänen. Ich möchte DC nicht blockieren. Es sollte auch die Gleichspannung verstärken. Meinten Sie Schwingungen aufgrund negativer Rückkopplung?
Ja. Überprüfen Sie, ob Ihr Operationsverstärker stabil ist.
Ich würde auch eine der Dioden kurzschließen (irgendjemand) und den Leerlaufstrom messen. Wenn Sie vier Dioden behalten möchten, erhöhen Sie die Emitterwiderstände auf etwas Größeres, z. B. 0,47 oder sogar 1R.
Eine andere Alternative besteht darin, einen kleinen Topf parallel zu oder zwei der Dioden zu schalten. 110R für 1 Diode oder 220R für zwei, um die Vorspannung zu steuern. Überwachen Sie während des Tests die Spannung an diesen Emitterwiderständen.
Wenn ich die Last erhöhe, erhalte ich diese Artefakte: i.imgur.com/oUkyoGr.jpg Ist es das, wovon du sprichst? Ich weiß, das ist ein bisschen offtop, aber gibt es eine Lösung, um diese Schwingungen zu beseitigen?
Ich möchte nicht alle Dioden behalten. Ich habe gerade etwas über den einstellbaren VBE-Multiplikator gelesen. Kann ich stattdessen vier Dioden verwenden? Aber wo soll ich in diesem Fall die Ausgabe von Opamp platzieren? Zuvor habe ich es symmetrisch zwischen Dioden gelegt.
Es spielt keine Rolle, wo es sich befindet: Der Operationsverstärker gibt den richtigen DC-Offset aus, um sicherzustellen, dass der Ausgang um 0 V herum zentriert ist.
Ich habe VBE-Multiplikator anstelle von Dioden eingesetzt: i.imgur.com/SGD9nsx.png Aber auf Schaltplänen hatten wir normalerweise auch eine Stromquelle im Multiplikatorzweig und unser Signal wurde durch den Transistor geleitet. 1. Ist diese Stromquelle notwendig, weil dieser Transistor in der A-Klasse arbeitet oder wegen des Multiplikators selbst? Oder gibt es vielleicht einen anderen Grund? 2. Wird der Transistor benötigt, falls ich einen Operationsverstärker verwende? 3. Ich lege das Signal direkt auf Q1, wird die Basis von Q2 korrekt angesteuert?
> A-Klasse ... werfen Sie einen Blick auf das Datenblatt und insbesondere auf die Soa- / Derating-Kurven und sehen Sie, was Sie aus einem Paar von Geräten wie dem in Klasse A herausholen können. Übrigens, die Art und Weise, wie Sie Ihren VBE-Multiplikator konstruiert haben, ist sehr gefährlich: Was ist, wenn der Wischer aufgeht?

Platzieren Sie eine 1-Mikrofarad-Keramikkappe zwischen den Darlington-Basen und suchen Sie nach einer Verbesserung der Wellenform auf dem Oszilloskop. Diese Verbesserung sollte beispielsweise bei 20 kHz besser sichtbar sein. Dies liegt daran, dass die Schleifenverstärkung insbesondere bei Operationsverstärkern mit der Frequenz abnimmt. Erhöhen Sie den Wert der Emitterwiderstände. Eine Faustregel lautet bis zu 10% des Lastwiderstands. Es ist ein Kompromiss zwischen Ausgangsschwingung und thermischer Stabilität. Ihre Diodenschaltung ist angemessen, aber die thermische Kopplung sollte angegangen werden. Was ich getan habe, ist, meine eigenen Dioden aus TO126-Transistoren wie BD139 oder was auch immer praktisch ist, herzustellen. Das Anschrauben an denselben Kühlkörper hat zu zuverlässigen Audioverstärkern geführt, die gut in Klasse A funktionieren. Ich habe Ich habe die Basis an den Kollektor gebunden, um eine Diode herzustellen. Außerdem habe ich sie mit BE- und BC-Widerständen aufgebockt, die einen VBE-Multiplikator bilden. Ich habe diesen VBE-Multiplikator namens Rubber Diode gesehen. Die 1-Mikrofon-Kappe ist immer noch genauso nützlich. Der Schlüssel hier ist, dass der thermische Widerstand des TO126-Gehäuses zum Kühlkörper im Vergleich zu Ihrem 4148 oder BC547 anderer Leute sehr gering ist. Es macht wenig Sinn, ausgefallene Vorspannungsschaltungen zu entwerfen, bevor Ihre thermische Impedanz behandelt wird.

Vielen Dank für die Antwort, aber ich werde alle Dioden durch den Vbe-Multiplikator ersetzen. Vorteil dieser Lösung ist nur ein zusätzlicher Transistor (zB BD139) auf einem gemeinsamen Kühlkörper und die Möglichkeit auch einen Ruhestrom einzustellen. Sind Ihre Tipps mit dieser Modifikation noch kompatibel? Wenn ja, könnten Sie dann erklären, wie eine 1-uF-Keramikkappe die Parameter des Verstärkers verbessern kann? Kondensator zwischen Basen scheint etwas anderes als Bootstrapping zu sein.

Versuchen Sie, BJT-Transistoren zu vermeiden, da BJT einen großen Kollektor-Emitter-Widerstand (CE (on)) hat. in Hochstromanwendungen verlieren sie mehr Leistung und erhitzen sich stark. Probieren Sie MOSFETs aus, da sein (RDS (on)) sehr niedrig ist. Transistoren sind stromgesteuerte Geräte und MOSFETs sind spannungsgesteuerte Geräte. Versuchen Sie diese SchaltungGeben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Push-Pull-Leistungsverstärker auf komplementären Darlingtons
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