Термостабилизация УМЗЧ

[Kromder]

Возник вопрос о тепловой стабилизации выходных транзисторов и транзистора (или диода) определяющего начальное смещение (ток покоя) на базах составных транзисторов. Как я понял, что для выходных каскадов построенных по схеме Дарлингтона стабилизирующий элемент крепится к выходному транзистору. А в схеме Шиклаи - крепится к драйверу разгоняющему выходной транзистор, так как последний уже имеет ООС и его ток зависит только от тока драйвера. Поправьте меня если я что-то напутал.

[Старый Ржавый Электронщик]

ну во-первых, диод, создающий термостабилизацию, термостабилизировать не надо. А то эффекта термостабилизации не будет. Это всё равно что перевернуть закупоренную бутылку со свежим квасом и ждать, пока он выльется.
Схему Шиклаи я не знаю, поэтому схему прошу фстудию!
а вообще, термостабилизация для чего делается? Вот включен транзистор, через него течет ток покоя, а Джоуль и Ленц нам однажды сказали: если течет ток - значит будет греться. Значит, транзистор греется. Ну а если транзистор греется, у него уплывают параметры, какие - не знаю, я в усилителях не силен. Мож коэффициент усиления увеличивается... Транзистор разогревается еще больше, параметры уплывают еще больше, транзистор греется, параметры плывут... Трындец неизбежен. Для предотвращения оного вводят ту самую термостабилизацию, которая снижает ток базы транзистора для снижения тока покоя, когда транзистор начинает греться. Ну а чтоб схема термостабилизаци работала, надо чтоб она получала откуда-то инфу о разогреве транзистора. Для этого и крепится термодатчик (диод или другой транзистор) на корпус контролируемого транзистора или рядом с ним.
Ну а если ты датчик прилепишь к драйверу, какая тут стабилизация будет? драйвер ж не начинает греться от разогрева выходного транзюка?

[ИРБИС]

Вопрос слишком простой, чтобы объяснить в двух словах, но всё-таки попробую:

Суть термокомпенсации состоит в том, что уплывание параметров от температуры одного элемента компенсируется соотвествующим уплыванием параметров другого таким образом, чтобы основные параметры данного узла схемы оставались неизменными. Следовательно, оба элемента должны по возможности находится как можно в более одинаковых условиях, для чего их ставят как можно ближе друг к другу, закрепляют один на другом (или один на радиаторе другого) или даже объединяют в одном корпусе или кристалле.

В плане транзисторных схем в качестве термокомпенсирующего часто используется такой же самый транзистор в диодном включении, что обеспечивает близость изменения характеристик и соответственно – довольно высокую термостабильность. Есть и другие способы: от "железячных" до схемотехнических.

[Kromder]

Я может быть не совсем корректно выразился. Принцип термостабилизации я представляю и во всех устройствах рассмотренных мной драйверы выходных каскадов УМЗЧ чаще всего были без радиаторов, а термостабилизирующий транзистор (диод) крепился к радиатору выходных транзисторов. Наткнулся на следующий источник:
«Данилов А.А. - Прецизионные усилители низкой частоты (2004), с.113»
Цитата: "Выходная конфигурация комплементарного повторителя (КП) с ООС (иногда называемая «парой Шиклаи» - Sziklai pair) имеет существенные отличия в работе по сравнению с эмиттерным повторителем (ЭП), и все они проистекают от того, что оба транзистора охвачены последовательной ООС (в выходном каскаде на ЭП они охвачены обратной связью порознь). В комплементарном повторителе необходимо осуществлять тепловое слежение Uсм только за предоконечными транзисторами. Любые тепловые изменения параметров выходных транзисторов будут скомпенсированы местной ООС".
По сему следует вопрос, верно ли утверждение по поводу крепления термостабилизирующего транзистора к драйверам выходного каскада УМЗЧ или здесь условие, что драйверы находятся на одном радиаторе с выходными транзисторами. Тогда к чему вся писанина. Схему Шиклаи прилагаю.

[ИРБИС]

Вот это и есть схемотехнический приём: резисторы Rэ тому виной.

[Kromder]

То есть, как я понял, в данной схеме достаточно термостабилизировать драйверы выходных транзисторов и при этом будет не важно до какой температуры раскалятся выходные транзисторы, ток покоя будет на прежнем уровне?.

[ИРБИС]

Если выходные транзисторы раскалятся до температуры, превышающей их максимально допустимую, то их навестит маленькая толстенькая полярная лисичка мужеского полу. В описанном случае же происходит удержание параметров каскада (не транзистора!!!) за счет обратных связей в схеме каскада.

[Kromder]

Ну я и имею ввиду, что до того как нас почтит своим присутствием эта миленькая зверушка, параметры каскада (т.е. ток покоя) будут на прежнем уровне за счет обратной связи. У меня в голове не укладывается, достаточно ли поместить на радиатор драйвера термостабилизирующий транзистор, при том, что выходные транзисторы будут стоять на другом радиаторе. (Извините за назойливость.)

[ИРБИС]

Ну если на то пошло, то в каскодных схемах и схемах составных транзисторов, с которой по сути в данный момент мы имеем дело, нет понятий: "драйвер", "выходной" и т.п. В схемах составных транзисторов, все элементы, входящие в схему, работают как одно целое. Т.е. как ОДИН транзистор. Кстати, Rэ в стандартных схемах выходных каскадов часто как раз и образует термокомпенсирующую обратную связь. И ещё замечу: возможности термокомпенсирующих мер не безграничны: они обычно работают в разумных пределах. Далее надо уже что-то ещё придумывать. Один из способов подсказан в книге Артура Блоха "Закон Мерфи":

[Kromder]

Схема Шиклаи. Rэ не дает вырасти лавинообразно току коллектора из-за уменьшения напряжения база-эмиттер транзистора Т3 (увеличение температуры). Т1 при увеличении температуры еще сильнее открывает Т3. Таким образом в термостабилизации Т1 толку больше чем в Т3. Но Т1 нагревается как правило меньше, чем Т3. Вывод: ставить на один огромный радиатор все это хозяйство, охлаждать водой и наступит нам счастье. А взглянуть с научным подходом? Поставить небольшой радиатор на Т1 и прилепить на него транзистор термостабилизации, а на Т3 поставить радиатор по более и контролировать на нем температуру. Как-то так?

[ИРБИС]

Если научно, то надо вспомнить, что транзистор можно представить в виде 4-х полюсника, в котором в свою очередь будут сопротивления, проводимости, емкости, источники тока и т.д., все это от температуры будет плавать в разные стороны, а сама температура будет создаваться внешними условиями и нагревом элементов при протекании тока через них... В общем, придётся решать кучу систем уравнений с множеством неизвестных...

Но на наше счастье, в некоторых симуляторах уже есть анализ работы схемы при изменении температуры элементов, её составляющих.

[Kromder]

Симуляторы это хорошо. Буду какой-нибудь осваивать, что можете посоветовать? И еще, допустим, что все радиаторы подобраны правильно с учетом выделяемого тепла, присутствуют элементы термостабилизации. Все платы заключены в корпус. Какой максимальный дрейф тока покоя выходных каскадов допускается при изменении температуры транзисторов на 30 градусов (в плюс и в минус)? 30% - это много?

[ИРБИС]

[Kromder]

Из всего выше сказанного понял, что термостабилизация всего усилителя достигается путем сдвигания рабочей точки транзисторов в ту или иную сторону. Проверка на стабильность всех измеряемых параметров проводится при разных температурах внутри корпуса после длительного прогрева. При уплывании какого-либо параметра корректируем или номинал элемента, или схему. Внесет ли дополнительную стабильность резистор R (10-100 Ом) в эмиттерной цепи транзистора отвечающего за напряжение между базами выходных транзисторов? И еще, на сколько критично размещение транзисторов дифкаскада без теплового контакта друг с другом? Одни пишут стягивать термоусадкой через термопасту, другие, что и так пойдет. В отечественных усилителях применялись как транзисторы стоявшие просто рядом, так и транзисторные сборки (что-то вроде 159НТ или что-то в этом духе.)

[ИРБИС]

Тут ещё надо смотреть, что у нас что обогревает. Если транзисторы маломощные, т.е. стоящие в предварительных каскадах, в т.ч. и дифференциальные, то у нас на их температуру больше влияет температура окружающей среды, чем их собственный разогрев. Поэтому, достаточно их разместить рядом, даже без дополнительных мер по обеспечению теплового контаката между ними. Аналогично и их термокомпенсирующие элементы (диоды или такие же транзисторы в диодном включении, а то и терморезисторы). Мощные транзисторы выходных каскадов у нас уже сами достаточно раскочегариваются. Тут уже надо знать их температуру, чтобы принять соответствующие меры. С другой стороны, если мы подаем на них сигнал с какими-то нам известными характеристиками или стабильный, то мы можем судить о режиме данных транзисторов косвенно, т.е. не измеряя их температуру непосредственно. Вот здесь нам и помогают обратные связи, которые информацию о выходном сигнале подают на вход каскада, а там мы уже смотрим, что у нас не так и соответственно корректируем сигнал и т.д.

Испытания на температурную устойчивость стандартизированы. Помимо простого испытания при комнатной температуре, там ещё должны проводиться испытания при повышенной и пониженной температуре окружающей среды, влажности и т.д. Но любителю подобные испытания практически недоступны.

И ещё: температура внутри корпуса РЭА, на охладителях мощных тепловыделяющих элементах и т.д. распределяется довольно-таки неравномерно – это надо иметь в виду. Для оценки температуры внутри корпуса РЭА существуют специальные расчеты. Можно также проверить и практически: сейчас трудно найти мультиметр, не укомплектованный выносной термопарой. И, конечно, внимательно изучать температурные характеристики применяемых элементов. Часто вместо мудрённых цепей термокомпенсации достаточно заменить в данном месте схемы горячо любимый торговлей углеродистый резистор С1-4 (они самые дешевые, но продаются... ) на металлизированный С2-23 (это модернизированный МЛТ), конденсатор одного типа на другой и т.п.