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Thema: Kleine Qualitätsendstufe aus Elektor 5/97
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Thomas Scherer
1080 Beiträge
 Elektor-Experte
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21-10-2011 21:57
Tja, merkwürden, merkwürden.
Der 101er sollte tatsächlich in Schaltung 1 tun.
Sehr seltsam.
So einen Fehler habe ich noch nie gesehen.
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scp
20 Beiträge
 Neuer Benutzer
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21-10-2011 23:47
"toomuchcoffee23"Wegen des Aufdrucks habe ich das Foto unten gemacht, für mich sieht das völlig normal aus.
Auf den ersten Blick ja, aber es irritiert mich doch etwas:
Sofern man das auf dem Foto erkennen kann, unterscheiden sich die beiden Transistoren (201 vs 101) durch
- die Laserfonts (eckig und mit Unterbrechungen vs. glatt und durchgehend) und die Position ist verschoben
- das Plastikgehäuse (matte große Auswerferlöcher vs. glänzende kleinere)
- Stanzung der Beine (abgerundet vs. kürzer und kantiger)
Andererseits tragen beide die gleiche Herstellungsmarkierung " '4L ", was bei DEN Unterschieden eigentlich nicht zu erwarten wäre. Muß aber nichts bedeuten.
Wenn der zweite 101er in der zweiten Endstufe aber genauso aussieht und auch das gleiche Verhalten zeigt, dann ... hast Du wohl im Lotto gewonnen.
Beitrag editiert von scp
am 21-10-2011 23:47 Beitrag editiert von scp
am 21-10-2011 23:57 Beitrag editiert von scp
am 21-10-2011 23:58
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guthorst
108 Beiträge
 Stammgast
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28-10-2011 13:53
Hallo,
Du hast laut erstem Beitrag 1,01V über T14 gemessen.
Unter dieser Bedingung können eigentlich bei voll bestückter Endstufe T15/T16 gar nicht leitend sein, und damit auch T17/T18 nicht leitend.
T15/T16 können zumindest nicht gleichzeitig leitend sein. Ein einzelner schon - über R29 nach Masse. Daher können auch T17/T18 nicht gleichzeitig leitend sein.
Wenn aber T17/T18 nicht gleichzeitig leiten können, dann dürfen auch keine 1,5A fließen können. Höchstens 300mA - durch R29/R30.
Die Kombination aus T15/T16/T17/T18 inclusive der herumliegenden Widerstände ist aber eine eigene, rückgekoppelte Verstärkerstufe mit Verstärkungsfaktor 2. Hier würde ich eigentlich keinen unplausiblen Zustand erwarten - zumindest nicht diesen hohen Ruhestrom.
Wenn Du den Verstärker OHNE die IGBTs testen willst, solltest Du R29 entfernen. Aber auch mit IGBTs funktioniert der Verstärker auch ohne R29 - er ist lediglich nicht so hoch aussteuerbar, die Ausgangs- und Treiberstufe hat dann nur einen Verstärkungsfaktor etwas unter 1.
Selektierung von T1/T2 ist erstmal überflüssig. Dies hat so gut wie keinen Einfluß. Es hat lediglich Einfluß auf den Basisstrom beider Transistoren und damit den Eingangs-Offset (die Spannung, wo man über R2 mißt). Gleiche LEDs, und dadurch gleiche Ströme sind jedoch wichtig.
IC3 würd ich auch erstmal weglassen. Hat keinen Einfluß auf die Funktion des Verstärkers, sondern optimiert nur den Offset um die letzten hundert Millivolt.
Bist Du sicher, daß nirgendswo eine Leiterbahnunterbrechung oder eine Lötbrücke ist? (Würd ich eigentlich ausschließen, wenn beide Endstufen das gleiche schlechte Verhalten zeigen).
T12/T13 ist eine einfache Kaskodenschaltung für die Transistoren T9/T10. Hier muß nichts selektiert werden.
Es geht ja wohl erstmal darum, Deine aufgebauten Endstufen zum Laufen zu bringen. Das Schaltbild enthält jedenfalls keine Fehler (es ist glaub ich auch auf Elektors "Audio Collection CD 1" enthalten). Wenn alles funktioniert, und hinten kommt die Musik raus, die man vorne reingibt, dann kann man anfangen zu optimieren. Und dazu können auch Bauteilselektionen zählen. Obwohl - so richtig viel Qualität kann man von dieser Schaltung nicht erwarten. IGBTs sind nicht gerade für geringe Verzerrungen bekannt. Aber zum Üben ist die Schaltung gut.
Gruß,
Guthorst
Beitrag editiert von guthorst
am 28-10-2011 14:06
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toomuchcoffee23
49 Beiträge
 Seltener Benutzer
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23-12-2011 12:13
Hallo zusammen,
inzwischen hat sich einiges geklärt. Über Ebay habe ich mir zwei GT20D101 aus China bestellt. Die verhielten sich im Test wie erwartet und nach Einbau verhielt sich die Stromaufnahme normal, d.h. fast so niedrig wie vorher bei P1 am linken Anschlag.
Danach ging es Ruhestromeinstellung und Endmontage. Beim Ruhestrom hatte ich das Problem, dass der zu kitzelig einzustellen war, d.h. eine kaum merkliche Bewegung am Poti bewirkte eine große Änderung des Stroms. Deswegen habe ich auf Spindelpotis umgebaut.
Nach Endmontage wollte ich den Ruhestrom wie im Artikel beschrieben einstellen. Also bekam jeder Kanal ein Multimeter zur Anzeige. Auffällig war, dass die Stöme nach kurzer Zeit (= offenbar mit Erwärmung) stark zurückgehen. Nach einer halben Stunde immer wieder nachstellen dachte ich, alles wäre erledigt. Als ich am nächsten Tag wieder eingeschaltet habe, habe ich gerade noch rechtzeitig gerochen, dass da etwas sehr heiß wird und abgeschaltet. Die Ströme müssen mehrere A betragen haben, jedenfalls zeigten die Multimeter >1V statt 88mV! Also Potis wieder heruntergedreht, willkürlich auf 35mV eingestellt (entspricht ca. 160mA). Probehören mit Signal zeigte keine Auffälligkeiten, Möglichkeiten zum Klirrfaktor messen habe ich nicht. Klar ist nur, dass mit einem deutlich geringeren Ruhestrom nicht die im Artikel angegebenen Messwerte erreicht werden...
Fällt Euch dazu etwas ein?
Grüße,
Klaus
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guthorst
108 Beiträge
 Stammgast
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26-12-2011 23:28
ja, China ist die falsche Herkunftsadresse für Original-"GT20D101"-IGBTs.
Ein Problem könnte sein, daß Toshiba (das ist ne japanische Firma) diese seit zehn Jahren nicht mehr herstellt (und von wem stammen wohl Deine China-Plagiate?). Es ist aber leicht, vergleichbare und für diesen Anwendungszweck geeignete Ersatztypen zu finden.
Daß der Ruhestrom so empfindlich auf die Gatespannung reagiert, ist unlogisch. Schau Dir mal im Datenblatt die
I_C - V_CE,
I_C - V_GE und
Y_fe - I_C
-Diagramme an. Einige Millivolt Gate-Emitter-Spannungsschwankung machen noch nicht viel Kollektorstromänderung aus.
Falls
Gruß,
Guthorst
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toomuchcoffee23
49 Beiträge
 Seltener Benutzer
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27-12-2011 13:07
Hallo Guthorst,
dann sieht es also ganz danach aus, dass ich immer nicht nicht die richtigen IGBTs habe. Andere Bezugsquellen, bei denen ich mir wirklich sicher sein kann, habe ich bislang noch nicht gefunden.
Hast Du einen Vorschlag für geeignete Ersatztypen aus laufender Produktion?
Grüße,
Klaus
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Thomas Scherer
1080 Beiträge
 Elektor-Experte
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28-12-2011 00:34
Also ich glaube nicht, dass das mit anderen IGBTs anders wird.
Grund hierfür: Mit den MJEs sind die Endtransistoren zu einem Komplementärdarlington verschaltet. Der Ruhestrom bzw. seine Drift hängt also nur von UBE von T15 und T16 - nicht aber von UGE von T17 und T18 ab. Wenn T14 thermisch gekoppelt mit T15 und T16 ist (also auf dem gleichen Kühlkörper), dann müsste der Ruhestrom recht stabil sein. Das Gleichgewicht stellt sich aber erst recht langsam ein, braucht also Minuten statt Sekunden.
Demnach: Ruhestrom bei Raumtemperatur einstellen, 10 Minuten warten, korrigieren, ausschalten, Kühlkörper mit Lampe auf 50°C erhöhen (messen) und 10 Minuten warten (ohne dass der KK wesentlich abkühlt) und dann nochmals den Ruhestrom messen. Er sollte sich nicht viel mehr als 20% ändern.
Der Ruhestrom müsste leichter einstellbar sein, wenn R26 = 1k5 und P1 = 500Ω ist.
Beitrag editiert von Thomas Scherer
am 28-12-2011 00:39
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toomuchcoffee23
49 Beiträge
 Seltener Benutzer
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29-12-2011 12:28
Vielen Dank für die ausführliche Erklärung! Die langsame Einstellung des Gleichgewichts lässt sich gut durch die Größe des Kühlkörpers erklären. Es dauert einfach bis das Alu zwischen den Transistoren warm wird.
Mit dem einstellen war ich aufgrund der genannten Erfahrung etwas vorsichtiger, ich habe zuerst den Ruhestrom im (fast) kalten Zustand hochgedreht (Messwert: 80 - 90mV). Dann habe ich gewartet. Nach einer guten halben Stunde pendelt sich der Wert auf 31mV (rechter Kanal) und 38mV (linker Kanal) ein. Nachgestellt habe ich nicht, da ich ja bereits weiß, dass dann im kalten Zustand die Ströme derart anwachsen, dass ich Schäden riskiere. Testweise habe ich die Temperatur mit einem Heissluftfön auf 40°C erhöht (am linken Kanal). Der Messwert ging auf 17mV zurück! Also leider nicht nur 20% Änderung. Anschließend habe ich alles über Nacht abkühlen lassen. Beim nächsten Einschalten ging lagen die Messwerte bei ca. 110 und 100 mV und fingen nach 20 - 30 Sekunden an zu fallen um dann wieder die oben genannten Werte zu erreichen. Was kann ich da machen?
Wenn ich die Platine nochmal ausbaue werde ich auch die Änderung von R26 und P1 ausprobieren.
Grüße,
Klaus

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Thomas Scherer
1080 Beiträge
 Elektor-Experte
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29-12-2011 17:34
Folglich überkompensiert T14 den negativen Temperaturgang der UBE von T15 + T16.
Meine Vermutung geht dahin, dass R27 der Schuldige ist. Berechnung:
Die Stromquellen T12/T13 lassen über T14 und damit R27 einen Strom von etwa 12,5mA fließen. An R27 fallen also konstant rund 0,27V ab, was wohl den Spannungsabfall über R31 + R35 kompensieren soll. Da aber liegt der Denkfehler des Schaltungsdesigners:
Die BE-Strecken von T15 und T16 weisen je einen (vereinfacht) Temperaturgang von -2mV/K auf. Macht zusammen -4mV/K, die T14 kompensieren sollte, damit der Ruhestrom stabil wird. T14 muss über Spannungsteiler so eingestellt werden, dass sich an der Verbindung R27/R25 eine Spannung von 2xUBE + R27 + R32 + R35 ergibt. Nimmt man 1 UBE idealisiert zu 0,65V an, dann ergibt sich also 1,3V + 0,27V + 0,135V + 0,135V = 1,84V.
P1 muss demnach so eingestellt werden, dass die "Verstärkung" der UBE von T14 exakt die 1,84V ergibt an der Verbindung R27/R25. Die Verstärkung ist also 1,84V / 0,65V = 2,83!!!
Mit dieser Verstärkung wird auch der Temperaturgang von UBE von T14 verstärkt. Folglich hat die Spannung UCE von T14 einen Temperaturgang von -2mV/K * 2,83 = -5,56mV/K. Zieht man nun die -4mV/K von T15 + T16 ab, dann resultiert ein totaler Temperaturgang der Ruhestromeinstellung von -1,56mV/K
Das passt sehr gut zu Deinen Messungen und das darf NICHT sein!
Nun zur Abhilfe: Würde man R27 einfach durch eine Drahtbrücke ersetzen, dann wäre der Temperaturgang schon besser, denn er würde sich auf -0,78mV/K halbieren.
Wirklich komplett kompensiert würde der Temperaturgang allerdings nur bei einer Schaltungsänderung sein.
Mit der Änderung wäre der temperaturgang rechnerisch exakt 0,0mV/K, da T14 jetzt auf eine Verstärkung von 2xUBE eingestellt wird und der Spannungsabfall über R32 und R35 jetzt tatsächlich durch R27 kompensiert wird.
Ich persönlich würde allerdings keine volle Kompensation machen, um Dirft aufgrund von Exemplarstreuungen zu begegnen. Aus diesem Grund würde ich R27 mit 15Ω dimensionieren, was etwa noch -0,2mV/K an negativem Temperaturgang übrig lässt, sodass der Ruhestrom selbst bei wiedrigen Umständen nicht davonlaufen kann.
Es wäre nett, wenn Du berichten würdest, ob ich mit meinen Rechnungen richtig liege in der Praxis. Ich würde ja glatt ne Flasche Sekt für verwetten

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toomuchcoffee23
49 Beiträge
 Seltener Benutzer
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30-12-2011 17:30
Erst mal vielen Dank für Deine Mühe vorweg!
Ich habe die Änderung gerade ausprobiert, die Umsetzung siehe Foto. Den Basis- Anschluss von T15 habe ich durchgekniffen und hochgebogen, er ist jetzt per "Freileitung" mit dem anderen Ende R27 als vorher verbunden. Ebenso liegt R25 (der jetzt auf einem Bein steht) nun am anderen Ende von R27. Letzteren habe ich gegen 15Ω getauscht.
Nach dem einschalten gingen die beiden Labornetzteile, auf die ich sicherheitshalber umgestiegen bin, in die Strombegrenzung (2A hatte ich eingestellt). Auch herunterdrehen von P1 half nichts. Um auszuschließen, dass ich mir die falschen Punkte auf der Platine gesucht habe, habe ich als nächstes die beiden Drähte an R27 getauscht. Damit sollte der Ursprungszustand (bis auf den Wert von R27) wieder hergestellt sein. Nach einschalten war wieder alles wie vorher, wobei der Drift wahrscheinlich etwas geringer war. Zum Ausschluß von Lötfehlern habe ich nochmal zurückgetauscht und kam zum gleichen Ergebnis wie vorher.
Könntest Du vielleicht nochmal nachschauen?
Den Temperaturgang in den Griff zu bekommen wäre mir selbstverständlich die Flasche Sekt wert...

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