Temperatuuronafhankelijke ruststroomregeling.

Voor- en Eindversterkers

Moderator: Beheerdersteam

Gebruikersavatar
mtb
Berichten: 1118
Lid geworden op: ma 29 dec 2008, 16:44
Locatie: Zoetermeer

Temperatuuronafhankelijke ruststroomregeling.

Berichtdoor mtb » do 31 mei 2018, 16:37

De ruststroom (Eng: quiescent-current: Iq) instelling is in transistorversterkers erg temperatuurafhankelijk, dit probleem is al in viewtopic.php?t=22214 besproken, dus lees dat eerst even door.
Jan Didden beschrijft dit probleem in Elektor van april 2008 (paX-versterker):
Maar het duurt even voordat de koelplaat de toename van de temperatuur heeft doorgegeven aan de bias-transistor, dus deze compensatielus reageert relatief langzaam, in de orde van grootte van seconden.
De eerste keer dat ik over ‘thermal memory’ las, was in een artikel van de Franse ontwerper (elektronica, geen mode) Hephaïstos [“Thermal Distortion – it exists, I’ve seen it”, L’Audiophile, nr. 32, May 1984].
Hij realiseerde zich dat de dissipatie in de uitgangstransistoren varieert met het niveau van de muziek. En dat die variaties veel sneller zijn dan die van de thermische terugkoppellus.
Op het moment dat er een fortissimo-signaal optreedt, zal de instelling door de plotseling toegenomen dissipatie van de eindtrap verlopen en pas weer enige tijd later naar de oorspronkelijke waarde terugkeren.
Een pianissimo signaal dat direct daarna komt, wordt dus weergegeven met een andere versterker-instelling. Hij noemde dit ‘thermische vervorming’.

Aan de hand van een simpel eindtrapje (ca. 2W5 enkel, in BTL 8W @4Ω) met goedkope transistors, zie je wat er gebeurt:
IQ.PNG

Ook grotere/duurdere A(B)-transistorversterkers zijn in principe meestal zo opgebouwd.
De temperatuur loopt van 25(groen) tot 100(cyaan)°C, links zie je dat de ruststroom gevaarlijk oploopt bij een vaste ruststroominstelling met P1, want er zit meekoppeling in: als de temperatuur stijgt, neemt de ruststroom toe, waardoor de temperatuur nog verder stijgt en daardoor de ruststroom en dus ook weer de temperatuur, enz, enz.
Rechts staat de gebruikelijke oplossing met een thermisch gekoppelde transistor T6 en deze regeling is stabiel, want de ruststroom neemt zelfs iets af bij hogere temperatuur.
Maar daar gaan enkele seconden overeen, zodat je toch thermische vervorming hebt!
Verder zie je aan de potmeterstand (w), dat de instelling nogal kritisch is, 1% verdraaiing geeft al een grote verandering in de ruststroom!
Dus het moet sneller/beter/slimmer:
IQS.PNG

Met een verschil-versterker rond IC1a zetten we de ruststroom door R6/7 om in een spanning Vq, die we vergelijken met een referentie-spanning Vr en bijsturen met de schakeling rond IC1b/T7/T8.
P1 is vervangen door een vaste weerstand van 39Ω en je ziet dat de stroom geleverd door T8 afneemt bij hogere temperaturen zodat de ruststroom (instelbaar met R14) op ca. 100mA blijft.
Bij langdurig (A)B-gebruik kan de regeling teveel terugregelen, waardoor je cross-over vervorming krijgt, maar dat is waarschijnlijk eenvoudig te compenseren, dus wordt vervolgd!
Je hebt niet voldoende permissies om de bijlagen van dit bericht te bekijken.
Hoeveel vermogen denk je eigenlijk nodig te hebben?, zie Audio Power LED.

MarcelvdG
Berichten: 606
Lid geworden op: do 31 jan 2013, 21:47
Locatie: Haarlem

Re: Temperatuuronafhankelijke ruststroomregeling.

Berichtdoor MarcelvdG » do 31 mei 2018, 23:39

Even wat opmerkingen:

1. In een later artikel kwam Jan Didden tot de conclusie dat het effect wel bestaat, maar meestal nogal meevalt. Ik vond dat erg jammer, want ik ben ook dol op versterkers die de ruststroom op een elegantere manier constant proberen te houden dan via een ruwe temperatuurcompensatie :(

2. Om de uitgangstrap in het vervormingsminimum te houden, heb je eigenlijk een stroom nodig die evenredig is met de absolute temperatuur, maar constant komt een aardig eind in de richting.

3. Er loopt hier een draadje over het automatisch instellen van de ruststroom van buizenversterkers, viewtopic.php?f=7&t=9507 . Hoewel lang niet alles op transistorversterkers van toepassing is, zijn twee dingen dat zeker wel: de observatie van Anne dat de som van de stromen door de twee buizen (of transistoren) bij de nuldoorgangen van het signaal door een minimum gaat dat gelijk is aan twee keer de ruststroom, en mijn observatie dat de versterker bij het spelen van harde blokgolven maar heel kort rond de nuldoorgang zit.

4. Je kunt er ook voor kiezen om een heel snelle lus te maken, sneller dan het signaal, die bepaalt hoe de signaalstroom zich verdeelt tussen de transistoren. Waar het op neer komt is dat je een niet-lineaire functie van de twee stromen naar een bepaalde referentiewaarde toe probeert te regelen, en die niet-lineaire functie zo kiest dat deze voornamelijk bepaald wordt door de kleinste van de twee stromen en rond de nuldoorgang van het signaal een geleidelijk verloop heeft. Het klinkt ingewikkeld, maar is dat niet als je een voorbeeld ziet.

Een voorbeeld van een MOSFET-versterker vind je hier viewtopic.php?f=7&t=26342#p1879273 en hier viewtopic.php?f=7&t=26342&start=25#p1879423 . Ik heb nog nooit een bipolaire variant gemaakt, maar dat moet wel kunnen - voor zover ik weet is deze techniek voor het eerst toegepast in 1976 in een bipolaire op-amp (overigens met een andere niet-lineaire functie dan ik gebruikt heb).

Als je de niet-lineaire functie handig kiest, kun je meteen voorkomen dat er bij uitsturing tot in klasse (A)B steeds een uitgangstor helemaal uitgeschakeld raakt. Vermoedelijk levert je dat minder vervorming van hele hoge orde op. Mogelijk raak je de vervormingscompensatie van een optimaal ingestelde klassieke klasse-B-trap er ook mee kwijt, dat is dan weer jammer.

Gebruikersavatar
Ah!buis
Berichten: 12188
Lid geworden op: ma 15 nov 2010, 22:36
Locatie: Overijse

Re: Temperatuuronafhankelijke ruststroomregeling.

Berichtdoor Ah!buis » za 02 jun 2018, 23:40

Leuke bezigheid dat wel maar lijkt me wat vergezocht.
En je verplaatst de werkpunt verschuiving naar het drijvergedeelte.
Verandering van de stroom door de weerstand voor de rustinstelling doet het nulpunt van de uitgang veranderen.Grijpt de aandrijving, via de terugkoppeling, in om weer op nul te komen door z'n stroom te veranderen.
Anne
Eén plaatje > 1000 woorden :-)

Gebruikersavatar
mtb
Berichten: 1118
Lid geworden op: ma 29 dec 2008, 16:44
Locatie: Zoetermeer

Re: Temperatuuronafhankelijke ruststroomregeling.

Berichtdoor mtb » zo 03 jun 2018, 17:11

Met een goede/snelle DC-tegenkoppeling, hier B3, heb je daar geen last van, zoals je ziet.

Gebruikersavatar
Ah!buis
Berichten: 12188
Lid geworden op: ma 15 nov 2010, 22:36
Locatie: Overijse

Re: Temperatuuronafhankelijke ruststroomregeling.

Berichtdoor Ah!buis » zo 03 jun 2018, 19:38

mtb schreef:Met een goede/snelle DC-tegenkoppeling, hier B3, heb je daar geen last van, zoals je ziet.
Nooit gezegd dat je er last van zou hebben :o
Van wat verschuiving in de eindtrap heb ik ook geen last :sure:
Bedoel, je bent niet van verschuivende instelpunten af op deze manier.
Maar van mij mag je rustig schuiven :lol:
Anne
Eén plaatje > 1000 woorden :-)

Gebruikersavatar
mtb
Berichten: 1118
Lid geworden op: ma 29 dec 2008, 16:44
Locatie: Zoetermeer

Re: Temperatuuronafhankelijke ruststroomregeling.

Berichtdoor mtb » ma 25 jun 2018, 16:25

Ik heb wat suggesties van jullie bekeken/gesimuleerd, maar het kan eigenlijk veel eenvoudiger:
IQc.PNG

Ik heb een Cresendo-achtige stuurtrap in tweeën geknipt en apart bekeken.
Je hebt voor een stabiele 0Vdc op de uitgang toch instelpotjes nodig, als je geen DC-servo gebruikt, dus waarom zou je ze niet meteen gebruiken voor de ruststroom-instelling?!
Bij 100mA ruststroom heb je 10mV over R6/7 en als je die spanningen (Vp/n) tegenkoppelt, regel je meteen de ruststroom onafhankelijk van de temperatuur.
De verschiltrappen staan dan maar een beetje uit het lood, maar dat lijkt me geen probleem.
Omdat T1,2,3 vrij constant op de kasttemperatuur blijven, maar de eindtorren wel warmer worden, kunnen we de .temp functie van Spice niet gebruiken en definiëren die apart.
Linksboven staat de Vbe V(b,p) van de P-trap eindtor, die precies met 2mV/°C afneemt en rechtsboven de ruststroom van de N-trap, die geen krimp geeft bij de temperatuurveranderingen van de eindtor.
De getoonde halve schakelingen werken uiteraard alleen maar goed in klasse-A, maar samen doen ze het prima in AB:
IQpn.PNG

Dit principe is makkelijk op te schalen naar grotere versterkers, maar met zo'n kleintje kan je eventuele gebreken goed horen bij normaal huiskamergebruik.
Je hebt niet voldoende permissies om de bijlagen van dit bericht te bekijken.
Hoeveel vermogen denk je eigenlijk nodig te hebben?, zie Audio Power LED.

MarcelvdG
Berichten: 606
Lid geworden op: do 31 jan 2013, 21:47
Locatie: Haarlem

Re: Temperatuuronafhankelijke ruststroomregeling.

Berichtdoor MarcelvdG » ma 25 jun 2018, 22:17

Hoeveel last heb je van toleranties van R14, R11, R8, R3, C3 en C1?

Gebruikersavatar
Ah!buis
Berichten: 12188
Lid geworden op: ma 15 nov 2010, 22:36
Locatie: Overijse

Re: Temperatuuronafhankelijke ruststroomregeling.

Berichtdoor Ah!buis » ma 25 jun 2018, 22:43

Zo te zien heb je nu ook een deel stroomtegenkoppeling.Gaat vermoedeijk de uitgangsimpedantie van de versterker omhoog.
Anne
Eén plaatje > 1000 woorden :-)

Gebruikersavatar
mtb
Berichten: 1118
Lid geworden op: ma 29 dec 2008, 16:44
Locatie: Zoetermeer

Re: Temperatuuronafhankelijke ruststroomregeling.

Berichtdoor mtb » wo 27 jun 2018, 16:25

De uitgangsimpedantie lijkt me alleszins redelijk:
IQpno.PNG

In het tijddomein heb je 0Ω3 @1Ao, ook niet slecht met vrij slappe eindtorren.
Zie de bijlage als je zelf wilt experimenteren:
Je hebt niet voldoende permissies om de bijlagen van dit bericht te bekijken.
Hoeveel vermogen denk je eigenlijk nodig te hebben?, zie Audio Power LED.

Gebruikersavatar
Ah!buis
Berichten: 12188
Lid geworden op: ma 15 nov 2010, 22:36
Locatie: Overijse

Re: Temperatuuronafhankelijke ruststroomregeling.

Berichtdoor Ah!buis » wo 27 jun 2018, 20:00

Puntje over 't hoofd gezien, dacht dat er een 1 in de weerstanden aan de uitgang stond.
Blijkt bij vergroten ".1" te zijn.Verrekte angelsaksische notatie :twisted:
Scheelt meer dan een slok op een borrel, 'k neem er nog een :beer: :lol:
Anne
Eén plaatje > 1000 woorden :-)

Gebruikersavatar
mtb
Berichten: 1118
Lid geworden op: ma 29 dec 2008, 16:44
Locatie: Zoetermeer

Re: Temperatuuronafhankelijke ruststroomregeling.

Berichtdoor mtb » ma 02 jul 2018, 16:09

Ik kwam een 'oudje' tegen, die wel erg goed geschikt is voor mijn Iq-regeling, de Circlotron:
MCT.PNG

Dit is een moderne versie met twee goedkope MOSFET's en bij 12Vd1/d2 bijna 20Wout en bij hogere voedingsspanningen uiteraard (veel) meer.
De ruststroom staat op ca. 350mA voor een klasse-A uitsturing tot 1Wout.
Het temperatuurverloop van de eindtorren valt eigenlijk wel mee vergeleken met BJT's, maar dient wel in bedwang te worden gehouden!
Nadeel van dit ontwerp is de twee 'zwevende' voedingen en je hebt ook nog een symmetrische voeding voor de stuurtrap nodig, maar het is te doen:
Je kan een 50Hz-trafo met gescheiden secundaire wikkelingen gelijkrichten en een apart trafo'tje gebruiken voor de stuurtrap.
Moderner zijn bijv. twee SMPS-voedingen en twee DC/DC-convertertjes, je hebt dan ook meteen genoeg stroom voor een regelversterker o.i.d.
Je hebt niet voldoende permissies om de bijlagen van dit bericht te bekijken.
Hoeveel vermogen denk je eigenlijk nodig te hebben?, zie Audio Power LED.

Gebruikersavatar
mtb
Berichten: 1118
Lid geworden op: ma 29 dec 2008, 16:44
Locatie: Zoetermeer

Re: Temperatuuronafhankelijke ruststroomregeling.

Berichtdoor mtb » wo 01 aug 2018, 16:34

Ik heb deze oplossing toegepast op een buizenachtige versterker:
TLA2.PNG

Je ziet dat de ruststroom, hier 350mA voor 1W@4Ω in klasse-A, ondanks het temperatuurverloop van 25 tot 100°C gelijk blijft door de regeling van de staartstroom met Vq.
Ook bij (heftig) AB-gebruik in 2Ω blijft de ruststroom op 350mA:
TLA2ab.PNG

Je kan een laptop-voeding gebruiken van 12 tot 24V en bij 24V heb je 2x12W5 en/of 50W@4Ω in BTL en dus uitermate geschikt voor een ESS.
Er moeten nog wat (opstart) beveiligingen e.d. in, dus wordt vervolgd.
Je hebt niet voldoende permissies om de bijlagen van dit bericht te bekijken.
Hoeveel vermogen denk je eigenlijk nodig te hebben?, zie Audio Power LED.

Gebruikersavatar
mtb
Berichten: 1118
Lid geworden op: ma 29 dec 2008, 16:44
Locatie: Zoetermeer

Re: Temperatuuronafhankelijke ruststroomregeling.

Berichtdoor mtb » vr 10 aug 2018, 16:34

Om de versterker geschikt te maken voor een laptop(of andere SMPS)voeding, moeten we rekening houden met het feit dat deze voedingen geen te grote (opstart)stroom kunnen leveren, ze starten gewoon niet op of gaan irritant hikken, daarom deze oplossing:
TLA3c.PNG

Met de stroombron rond Tb begrenzen we de stroom op ca. 1A25 bij het opstarten, de stroom kan je instellen met Rb, door 1Ω weerstanden parallel te zetten afhankelijk van het maximale uitgangsvermogen en de voedingsspanning, hier 0Ω5 voor 12Vb, voor 18Vb 0Ω33 en bij 24Vb 0Ω25.
Omdat de voeding alleen stroom kan leveren en niet trekken, heb ik Db opgenomen, maar die zit eigenlijk al in je SMPS.
De uitgangs(piek)stromen worden getrokken uit de dikke elco Cb, zodat de SMPS deze alleen bij (zeer) lage frequenties hoeft te leveren, maar dat kan ie wel aan.
Om 12Vb te kunnen gebruiken en omwille van symmetrie, heb ik gekozen voor gewone BJT's i.p.v. steeds moeilijker verkrijgbare JFET's.
Je kan nu ook symmetrischere MOSFET's gebruiken tot 4Vgs(threshold).
Het opstarten kan toch nog wel wat netter, dus wordt vervolgd.
Je hebt niet voldoende permissies om de bijlagen van dit bericht te bekijken.
Hoeveel vermogen denk je eigenlijk nodig te hebben?, zie Audio Power LED.


Terug naar “Versterkers”

Wie is er online

Gebruikers op dit forum: CCBot en 1 gast