Тепловая модуляция транзисторов ВК (модель)

[_Сам_]

В качестве подопытных кроликов пара BD911/912.

Из даташита берём
Total Dissipation at Tc ≤ 25 ^oC: P_tot = 90 W
Max. Operating Junction Temperature: T_j= 150 ^oC
Thermal Resistance Junction-case Max: Rthj-case = 1.4 ^oC/W
C графика ОБР

DC 3 A * 30 В (как раз 90 Вт * 1.4 = 126 ^oC перегрева над средой 25^oC )
импульс 10 мс ток 4.5 А
В микрокапе делаем модель

H1 преобразует ток коллектора в напряжение, которое перемножается Х1 с напряжением КЭ от E1 на 1.4 ^oC/W. RC цепочка моделирует процесс передачи тепла кристалл-среда. Её номиналы делаем такими, чтобы при импульсе 4.5 А х 10 мс температура не вышла за 125 ^oC. Постоянная времени RC=9.1 мс

На конденсаторе получили мгновенную температуру перегрева кристалла в масштабе 1 В = 1 ^oC
Осталось это напряжение преобразовать в тепловое смещение p-n перехода с коэффициентом -2 мВ/^oC, что и делают Е2 и Е4 в схеме ниже.

Собираем двухтактный эмиттерный повторитель c током покоя 100 мА и подаём на вход меандр 10 В х 20 Гц.

Из-за падения на эмиттерных резисторах амплитуда меандра на выходе 6.7 В

Видны небольшие завалы на графике Vout после после фронтов.
Это от нагрева и остывания кристаллов каждого плеча на 40^oC.
Чтобы увидеть термическую ошибку смотрим на разницу после вычитателя delta=Vin-Vout*1.485.
Иголки на графике delta это коммутационные помехи от переключения ВК, а размах выделенной ошибки тепловой модуляции получается около 60 мВ.

Хотя конечно при измерении готовой схемы гармоники термомодуляции маскируется спектром основного сигнала и их непросто увидеть или измерить. Но порядок ошибки понятен.

Для пытливых модели в МС11

[4321]

Если рассматривать схемку Винсента,
Такую конфигурацию довольно давно использовала Спектрал
Только в место лампы стояла сборка 2N5566
Всё транзисторы кроме 2 каскада были полевые,включая выходные...

[wert]

Картинку с реального усилителя покажете?

посты 19 и 35, измерения реальных усилителей.

[Johny]

Приведу измерения усилителя Vincent SV-236,
дифкаскад собран на транзисторах, в цепи сигнала конденсатор.
Линейные искажения усилителя на частоте 100 Гц составили около 3%, в цепи сигнала конденсатор, с увеличением амплитуды воздействия искажения увеличились до 4,5%.

Что есть линейные искажения на частоте 100 Гц = спад АЧХ на 3%?

Нормирование по входному стимулу при линейном изменении функции не дает изменения уровня искажений,
при нелинейном изменении функции уровень искажений изменяется.

Что значит "линейное изменение функции входного стимула"???
По-русски, простым техническим языком никак?

Скорее всего транзисторный дифкаскад генерит тепловые искажения по нелинейному закону.

Полный бессмысленный бред.

посты 19 и 35, измерения реальных усилителей.

Что изображено понять невозможно.

[wert]

Что есть линейные искажения на частоте 100 Гц = спад АЧХ на 3%?

А где ты увидел в сообщении об АЧХ?

Что значит "линейное изменение функции входного стимула"???

Откровенно перевираешь и перекручиваешь, берешь в скобки и хочешь комментарий?

Полный бессмысленный бред
Что изображено понять невозможно.

Что ж ты хотел по русски и простым техническим языком, если ты уже определился?

[Johny]

И это всё?
А по-существу?
А за "базар" ответить?

[_Сам_]

У меня затык.
Второй вечер пытаюсь из графика импульсного теплового сопротивления для BC547

вытащить температурную постоянную времени кристалла.
В частности не могу понять, почему для одиночных импульсов r_thA так медленно убывает.
Сравниваем импульс 100 мкс и 1 мкс. Казалось бы при равной импульсной мощности P_I тепла должно выделиться в 100 раз меньше, соответственно и температура кристалла должна прирасти в 100 раз меньше, а график убывает не в 100, а примерно в 15 раз. Пачиму?

[deemon]

В частности не могу понять, почему для одиночных импульсов rthA так медленно убывает.
Сравниваем импульс 100 мкс и 1 мкс. Казалось бы при равной импульсной мощности PI тепла должно выделиться в 100 раз меньше, соответственно и температура кристалла должна прирасти в 100 раз меньше, а график убывает не в 100, а примерно в 15 раз. Пачиму?

Скорее всего , при более длинном импульсе часть тепла уже успевает рассеяться по кристаллу - потому и меньше остаётся ... вообще , эти тепловые искажения - дело довольно мутное . Интересно было бы не пользоваться моделями , а непосредственно измерять реальную температуру кристалла , точнее - P-N перехода ... есть впрочем одна мыслишка , как это можно было бы сделать , но я сам это пока не пробовал ...

[wert]

Проверяя УПТ на тепловые искажения необходимо убедиться в качестве источника питания,
так как блок питания также может вносить свою лепту в полученный результат.

При воздействии на усилитель меандром частотой 10 Гц, выходное напряжении 10 В на нагрузке 4 Ом
пульсации БП ВК достигают 0,7В, пульсации питания сумматора и УН около 2 мВ.
Параллельно емкостям БП ВК поставил еще по 22 тыс мкФ, пульсации снизились с 0,7 В до 0,4 В.
Искажения треугольной формы не изменили своего уровня и составили чуть более 10%.
Т.е. не в емкостях БП дело, а в искажениях усилителя.
Причем Кг в НЧ диапазоне очень низок, тысячные доли процента.
АЧХ измерено в диапазоне 10 Гц - 20 кГц, отклонение сверху доли дБ, снизу 0,02 дБ.
ФЧХ на 10 Гц отклонение 1 градус, на частоте 200 Гц 0,1 градус.
Судя по параметрам усилителя и Кг в НЧ диапазоне склонен отнести данный вид искажений к тепловым,
тем более уровень таких искажений немного меняется при принудительном охлаждении усилителя вентилятором.

---------- Сообщение добавлено 23:18 ---------- Предыдущее сообщение было 23:06 ----------

Интересно было бы не пользоваться моделями , а непосредственно измерять реальную температуру кристалла , точнее - P-N перехода

Моделирование таких процессов очень важно, возможно _Сам_ найдет приемлемые решения.
В теме о транзисторном ламповике я показал графики мгновенной рассеиваемой мощности на кристалле выходного транзистора,
измерения проводились на усилителе Vincent SP-331.
От графика рассеиваемой мощности на кристалле транзистора можно перейти к температурному режиму кристалла
и далее определить как это влияет на усилительные свойства транзистора ВК.
Но поиск в этом направлении пока приостановлен.

---------- Сообщение добавлено 25.03.2020 в 06:17 ---------- Предыдущее сообщение было 24.03.2020 в 23:18 ----------

А по-существу?

По существу,
все исследуемые мной усилители по приведенной методике имеют интеграторы.
Большинство исследуемых усилителей имеют линейную зависимость уровня искажений от уровня импульсного сигнала,
с понижением частоты уровень искажений растет.
При оценке АЧХ синусоидальным сигналом все в норме как и полагается для УПТ (при исследовании УПТ), Кг сотые - тысячные доли процента,
а вот импульсоподобные сигналы сильно искажены возможно за счет интегратора.
Завтра отключу интегратор, тонко сбалансирую выход усилителя, проведу измерения искажений,
результаты сообщу.

[fakel]

, а непосредственно измерять реальную температуру кристалла , точнее - P-N перехода ... есть впрочем одна мыслишка , как это можно было бы сделать , но я сам это пока не пробовал ...

Питать базу током, и измерять напряжение на эмиттерном переходе? Можно и наоборот

[deemon]

Питать базу током, и измерять напряжение на эмиттерном переходе? Можно и наоборот

Не , ещё интереснее ...

[_Сам_]

измерять реальную температуру кристалла , точнее - P-N перехода

ага, я тоже на эту тему думал. Додумался включить в эмиттер измеряемого тр-ра второй такой же в диодном включени. Второй транзистор так сказать холодный, и служит для генерации опорного напряжения при одинаковом токе эмиттеров. Разница температур получается пропорциональной разнице падений на Б-Э измеряемого и опорного. На одном ОУ схема.

[deemon]

ага, я тоже на эту тему думал. Додумался включить в эмиттер измеряемого тр-ра второй такой же в диодном включени. Второй транзистор так сказать холодный, и служит для генерации опорного напряжения при одинаковом токе эмиттеров. Разница температур получается пропорциональной разнице падений на Б-Э измеряемого и опорного. На одном ОУ схема.

Ну да , и так можно ... там просто есть недостаток - если ставить "пробный" переход в эмиттер , то его сопротивление будет влиять на усиление транзистора в схеме , да и на смещение тоже , ну а если ставить в коллектор - тогда возникают проблемы с выделением сигнала с него . У меня вот такой вариант получился в итоге - практически транзистор заменяется на 2 параллельных , все прочие параметры не меняются , прямоугольный испытательный сигнал надо брать достаточно высокой частоты , чтобы не мешать усилению основного сигнала ( да и трансформаторы получаются примитивные ) , ну и за счёт баланса схемы он дополнительно будет подавлен .

[fakel]

У меня вот такой вариант получился в итог

Класс! Такой же синхронный детектор на выход - и вуаля

[deemon]

Класс! Такой же синхронный детектор на выход - и вуаля

Ну да , простейший синхронный детектор , например на двух ключах 4066 - превратит прямоугольник в постоянный ток , простой RC фильтр - и на осциллограф . Практически это позволяет прямо в самый центр кристалла "виртуальный градусник" вставить Главный прикол в том , что транзистор ( составленный из двух параллельных ) - свои свойства не изменяет , и его можно включить в любую схему ( хоть во входной дифкаскад , хоть на выход - тип транзисторов не важен ) , схема будет нормально себе работать - мы же прямо на осциллографе можем наблюдать в реальном времени , что там происходит в кристалле , как он нагревается , остывает , итд ...

[fakel]

А смотри, если нижние транзисторы заменить лампами, исключить верхние и сделать отвод от средней точки первички транса, то можно избавиться от громоздкого низкочастотного трансформатора!

[deemon]

А смотри, если нижние транзисторы заменить лампами, исключить верхние и сделать отвод от средней точки первички транса, то можно избавиться от громоздкого низкочастотного трансформатора!

Это ты имеешь в виду - сделать УНЧ с модуляцией ? А потом перед динамиком синхронный детектор ? Да в принципе-то можно и так , усиливать по-всякому можно ... другое дело , что синхронный детектор надо будет делать на полевиках , что какбы уже несколько нарушает "ламповость" УНЧ

Но то вообще тема "из другой оперы" ... здесь же собственно , сигнал , который поступает на трансы - это сигнал слабый , чисто вспомогательный , только для измерения температуры переходов . А в том УНЧ , куда мы воткнём этот "транзистор с градусником" - этот сигнал вообще себя никак проявлять не должен , из-за разницы в частотах и балансной развязки ....

[fakel]

А потом перед динамиком синхронный детектор ?

Да, или дуговой/ионный излучатель - он сам себе выпрямитель
Хм, а если подавать на ВК от Заратустры, и половины ВК стробировать противофазно той же батарейкой?

[deemon]

Хм, а если подавать на ВК от Заратустры, и половины ВК стробировать противофазно той же батарейкой?

А смысл ? Эта же схема только измеряет температуру переходов , но не корректирует искажения ....

Кроме чисто исследовательских целей я пока вижу только одно практическое приложение этой схемы - возможность различать нормальные транзисторы от фейковых . Так как у подделок обычно кристалл гораздо меньше - можно будет это заметить , не вскрывая транзистор , только по постоянной времени нагрева и остывания переходов .

[buratino]

Так как у подделок обычно кристалл гораздо меньше - можно будет это заметить , не вскрывая транзистор , только по постоянной времени нагрева и остывания переходов

Теплопроводность кремния ненамного ниже таковой меди. Поэтому конструкция "кристалл+первичный теплоотвод" можно считать монолитом, тепловая масса которого будет определяться в первую очередь "первичным теплоотводом". Т.е., тепловая постоянная (или она же тепловая масса) будет одинакова для "фейка" и "оригинала". Наверное.
Более точную информацию можно получить, если определить длительную (фактически - доли секунды-секунды) мощность, необходимую для прогрева перехода до (некоторой) предельной установившейся температуры (при "холодном" "первичном теплоотводе"). Эта мощность будет определяться площадью перехода ("фейковостью") и законом Джоуля и Ленца. Наверное.

ПС. добавлено спустя 5 минут Оба способа - это, кажется, одно и то же: первый - дифференциальный параметр, второй - интегральный. Угу.

[deemon]

Теплопроводность кремния ненамного ниже таковой меди. Поэтому конструкция "кристалл+первичный теплоотвод" можно считать монолитом, тепловая масса которого будет определяться в первую очередь "первичным теплоотводом". Т.е., тепловая постоянная (или она же тепловая масса) будет одинакова для "фейка" и "оригинала". Наверное.
Более точную информацию можно получить, если определить длительную (фактически - доли секунды-секунды) мощность, необходимую для прогрева перехода до (некоторой) предельной установившейся температуры (при "холодном" "первичном теплоотводе"). Эта мощность будет определяться площадью перехода ("фейковостью") и законом Джоуля и Ленца. Наверное.

ПС. добавлено спустя 5 минут Оба способа - это, кажется, одно и то же: первый - дифференциальный параметр, второй - интегральный. Угу.

Ну , тут уж я ничего точно сказать не могу , слишком много разных неопределённых величин для теоретических расчётов - надо опыты ставить ... сама по себе эта идея , то есть выделение сигнала , пропорционального температуре кристалла транзистора - и чтобы притом не мешать его работе в другой схеме - ИМХО должна работать ... а остальное покажет эксперимент .