Topologie Federmann, část VIII

Napsal uživatel Federmann Pátek, 26 únor 2010 21:30

Úvod

Topologie Federmann se liší v mnoha dalších detailech od topologii jiných. Osobně kladu důraz na dotažení mnoha detailu až do úplné dokonalosti.

Často se stává, že neznalý konstruktér mnohé detaily vůbec nepochopí či vůbec o některých závislostech ani netuší a muže tak dojít k chybnému výkladu a k nesprávné funkci. Tato část textu je věnována právě jednomu s mnoha detailů, kterým je teplotní stabilita klidového proudu koncovými tranzistory.

Zapojení HQQF-55-504

Podívejme se na výkonovou část zapojení HQQF-55-504, kde je použit budič, který budí několik výkonových tranzistorů tipu IRF, o kterých se mnozí mylně domnívají, že se nedají použít pro lineární zapojení.

V budiči jsem použil komplementární bipolární tranzistory 2SC2238 a 2SA968, 200V, 25W a  f_T=100MHz.

Pro nastavení pracovního bodu unipolárních komplementárních výkonových tranzistorů IRFP240PbF a IRFP9240PbF jsem použil opět bipolární tranzistor 2SC2238.

Teplotní závislosti

Všechny polovodiče jsou značně teplotně závislé. Pro každou topologii - zapojení si musíme předem zvolit optimální pracovní body a navrhnout topologii tak, aby byla možnost vhodnou volbou konkrétních hodnot, dosáhnout teplotní nezávislost a stabilitu celku.

Stabilizační tranzistor 2SC2238 má jako snímač teploty vlastní B-E přechod. Závislost výkonových tranzistorů IRFP240PbF a IRFP9240PbF je dána závislostí napětí U_GE pro dosažení stejného proudu I_CE.

Vhodným zesílením stabilizačního tranzistoru dosáhneme vykompenzování vzájemných teplotních závislostí. Nastavení je velmi přesné a záleží na použitých polovodičových prvcích.

Nelze jen tak stanovit hodnotu emitorového odporu, která by byla společná pro jakékoliv zakoupené polovodiče. Hodnotu odporu je vždy nutno volit dle konkrétních vlastností použitých polovodičů.

Překompenzován

Na animovaném grafu je vidět jak je zapojení bez emitorového odporu překompenzované, s rostoucí teplotou klidový proud klesá.

Tento stav by vedl, ke změně vlastností zesilovače s teplotou. Při vyšších teplotách by pravděpodobně rostlo zkreslení.

Vykompenzováno

Je zřetelné, že s rostoucím R_E se překompenzování snižuje a při vhodném odporu R_E je dosaženo teplotní nezávislosti v celém rozsahu od -100°C až po +150°C. Pokud budeme R_E dále zvyšovat, pak se teplotní závislosti zcela převrátí.

Vykompenzovaný stav je ideální a zaručuje stejné vlastnosti v širokém rozsahu pracovních teplot.

Nedokompenzováno

Dalším zvyšováním R_E dochází k nedostatečné kompenzaci teplotní závislosti výkonových tranzistorů a jejich klidový proud s teplotou roste.

Tento stav by byl pro výkonové tranzistory velmi nebezpečný a mohlo by dojít k jejich poškození.

Závěr

Teplotní kompenzace patří mezi nejzanedbávanější prvky většiny topologii. Většina konstruktérů tuto záležitost řeší jen velmi povrchně či vůbec.

Pro případ opakované výroby a samozřejmosti koupě odlišných polovodičových prvků tato problematika zůstává konstruktery zcela neřešena.