Eindtrap met actieve load in stijl van Western Electric 91E

[Pjotr]

Nee A2 wil je eigenlijk niet. Dan moet je toch ook hard DC gaan sturen i.v.b. met de roosterstroom en wordt de sturing weer complexer. En een 14 - 15 watt is al heel leuk. De gewone 300B liefhebber moet het met 7W doen Ikzelf kom op een 0,2% bij 0,1W, 0,5% bij 1W en 2% bij 10W met 325V op de anode. Dit is dan de 2e harmonische, de hogere liggen ver daar onder dus tellen vrijwel niet in het vervormingscijfer. Boven de 10W gaan de hogere harmonischen dikker aantikken.

[timpert]

Met mijn simulatie kom ik bij 10w uit op 2,2% 2e orde en 0,5% 3e orde, en dat is best wel netjes voor 300B begrippen, en ook in lijn met jouw resultaten. Tot zover geen verrassingen. Wat betreft PSRR: ik had zelf π x duim gegokt op iets beter dan 40 dB, maar LTSpice zegt 51 dB bij 100 Hz en 46 dB bij 20 kHz. Iets beter dan verwacht dus. Splits ik nu R7 op in 20k en 200k, en hang ik het knooppunt met 20 uF aan massa, dan krijg ik bij 100 Hz een PSRR van 102 dB(!) en bij 20 kHz een PSRR van 48 dB. Kennelijk begint Cdg en Cout van M2 hier parten te spelen. Je kan dus kiezen tussen twee twee opties: stil en doodstil.

De dempingsfactor valt met 2,3 wat tegen, een gewone 300B met 4k anodelast doet 5,3.

[SSassen]

Doodstil graag! Oh ja, stuur mij die .asc en eventuele libs eens? Knoop ik dit stuk huisvlijt eens rond een 6C33.

[timpert]

Dit is de versie die volgens mij de beste resultaten geeft tot nu toe:

Wel even de txt re-namen naar .asc en .lib
De 300B zit in de standaard Koren lib en de TN2504 heb ik hier vandaan: http://bordodynov.ltwiki.org/standard.mos.XVII.txt

[Pjotr]

Zou M2 wel opsplitsen in meerdere parallel. Kunnen best wat tammere exemplaren zijn. Bij het lineaire gebruik van dit soort fets moet je zeker niet boven 0,25 x P_max gaan i.v.m. hotspots. En met wat ie toch wel continue staat te kachelen is een betere warmtespreiding over de heatsink ook wel wenselijk. Voor M1 heb ik de good old IRF710 genomen. Een van de weinige nog verkrijgbare in TO220 met een redelijk lage Ci. Die wil toch ook wel graag een koelvinnetje denk ik. Verder over de zener nog een C. Denk dat de dyn. weerstand er van toch wel te hoog is om de boel hf stabiel te houden.

[timpert]

De STW11NM80 is überhaupt niet gespecificeerd voor lineair gebruik, maar staat in de standaard library van LTSpice, dus voor de simulatie is het een makkelijke oplossing. In de praktijk zou ik een ander type kiezen dat wel voor lineair gebruik is gespect. Bij Mouser is genoeg keus. Een 2SK1317-E bijvoorbeeld, die heeft ook in lineair gebruik een Pmax van 100 Watt en kan de 25 watt in deze schakeling prima in z'n eentje aan.

M1 verstookt ongeveer 0,5 Watt, en dat kan de TN2504 prima kwijt als je de drain een beetje koperoppervlak op de print geeft. Ook een TO220 kan dat kwijt zonder extra koeling. Als je SMD wil vermijden is de IRF710 inderdaad een goed alternatief.

De zener heeft inderdaad nog wat aandacht nodig. In de simulatie gaat het goed, maar een parallel C kan geen kwaad.

[Pjotr]

Met multiple fets gaat ook om de warmteverdeling. De warmtespreiding van een gemiddeld koelprofiel van zeg 1gr/w is niet erg groot en zit je met best nog wel een hoge junctietemperatuur, waarvoor je dan moet deraten. Maar ok, is meer een praktische overweging.

Overigens w.b. de PSRR leerde de CA amp dat "Heel stil" wel iets magisch heeft! En dat is dan nog een ss versterker. Laat staan met een 300B!

[timpert]

Met multiple fets gaat ook om de warmteverdeling. De warmtespreiding van een gemiddeld koelprofiel van zeg 1gr/w is niet erg groot en zit je met best nog wel een hoge junctietemperatuur, waarvoor je moet deraten.

Overigens w.b. de PSRR leerde de CA amp dat "Heel stil" wel iets magisch heeft! En dat is dan nog een ss versterker. Laat staan met een 300B!

Inderdaad, je moet verdelen of een extra heat spreader gebruiken bij koelprofielen met een dunne rug. Bij 25 Watt dissipatie heeft een extra stripje alu/koper mijn voorkeur, omdat je bij dubbel uitvoeren van M2 toch wel wat bandbreedte inlevert. Of je neemt zoiets (Fischer SK89), bedoeld voor solid state relais:

image.jpg (7.71 KiB) 299 keer bekeken

Je monteert de MOSFET in het midden op de dikke rug, en je gebruikt de achterkant meteen als basis om het printje op vast te zetten.

Eens kijken wat we dan krijgen met de 2SK1317. Tj,max = 150 gr, Rth(j-c) = 1,25 K/W. Aanname: geïsoleerde montage voegt nog 0,5 K/W toe aan de warmteweerstand. Dan krijgen we Rth(tot) = Rth(koel) + 0,5 + Rth(j-c) = 1 + 0,5 + 1,25 = 2,75 K/W en dat rond ik dan naar boven af tot 3. In een omgevingstemperatuur van 50 graden kan ik dus 100/3 = 33W verstoken. Met 25 Watt zit je dan prima bij kamertemperatuur.

[Pjotr]

Mwah, vind het krap hoor. Zou er niet op vertrouwen. Die bandbreedte hangt ook sterk van C_dg en C_ds af Maar erg spannend is dat niet. Ik kom met een 680K meetweerstand naar massa (dus 0,5mA) toch wel richting de 10 MHz, met 2x FQP3N80C_FC parallel voor de cascode.

[timpert]

FQP3N80C heeft veel lagere capaciteiten dan de 2SK1317 en de STW11NM80, dus daar hoef je inderdaad geen problemen bij te verwachten bij parallel schakelen. Daar staat tegenover dat de behuizing een stuk kleiner is dan die van de 2SK1317, het oppervlak waardoor de warmte moet worden afgevoerd is de helft. Met het zelfde pessimisme van hierboven moet je dan aannemen dat de montage nog 1 K/W toevoegt. Met z'n tweetjes op een 1K/W koelplaat geeft een 2K/W koelplaat zoals die door iedere tor gezien wordt. Dan krijg je totaal: Rth = 2 + 1 + 1.17 = 4.17 K/W. Bij een omgevingstemperatuur van 50 graden kom ik dan uit op 24 Watt max per tor, dus 48 Watt max voor ze samen. Dat is inderdaad een stuk ruimer.

Edit: ik zie in de literatuur dat je voor de TO220 aardig je best moet doen om 1K/W tussen case en koelplaat te halen, 2K/W is een realistischer getal voor de typische montage met een schroef en een isolatieplaatje. Dan kom je op max 19 Watt per tor dus 38 Watt totaal.

[Pjotr]

Mwah, nooit problemen gehad met TO220 tot een 800V. Ik zou sowieso die ceramische AlO2 nemen hier als isolatie. Kosten geen drol bij Mouser. Het gaat niet zo zeer om de R_th per tor naar de heatsink maar meer dat Alu minder goed warmte geleidt dan je denkt en je daarom de warmtebronnen wat meer verspreidt. Met dat profiel wat je als voorbeeld gaf zal dat i.d.d. wel mee vallen maar met een standaard 100mm x 200mm SK van Fischer of de zijkant van een "heatsink" kast ligt dat anders.

[timpert]

Inderdaad altijd even kijken hoe dik de rug is van je koelprofiel. In de SK serie varieert die tussen 4 en 10 mm. De SK47 heeft een 10mm dikke rug, maar de SK53 is maar half zo dik. Hij kost ook maar de helft, dus die extra MOSFET kan er in het laatste geval wel vanaf. Overigens zijn LED koelblokken ook de moeite waard om naar te kijken vanwege de vorm. Kan leuk staan op een chassis.

Maar goed, grappig dat het onderwerp is verschoven van "werkt het en wat kan het (niet)?" naar het invullen van details over een praktische uitvoering. Ik denk dat we er in geslaagd zijn een betere versie te bedenken dan waar WE mee is gekomen, en dat in nog geen drie weken tijd en misschien enkele tientallen breinuren. Dan nu de hamvraag: wie zou overwegen om het ding ook daadwerkelijk te bouwen? Ik heb dit onderwerp puur uit nieuwsgierigheid geopend dus veel verder dan dit zal ik niet gaan.

[SSassen]

Ik bouw 'm wel even rond de 6C33, die prototypes heb ik hier toch op de werkbank staan tenslotte, zie schema hieronder.

[Pjotr]

Ik denk dat we er in geslaagd zijn een betere versie te bedenken dan waar WE mee is gekomen, en dat in nog geen drie weken tijd en misschien enkele tientallen breinuren. Dan nu de hamvraag: wie zou overwegen om het ding ook daadwerkelijk te bouwen? Ik heb dit onderwerp puur uit nieuwsgierigheid geopend dus veel verder dan dit zal ik niet gaan.

Denk ik ook wel en je weet het als als je het hoort Zou het wel leuk vinden om weer eens iets met een 300B te bouwen maar er zijn nog zoveel andere leuke projecten die voordringen Het is i.i.g. leuke hersengymnastiek en laat wel zien dat je het niet zomaar bouwt. Maar ook dat het geen rocket science is.

[peterl]

Ik zat nog eens naar die super triode schakeling te kijken waar Sander het over had, is dat niet een schakeling waar veel eenvoudiger betere cijfers uit te halen zijn met hetzelfde vermogen?

[Pjotr]

Ach het aantal variaties is schier eindeloos. Met die WE91E heb je eigenlijk een halve 300B versterker samen met een halve Mosfet versterker: Een 300B met silicium ballen Met die Super-Triode met parallel fets heb ik toch het idee dat het karakter van de 300B afgevlakt wordt. Als je die kant op gaat kun je net zo goed met alleen fets een parafeed bouwen. Scheelt HS en een uitgangstrafo. Heeft in de jaren '90 een ontwerp van gestaan in het Britse HiFi & Record News.

[peterl]

Klopt, en niet te vergeten de 30uf 400V C, niet makkelijk aan te komen, en een flink stroomverbruik zag ik.

[timpert]

Daar kan je 47 uF van maken, de componentwaarden die Broskie geeft zijn slechts suggesties. Maar het geeft inderdaad treffend aan hoeveel wegen er naar Rome zijn. Soms is het nadenken over een bepaald concept gewoon leuk op zichzelf. Klein proefje erbij, wat simuleren en de grijze massa is weer even afgeleid.

[Ah!buis]

Oook nog even meedoen, loop steeds wat achterop
Wat zitten rekenen, kom ik hier opuit.
Als je geen roosterstroom wil krijg je ongeveer 15W uit de 300B met R8 = 390k of 280k.
Ook zonder R8 maar dan R3 = 18k ipv 22k.
Het verschil zit 'm in de grootte en de ligging van de negatieve weerstand. Met R8 = 280k wordt de belastingslijn voor de buis meest horizontaal wat vermoedelijk de beste vervormingscijfers geeft.
Anne

[Pjotr]

Netjes Anne! En dat helemaal uit de hand Klopt wel met de simulatie. Zonder R8 kom ik op een 15W in 2K zonder roosterstroom in de simulatie. Maar de hogere harmonischen springen dan wel flink omhoog. Laat staan dus met roosterstroom. Ik denk zelf dat het prima genietbaar blijft tot een watt of 10. Overigens krijg ik wat minder vervorming zonder D2 dan met (na aanpassing van R4) Die lijkt dus averechts te werken.

[Piet1950]

Een serie-balans met 2 buizen lijkt mij veel eenvoudiger dan een serie-balans met één buis en heel veel fets en transistoren. Maar in ieder geval leuk voor het experiment. Weer eens wat anders.

Piet

[Pjotr]

De crux is nu juist dat dit geen balans is!

[timpert]

Een serie-balans met 2 buizen lijkt mij veel eenvoudiger dan een serie-balans met één buis en heel veel fets en transistoren. Maar in ieder geval leuk voor het experiment. Weer eens wat anders.

Piet

Sinds wanneer vind jij eenvoud belangrijk?

Je kan eindeloos discussiëren over wat dit nou moet zijn in termen van PP, balans of single ended, maar uiteindelijk mist die discussie de essentie van deze schakeling: namelijk dat de negatieve weerstand van de actieve load parallel komt te staan aan de belasting, en het ding zo de helft van het uitgangsvermogen gaat leveren terwijl de onderste buis het karakter blijft bepalen. De dominante 2e orde vervorming wordt niet opgeheven zoals in een gewone push-pull.

[peterl]

Maar gaat het stroomverbruik nu op klasse A werken of op op PP?
Want dat maakt nog al wat uit.

[timpert]

Het is een PP klasse A. Het uitgangsvermogen verdubbelt ten opzichte van de standaard 300B configuratie, maar het in rust weggestookte vermogen verdubbelt ook.

Klasse A betekent dat de ruststroom van de eindtrap zodanig hoog is gekozen dat de actieve onderdelen (buizen of transistoren) net niet worden afgeknepen wanneer de trap de maximaal te verwachten uitgangsstroom in de signaalpiek levert. Een klasse A eindtrap kan zowel enkelvoudig als push-pull zijn. In een push-pull versterker zorgt dit ervoor dat beide actieve onderdelen het volledige signaal versterken, en dat er geen punt is waar het ene onderdeel het signaal overneemt van het andere, zodat het fenomeen overnamevervorming niet kan optreden. Enkelvoudige eindtrappen hebben maar 1 actief onderdeel, en dus moet dit ene onderdeel per definitie het hele signaal versterken. Daar heb je dus geen keus en ben je gedwongen de boel in klasse A in te stellen.