Temperaturverhalten Germaniumdioden / Audioverstärker

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Temperaturverhalten Germaniumdioden / Audioverstärker
Suche nach: germaniumdioden (36)

    










BID = 1038128

ffeichtinger

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Hallo Leute

Ich habe mich hier schon lange nicht mehr gemeldet aber heute habe ich eine besonders interessante Frage für euch. Damit klar wird worum es geht muss ich etwas weiter ausholen, ich bitte um Verständnis.

Ich beschäftige mich gerade mit der Reparatur bzw. Restauration eines alten Audioverstärkers, es handelt sich um einen Sony TA-3200F. Service Manual im Anhang.

Meine Frage bezieht sich aber nicht direkt auf die Reparatur sondern ist eher eine Verständnis-/Theorie-Frage:

Bitte betrachtet den Schaltplan auf Seite 8. Nicht schrecken, der sieht viel komplizierter aus, als er ist. Zunächst gibt es den kompletten Verstärkerteil natürlich 2 mal (linker und rechter Kanal). Der rechte Teil betrifft Versorgung und Schutzbeschaltung, den können wir auch mal ignorieren. Auch der Teil zwischen Vorverstärker und Treiber ist Schutzbeschaltung. Es bleibt also nicht mehr viel übrig.

Der Schaltungsteil um Q105 dient zum Einstellen des Ruhestroms der Leistungstransistoren (Q112, Q113). Im Studium wurde mir so eine ähnliche Schaltung als "Ube-Vervielfacher" näher gebracht, neu ist mir allerdings die Verwendung der Diode D102. Diese ist zusammen mit den Leistungstransistoren an einem gemeinsamen Kühlkörper montiert und dient zur thermischen Kompensation.

Soweit so gut, was mich allerdings stutzig macht, ist dass D102 laut Stückliste eine Germaniumdiode ist! Die Kernfrage ist nun: warum Germanium? Alle anderen Dioden in der Schaltung sind gewöhnliche Siliziumdioden.

Folgende Überlegungen habe ich bereits angestellt und wieder verworfen:

* "Germaniumdioden haben eine kleinere Durchflussspannung, die für diese Schaltung notwendig ist." Das lässt sich leicht beheben, indem man das Widerstandsverhältnis anpasst. (Genau das habe ich bereits provisorisch gelöst, da ich keine Germaniumdiode zu Hand hatte.)

* "Möglicherweise haben Germaniumdioden eine größere Temperaturabhängigkeit und dadurch wird eine bessere Temperatur-Kompensation erreicht." Dagegen spricht, dass Germaniumdioden nach meinen Recherchen sogar einen kleineren Temperaturkoeffizienten haben. Außerdem ist der Einfluss auf die Gesamtschaltung aufgrund der kleinen Flussspannung wohl eher klein. (Die BE-Spannung an Q105 addiert sich ja quasi zur Diodenspannung.)

* "Germaniumdioden haben eine weichere Kennlinie." Das wäre aber eher ein Gegenargument, denn die Diode soll ja hier eine möglichst konstante (aber T-abhängige) Spannung liefern, da wäre eine steile Kennlinie sogar vorteilhaft.

Ich versuche zu verstehen, was sich die ursprünglichen Schaltungs-Entwickler gedacht haben. Welche besonderen Eigenschaften der Germaniumdioden wollten sie hier ausnutzen?


Eine weitere Frage die mich beschäftigt ist, womit ich die D102 am besten ersetzen soll. Das Original-Teil ist leider nicht mehr vorhanden. Man kann das Ersatzteil zwar um teures Geld nachkaufen aber das geht doch auch sicher anders.

Ich tendiere dazu einen Germaniumtransistor mit Gehäuse zur Schraubmontage zu verwenden um eine gute thermische Ankopplung zu erreichen. Die Basis-Emitter-Strecke sollte dann als Diode nutzbar sein.


So, und jetzt: Manege frei für eure Gedanken dazu!


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[ Diese Nachricht wurde geändert von: ffeichtinger am  4 Mai 2018 20:30 ]

BID = 1038132

perl

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Zitat :
Möglicherweise haben Germaniumdioden eine größere Temperaturabhängigkeit und dadurch wird eine bessere Temperatur-Kompensation erreicht." Dagegen spricht, dass Germaniumdioden nach meinen Recherchen sogar einen kleineren Temperaturkoeffizienten haben
Logisch.
Sonst würde ihre geringe Flußspannung bei ausreichend hoher Temperatur ja sogar negativ werden.


Da lediglich die D102 mit dem Kühlkörper gekoppelt ist, fällt die thermische Kompensation des Ube-Multipliers viel geringer aus, als es möglich wäre, wenn auch der Q105 als Sensor diente.

Das ist auch richtig so, denn man darf die Ruhestromkompensation nicht übertreiben, sondern man muß eine gewisse Ruhestromerhöhung bei Aussteuerung hinnehmen.
Das liegt daran, dass der Kühlkörper sich ja wesentlich weniger erwärmt als die Sperrschicht im Leistungstransistor, und dass eine Temperaturänderung des Kühlkörpers mit einer erheblichen zeitlichen Verzögerung stattfindet.

Wenn so ein Klasse-B-Verstärker eine hohe Ausgangsleistung erzeugen muss, erwärmen sich die Chips in den Ausgangstransistoren sehr stark und schnell, ohne dass die Ruhestromkompensation das bemerken könnte.
Das führt also zunächst zu einem erhöhten Ruhestrom.

Wenn der Kühlkörper nach einer Weile warm wird, und man nun die U_BE der Endtransistoren so weit reduzieren wollte, dass der Ruhestrom wieder "stimmt", würde man sich bei einem plötzlichen Lautstärkeabfall starke Übernahmeverzerrungen einhandeln, weil der sich schnell abkühlende Transistor nun eine Zeitlang überhaupt keinen Ruhestrom mehr führt.
Die Abkühlung geht schnell: Die thermischen Zeitkonstanten der Sperrschichten solcher Leistungstransistoren liegen bei wenigen zehn Mikrosekunden.

Die Hauptaufgabe der thermischen Kopplung dieser Diode mit dem Kühlblech liegt also darin, den Ruhestrom gegen Schwankungen der Umgebungstemperatur zu stabilisieren und ein thermisches Durchgehen zu verhindern, das bei einem viel zu hohen Ruhestrom passieren könnte.

Die endgültige Dimensionierung wird man ausprobiert haben. Heute kann man so etwas sicherlich auch simulieren, aber als der Verstärker vor ca. 50 Jahren entwickelt wurde, waren Computer noch sehr rar und Simulationsprogramme steckten noch Kinderschuhen. Spice gab es erst etwa 5 Jahre später.


Zitat :
Germaniumdioden haben eine kleinere Durchflussspannung, die für diese Schaltung notwendig ist." Das lässt sich leicht beheben, indem man das Widerstandsverhältnis anpasst. (Genau das habe ich bereits provisorisch gelöst, da ich keine Germaniumdiode zu Hand hatte.)
Damit läufst du Gefahr zu überkompensieren mit den geschilderten Folgen.
Das merkst du natürlich nicht gleich, wenn du den Verstärker nur kurzeitig oder mit geringer Leistung oder geringer Dynamik testest.

 

  








BID = 1038133

perl

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Zitat :
Möglicherweise haben Germaniumdioden eine größere Temperaturabhängigkeit
Das gilt für den Sperrstrom!
Si-Schottky-Dioden, die eine ähnlich niedrige Flußspannung haben, zeigen eine ähnlich starke Temperaturabhängigkeit des Sperrstroms.

BID = 1038135

nabruxas

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Als Vergleich für für die SV-31 hätte ich die NTE109 gefunden.

Lieferant zB: Click mich


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[ Diese Nachricht wurde geändert von: nabruxas am  5 Mai 2018  1:56 ]

BID = 1038139

ffeichtinger

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@perl, vielen Dank für deine Gedanken.

Dass sich die Sperrschicht-Temperatur der Transistoren viel schneller ändern kann als die des Kühlkörpers ist schon klar. Der Kühlkörper wirkt quasi durch seine Wärmeleitung und Wärmekapazität als thermischer Tiefpassfilter.


Zitat :
Wenn der Kühlkörper nach einer Weile warm wird, und man nun die U_BE der Endtransistoren so weit reduzieren wollte, dass der Ruhestrom wieder "stimmt", würde man sich bei einem plötzlichen Lautstärkeabfall starke Übernahmeverzerrungen einhandeln, weil der sich schnell abkühlende Transistor nun eine Zeitlang überhaupt keinen Ruhestrom mehr führt.

Diese Überlegung teile ich aber nicht ganz, denn auch ein nun leerlaufender Transistor würde sich nicht unter die Kühlkörpertemperatur abkühlen. (Der Transistor selbst kann dem System ja nur Wärme zuführen, aber keine aufnehmen.) Die am Kühlkörper gemessene Temperatur ist also zu jedem Zeitpunkt geringer als die der Sperrschicht.

Ich glaube aber trotzdem, dass ich grundsätzlich verstehe worauf du hinaus willst. Die thermische Kompensation ist ja im Prinzip ein P-Regler, der Kühlkörper wirkt als Verzögerungsglied bzw. Tiefpassfilter. Eine zu große Kompensation könnte nun im schlimmsten Fall dazu führen, dass das System sich aufschauckelt und der Ruhestrom abwechselnd zu hoch und zu niedrig ist.

@nabruxas: Danke, auf diese Diode bin ich auch schon gestoßen. Das zugehörige Datenblatt hat mich aber verunsichert, da es so gar keine Angaben macht, die für mich nützlich wären. Außerdem will mir nicht einfallen wie ich dieses Diodengehäuse vernünftig am Kühlkörper montieren könnte, wenn es nicht ein Streifen Kaptonband sein soll.

Ich glaube ich probiere es mal mit dem hier:
https://www.reichelt.de/Germanium-T.....pos_2

Es kommt einfach beides in den Warenkorb, kostet ja nicht die Welt.

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BID = 1038140

nabruxas

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Ja, das Datenblatt ist recht mager.


Zitat :
wenn es nicht ein Streifen Kaptonband sein soll.


Nee, musst Du nicht. Nimm einen kleinen unisolierten Ringkabelschuh und klebe die Diode mit Wärmeleitkleber fest. Die Konstruktion kannst Du dann an das Kühlblech schrauben.

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perl

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Zitat :
Diese Überlegung teile ich aber nicht ganz, denn auch ein nun leerlaufender Transistor würde sich nicht unter die Kühlkörpertemperatur abkühlen.
Er braucht sich auch nicht unter die Kühlkörpertempemperatur abzukühlen. Entscheidend ist, dass die U_BE in Lastfall zu stark reduziert wird. Bei Vollaussteuerung kann man den Ruhestrom ja nur sehr schwer messen.
Dass ein Verstärker mit einer falsch dimensionierten Temperaturkompensation während der Abkühlphase nach einem Kraftakt verzerrt, ist keine Theorie. Ich habs erlebt.

P.S.:

Zitat :
Die thermische Kompensation ist ja im Prinzip ein P-Regler, der Kühlkörper wirkt als Verzögerungsglied bzw. Tiefpassfilter. Eine zu große Kompensation könnte nun im schlimmsten Fall dazu führen, dass das System sich aufschauckelt und der Ruhestrom abwechselnd zu hoch und zu niedrig ist.
Evtl. ist das der Grund, weshalb hin und wieder eine Endstufe auf rätselhafte Weise stirbt.


[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am  6 Mai 2018  2:20 ]


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