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ダイヤモンドバッファ+ダーリントン

ダーリントン接続すれば8Ωスピーカーを駆動できるんかいな?
そして終段エミッタ抵抗を0.1Ωに? 熱暴走して焼損か?




前回の投稿と被る部分は略してます。
よって、
前回のダイヤモンドバッファの記事をスルーしちゃうと理解不能かも?
なになに?
読んだけど面倒くさいし忘れたですと?
理解しろとかハードル高すぎ?
「ダーリントン接続」とか聞いた事もねーってか?
・・・
んー、あのね、
当ページもスルーして、他のサイトに行きましょう!










【ダーリントン接続を追加する】
普通のダイヤモンドバッファは下図の回路でした。
そして前回の記事では、うまい熱結合の方法を公開しました。
教科書や他のサイトには載ってないと思いますが?
当方オリジナルの熱結合かも?
ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_09243231.png
2013年のHPAの記事に熱結合のヒントを書いてますが、
そういうネタを発展したり応用させる人は居ない?
まあ世の中の多数派はそんな人々かも知れませんな。
そんな皆様のお陰様で、
当方は多数のオリジナルの案件を発信できています。(爆)

今回は更に、
ダイヤモンドバッファにダーリントン接続を組み込む話。
基本の回路なのでどうっていう事はありませんな。
取って付けた回路は下図になります。
ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_09261375.png
*前回の記事に従って、
 Q1とQ4で熱結合。(水色)
 Q2とQ3で熱結合。(黄色)
*そしてD1でVBE相当の電圧をかさ上げしまして、
 Q5の熱をD1で受けて温度補償?(桃色)
*同様にD2とQ6で温度補償?(薄緑色)

ただし、この方法はイマイチ。
ダイオードをどうやってくっ付けるん?
ネジで共締めするん? ボンドで貼り付けるん?
ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_10092156.png
出力段とダイオードを樹脂モールドで接触してもな、
駄目だがね。
プラスチック経由で熱が伝わるには時間がかかります。
そうこうするうちに間に合わず、
出力段の内部のチップだけが急に温度上昇して焼損!?












【熱結合・温度補償】
対策としては簡単に、
下図の様に頭を切り替えればOKじゃないの?
ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_10104191.png
*Q1とQ6コレクタ端子同士で熱結合。(水色)
 Q2とQ5コレクタ端子同士で熱結合。(黄色)
 D1とQ3のアノード端子とベース端子で熱結合。(桃色)
 D2とQ4のカソード端子とベース端子で熱結合。(薄緑色)

イケそうな感じですが、
Q3のベース端子からD1っていう経路は熱伝導が弱いです。
もうちょっと工夫が必要かも?












【何このダイオード?】
さらに良好な熱結合の方法ですが、
当方が考えたのは下図です。
ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_10181011.png
「D1とD2が変だぞ? なにこれ? 逆方向?
  意味無いじゃん! 何この設計者? 確実にバカだな!
  よーし俺の手で高音質ダイオードに交換してやろう!」
「VF電圧は同じだな、OK、電源オン!」

・・・そしたら熱暴走して壊れちゃって、
「やっぱりこの設計はおかしい!」と叫んだりする。(爆)











【うまい熱結合】
コレクタ端子からダイオードの足へ、
金属から金属へ高速熱伝導。
ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_10220637.png
*Q3コレクタ端子と、D1カソード端子をくっつける。
 基板のランド経由ですが金属なので熱伝導は高速かつ良好です。
*DAN217は図体が小さいので、速攻で温まる。
 小型の素子ほど内部へ熱伝導し易いです。

熱結合の視点から書き換えると下図になります。
ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_10231238.png
*緑で強調した接続を超接近させて基板レイアウトします。
*入力段と出力段が隣り合わせ?
 入力段が影響されちゃうだろ!
 これじゃ音がぐちゃぐちゃじゃないか!
 回路図の流れどおりにレイアウトすべきだろーがぁっ!
 ・・・とか何とか?
 そういう頭の固い人とは無関係で居たいです。(爆)
*上図はひみつの技を盛り込んだ回路図なので非公開にして、
 公開する回路図を下図にしておけばノウハウも漏れません。
 上図は見なかった事にする。(爆)
ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_10181011.png
というのが今回の方法論。
ほんとかどうか、ちっとんべー実験してみら。(爆)











【具体的な定数】
今回は下図の回路図で実験してみました。
ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_10303356.png
*Q5,Q6の出力段を2SC3421、2SA1358にしてみました。
 TO-126で、ヒートシンク無しで PC=1.5W(Ta@25℃)
*まずは確実に壊れない範囲として、負荷10Ωを想定。
 Trの消費電力を考えますと、
 最大でも
 PC=((VCC/2)^2)/RL * 1/2
   =((7V/2)^2)/10Ω * 1/2
   ≒0.61W
*8Ωスピーカーを接続したら?
 PC=((VCC/2)^2)/RL * 1/2
   =((7V/2)^2)/8Ω * 1/2
   ≒0.77W
* 発熱はどこまでOK?
 下図は PC=1.5W(Ta@25℃)で、最大接合温度が150℃。
 出力段は最大で0.61Wの消費なので、
 最大定格以下になる温度は100℃以下ですな。
ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_10482433.png
*8Ω負荷時でも0.77W(≒0.8W)でした。
 グラフから、0.8Wですと87℃くらいの温度?
 8Ω負荷の時は発熱に注意という話ですな。
*最大コレクタ電流も検証。
 2SC3421、2SA1358の最大定格は IC=1A 。
 VCC=7V、負荷が10Ωなので、
 最大コレクタ電流は
 IC=7V/10Ω=0.7A
 大丈夫でしょう。
*8Ωスピーカーが負荷の場合は?
 IC=7V/8Ω=0.875A
 余裕が少ないですが、OKの範囲ですな。
*初段の電流はR1,R2で設定ですな。
 今回は1mAにしてみました。
 定電流ダイオードに置き換え可能です。
*出力段のエミッタ抵抗R5,R6ですが、今回は0.1Ωです。
 要確認ですな。熱暴走するかも? (爆)
 火花パーン💥 燃え燃えキュンキュン🔥
*ちなみに、電源電圧が±7Vという設定も、
 わざわざ発熱、熱暴走しやすい電源電圧に設定した訳です。
 厳しい条件に設定して、動作の安定性を確認するんですな。
 ±7Vが不要なら±5Vに下げられます。(R1,R2は要再設計。)
*出力段のアイドル電流ですが、
 上記回路図の「要チェック」の電圧を測りまして、
 R5,R6(足して0.2Ω)で割って計算で出します。
*アイドル電流の調整はR3の抵抗値を調整します。
 まあ100Ωくらいから調整します。
 今回は2.2kΩにしたらアイドル電流が10mA程度でした。
*R3の抵抗値は、アイドル電流の調整以外に、
 Q5,Q6のベース蓄積電荷を引き抜く作用もあります。
 (高速動作という話ですな。20kHzの歪に効くかも?)
 そうなると500Ω以下にしたい所ですが、今回は2.2kΩ?
 ちょっと大きすぎ?
 HPAに毛が生えた程度のローパワーだし、
 ただの実験ですし、まあいいや。
*R3の抵抗値を小さくし過ぎるとQ3,Q4の電流が多すぎますから、
 そこにも注意しときます。
*アイドル電流を常にモニターします。
 上記回路図の「要チェック」の箇所をテスターで常に監視。
 アイドル電流がどんどん増加するのは完全にNGです。
 冷えた時に電流が増えるのもあまり良くありません。
 急な発熱の直後にすっと元の電流値に収まるのが良い動作。
*R7,C3,C4は発振対策。
 前回の記事ご参照。

 








【実験基板をつくる】
前回の実験基板を流用しました。
下図の様に、左側に基板を増設しました。
ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_11080597.jpg

下図は部品面ですな。
この時点では出力段エミッタ抵抗はまだ1Ωのままです。
ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_11081027.jpg
熱結合の理由で銅箔を巻くのは不要。ボンドも不要。


そして半田面です。
ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_11081382.jpg


下図の様に、コレクタ端子から直に高速熱伝導!
ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_11081799.jpg
金属の足同士が直近で熱結合!
ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_14455468.png
チョッキン チョッキン チョッキンなーーっ♪
by北原白秋


この段階で動作チェックを行いました。
動作OKだったのでエミッタ抵抗を0.1Ωに変更しました。
無意味にデカいですが在庫の関係です。福島双葉MPC74。
ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_11082196.jpg
C負荷などでも発振しませんでした。
前回記事同様に発振対策が効いています。












【アイドル電流値】
R3をを調整して、出力段アイドル電流を10mAに設定。
R3を2.2kΩに変更したら丁度良かったです。
(採用するTrや各部定数により異なる。)

下図は電源ONの後、しばらく放置して温めて、
アイドル電流を確認しているところ。
ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_11140629.jpg
電源ON直後は10mAでした。
しばらく放置して11.5mAに増えました。
この程度の変化は無問題ですな。

次の確認ですが、
重い負荷をつないで急な発熱をさせた直後を確認。
信号を切った瞬間は15mA+αくらいに増えますが、
一瞬で14mAになり、ほんの数秒で12mAに戻る感じでした。
ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_11140921.jpg
あ〜あ、うまくいっちった。(爆)
温度補償が完璧に近い感じ?

という事で、焼損しません。
ご期待に沿えず、残念でした。
破滅志向の皆さんゴメンなさい。(爆)

エミッタ抵抗が0.1Ωでも無問題。
アイドル電流は非常に安定!
これならOKですな。熱暴走しません。
かなり効果的。
今回も当方は大成功!(爆)


ちなみに秋月テスターを使っていない理由は?
ミリボルト単位にするのが面倒だから。(爆)
ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_11141337.jpg
やってらんねー!(爆)









【歪率】
うまく動いてるみたいなので歪率を測定しました。
ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_11265284.png
*47Ω負荷時の値がちょっとおかしいですが、
 最初の冷えてる時に測定したから。
 再測定したら紫の点線みたいな所に落ち着く様でした。
*予定通り10Ω負荷もドライブ可能でした。
 歪率もそこそこでした。
*改善具合は少ないですが、前回のダイヤモンドバッファよりは
 良くなっている感じがします。
 しかし効果があるのは負荷22Ω〜10Ωの重い負荷。
*8Ω負荷は? あのっ、ちょっと今、
 🕹ちんちんが痒くて・・・(爆)


別に測定しました。
下図です。
ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_10185131.png
*今回の目標達成!(爆)
 8Ωスピーカーも駆動可能!
 歪率もSEPP回路と同程度。
*うまい定数や素子を選べば4Ω負荷にも対応かも?
 設計次第です。まあ歪率は1%を越えるでしょう。


下図は歪対周波数。
ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_11265786.png

*なんかデコボコ過ぎる感じで、綺麗じゃない。
 定電圧電源回路を組んでいないからか?
*2Vrms時に右上がり? 高い周波数で悪化しますな。
 これは出力段のベース蓄積電荷を引き抜けていないから?
 (工夫する方法は色々ありますが今回は非公開。)
*しかし0.5Vrms以下の小信号時には歪率としては良好な範囲。
 音楽を鳴らすには良い感じ?











【発熱に完全対応?】
このままの回路、定数で、ヒートシンク追加で可能?
程度により最大 PC=10W(Tc@25℃) まで増やせますし。

しかし基板のレイアウトが難しいかも?
ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_11270067.png
基板に乗せるタイプの小型ヒートシンクなら可能かな?

電源電圧を±5Vくらいに下げるという選択肢も有り。
振幅はRail-to-Railじゃないので要注意。










今回はこんな感じです。
うまい熱結合の方法を使えば非常に安定して動作します。

そしてダーリントン接続を追加すれば、
ダイヤモンドバッファでも8Ωスピーカーを駆動可能!
という話でした。

自己判断、自己責任にてお願いいたします。
以上です。








当方は一切のサポートを致しません。
だって知られた汎用回路だもーん。(爆)
汎用回路なので誰でも自由に自己責任の範囲にてご利用可能です。
熱結合の独自なレイアウトも大した方法じゃないのでご利用OKと致します。

解らない所があったら参考書を見れば載ってますよ。
そして皆さんが設計されたものに関して当方は一切関知致しません。
たまたま定数が一緒でもそれは偶然の一致です。当方は無関係。(爆)
面倒な事を持ち込まれる可能性があるので、お墨付き(許可)は付与致しません。

お下劣すぎ? 間違いだらけ? 嘘を広めるな?
オラ知らねーゾ
うほほほ〜〜い
ケツだけ星人ブリブリ〜〜〜ブリブリ〜〜〜ブリブリ〜〜〜
















ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_14455468.png
チョッキン チョッキン チョッキンなーーっ♪




ダイヤモンドバッファ+ダーリントン_e0298562_20130067.jpg
超マイナーかと思ってたらApple musicにあっただよ。(爆)
「ネコキ◯ガイ」(爆)
https://music.apple.com/ca/album/cat-worship/360700025
Joey Beltramみたいな系統ね。

by ca3080 | 2019-07-31 05:02 | 電子工作(一般)
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