Wzmacniacz WS432: Bezpieczna praca przy 35W

Pytanie

wzmacniacz ws432 przy mocy 35w gdy gra na granicznej bezpiecznej mocy dla tranzystorów końcowych na rezystorach emiterowych 0,47ohm 5w ile wynieśie spadek prądu przy którym dalsza gra na takiej mocy może być niebezpieczna dla niego

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Przy mocy 35W na wyjściu wzmacniacza WS432, spadek napięcia na rezystorach emiterowych 0,47Ω wynosi około 1,39V (przy prądzie szczytowym 2,95A).
• Dalsza praca wzmacniacza staje się niebezpieczna, gdy spadek napięcia na rezystorach emiterowych przekracza 1,5V, co odpowiada prądowi około 3,2A. W takich warunkach tranzystory końcowe mogą ulec przegrzaniu, a ich praca wykracza poza bezpieczny obszar.

Szczegółowa analiza problemu

Główne założenia:

1. Moc wyjściowa: 35W RMS.
2. Obciążenie: 8Ω (typowe dla wzmacniaczy domowych).
3. Rezystory emiterowe: 0,47Ω, 5W.
4. Tranzystory końcowe: 2N6488 (NPN) i 2N6491 (PNP) lub ich zamienniki.
5. Klasa pracy wzmacniacza: AB.

Obliczenia:

1. Prąd wyjściowy:

   • Moc wyjściowa wzmacniacza wynosi 35W przy obciążeniu 8Ω. Prąd RMS można obliczyć z zależności: \[ I_{\text{RMS}} = \sqrt{\frac{P}{R}} = \sqrt{\frac{35}{8}} \approx 2,09 \, \text{A} \]
   • Prąd szczytowy wynosi: \[ I{\text{peak}} = I{\text{RMS}} \cdot \sqrt{2} \approx 2,09 \cdot 1,414 \approx 2,95 \, \text{A} \]

2. Spadek napięcia na rezystorach emiterowych:

   • Przy prądzie szczytowym \( I_{\text{peak}} = 2,95 \, \text{A} \), spadek napięcia wynosi: \[ V_{RE} = I{\text{peak}} \cdot R_E = 2,95 \cdot 0,47 \approx 1,39 \, \text{V} \]

3. Moc wydzielana na rezystorach emiterowych:

   • Moc strat na rezystorach emiterowych wynosi: \[ P_{RE} = V{RE} \cdot I{\text{peak}} = 1,39 \cdot 2,95 \approx 4,1 \, \text{W} \]
   • Rezystory 0,47Ω o mocy 5W pracują w bezpiecznym zakresie, ale są blisko swojej granicy.

4. Bezpieczny zakres pracy tranzystorów końcowych:

   • Tranzystory 2N6488 i 2N6491 mają maksymalny prąd kolektora \( I_C = 15 \, \text{A} \) i maksymalną moc strat \( P_C = 75 \, \text{W} \) (przy odpowiednim chłodzeniu).
   • Przy napięciu zasilania ±38V i prądzie szczytowym 2,95A, moc strat na tranzystorach wynosi: \[ P{\text{tr}} = V{CE} \cdot I_C \approx 19 \cdot 2,95 \approx 56 \, \text{W} \]
   • Tranzystory pracują blisko swojej granicy termicznej, co wymaga skutecznego chłodzenia.

Krytyczny spadek prądu:

• Jeśli spadek napięcia na rezystorach emiterowych przekroczy 1,5V (prąd około 3,2A), tranzystory końcowe mogą wejść w obszar przeciążenia, co prowadzi do:
  • Przegrzewania się tranzystorów.
  • Ryzyka przebicia złącza kolektor-emiter.
  • Zwiększonego ryzyka uszkodzenia termicznego.

Aktualne informacje i trendy

• Wzmacniacze klasy AB, takie jak WS432, są podatne na przegrzewanie przy pracy na maksymalnej mocy przez dłuższy czas. Współczesne wzmacniacze często wykorzystują układy zabezpieczające, takie jak:
  • Ograniczniki prądu.
  • Czujniki temperatury na radiatorach.
  • Automatyczne wyłączanie przy przeciążeniu.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Rezystory emiterowe: Stabilizują prąd tranzystorów końcowych i zapobiegają zjawisku termicznego "runaway" (ucieczki termicznej). Ich wartość (0,47Ω) jest kompromisem między stabilnością a stratami mocy.
• Klasa AB: Wzmacniacze tej klasy mają wyższe sprawności niż klasa A, ale generują więcej ciepła niż klasa D. W WS432 sprawność wynosi około 50-60%.

Aspekty etyczne i prawne

• Wzmacniacz WS432 to konstrukcja retro, więc należy zachować ostrożność przy modernizacji lub naprawach, aby nie naruszyć oryginalnego projektu.

Praktyczne wskazówki

1. Monitorowanie temperatury:
   • Upewnij się, że radiator nie przekracza temperatury 70-80°C.
   • Zastosuj pastę termoprzewodzącą między tranzystorami a radiatorem.
2. Ustawienie prądu spoczynkowego:
   • Prąd spoczynkowy powinien wynosić około 20-30mA (spadek napięcia na rezystorach emiterowych: 9-14mV).
3. Unikanie przeciążenia:
   • Nie pracuj na maksymalnej mocy przez dłuższy czas.
   • Używaj głośników o impedancji zgodnej z projektem wzmacniacza (8Ω).

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Wzmacniacz WS432 nie posiada zaawansowanych zabezpieczeń termicznych, co zwiększa ryzyko uszkodzenia przy przeciążeniu.
• Warto rozważyć modernizację układu chłodzenia, np. dodanie wentylatora.

Sugestie dalszych badań

• Analiza charakterystyki termicznej tranzystorów końcowych w WS432.
• Modernizacja wzmacniacza o układy zabezpieczające (np. termiczne lub prądowe).
• Testy z różnymi obciążeniami (4Ω, 8Ω) w celu oceny stabilności pracy.

Krótkie podsumowanie

• Przy mocy 35W spadek napięcia na rezystorach emiterowych wynosi około 1,39V. Dalsza praca staje się niebezpieczna, gdy spadek przekracza 1,5V (prąd 3,2A).
• Kluczowe jest monitorowanie temperatury tranzystorów i radiatora oraz unikanie pracy na maksymalnej mocy przez dłuższy czas.
• Zaleca się regularne sprawdzanie prądu spoczynkowego i stanu termicznego wzmacniacza.