Diamond Buffer 計算問題

[flyingfishtw]

這個問題問起來可能很蠢, 但是我已經盯著不同 Diamond Buffer 電路圖裡面的電流值發呆很久了,
文山大的Diamond Buffer 探密裡面, 圖五, Q2 Vbe約 0.75V, 而在 R2,R3上的壓降就是 15 - 0.75V = 14.25V,
所以 R1 的電流 I=14.25/3325, 4.283mA, R2上的電流怎麼算?

最關鍵的是 Q2 Ic = 15.24mA 是怎麼算出來的? 跟 Hfe 有關係嗎？

不好意思, 這兩個月才在研究耳擴, 許多電子的觀念還在腦袋裡面互相打架, 就是自己哪裡不懂也不知道的階段,
目前是想做個簡單的 buffer 輸出, 前排用小功率豆子, 後排用中功率, 只是不敢直接實戰, 怕燒了.

上次自己做了一個 Mosfet 源極 follower A 類的, 也是數字都不懂就在搞洞洞板,
運氣很好, 沒東西燒掉, 只有手指碰趴很嚴重而已...
為什麼元件沒燒掉反而燒手指? 因為當時還不會計算功率 , 我用手指放在元件上計算..

這次這個電路我想先在紙上有能力計算之後再去兜線.

[flyingfishtw]

我把所有的電壓先算出來再去反推 Q2 Vbe 約0.76V Q1 Vbe 約 0.860V,
問題是 Q1 Re 只有 4.7ohm, 上面的壓降是 0.0071628V, 電流才會正確, 比較可能是我自己計算錯誤....
Diamond Buffer 該不會所有的晶體 Vbe 都要量的很仔細才能決定右邊射極輸出隨耦的工作電流吧?
但是我還是不知道 左邊兩個偏壓電阻上面的電流是怎麼決定的..

請問各位大哥你們在做 Diamond Buffer 時,靜態電流怎麼抓的?

[skyboat]

偏流的設定通常是輸出級優先，而輸出級又根據負載的需求(最大電壓、電流)來決定，同時考量輸出級是採單端、單端推挽、Ａ類或AB類架構，還有要額外增加多少百分比或數倍的備載能力，然後輸出級又是前一放大級的負載，一級級依此模式來設定各別的偏壓、偏流。

Diamond Buffer 的設計一開始會先假設 Q2,Q1 的 Vbe 是相同的(事實不然)，IN、OUT 兩點近乎零電位(地電位)，因此 R2 與 R3 的電壓降會相等，R3 的值可依預期的偏流與電壓降計算得出，R3 在這種小電流迴路有一個無明文的經驗值約數Ω～數十Ω範圍，選定 R3 數值再反過來推算其它相關數據，如此這般，沒一五一十寫出的就靠自己推論一番。

正確設計的電子電路迴路有自動平衡偏壓、偏流功能，經一段時間之後會呈現穩定狀態。

[flyingfishtw]

我大概知道之前卡在什麼地方了, Diamond buffer Vbe 抓的好的話 R2 約等於 R3 壓降.
之前我做的 opa 接 源極 follower 輸出feedback 在電壓都還不會算的時候,
就開始兜線, 結果就是正負 15V 的電源, Vgs 4V , 源極 0V 無直流, 但是 Rs 壓降 0到 -15v, 結果我接 47 ohm 電阻,
然後我用手指去檢查有沒有元件發熱......那時候還沒想起來 P= I^2*R.

因為之前的經驗, 所以我才會怕如果 R3 壓降不知道的話, 亂接怕燒晶體

不好意思在問一下, 文山大的那張圖 輸出阻抗怎麼看, 是 Q1內阻+Re//Q6內阻+Re 所以約等於 4.7ohm嗎？

另一個問題是如果今天Op輸出電流推的了中功率晶體的話, 那我把前面一級的兩顆電晶體拿掉,
換成單顆熱耦合電晶體,做輸出極的偏壓 (熱耦合晶體 Vce=(Rb1+Rb2)/Rb2*Vbe ), 本質上來說是一樣的東西?

文山大那張圖看起來應該是 AB類推挽,因為 Re 跟負載是呈現串連的現象, 假設如果輸出 V = 0.2V, 負載在那個頻率之下為32ohm, 輸出電流就是 I=V/R, Iout = 0.2V/(32ohm+4.7ohm), 所以 I = 5.4mA?

先問這些好了, 我一個月前才開始搞耳擴, 觀念還是很混亂, 混亂到連該問什麼都不知道,
實務上又更混亂了, 比方做 global feedback opa 的迴授電阻放接近 opa 好還是接近輸出極的晶體好,
不過這些問題我先留到下次在問了, 謝謝各位先進的回答

[skyboat]

…
不好意思在問一下, 文山大的那張圖 輸出阻抗怎麼看, 是 Q1內阻+Re//Q6內阻+Re 所以約等於 4.7ohm嗎？
啊！不研究小訊號分析很久了 ！您自個兒翻翻教科書吧，Diamond Buffer 上下半部互補對稱，而理想電源(電壓源)內阻為零，這兩項因素一併加入思考之。

另一個問題是如果今天Op輸出電流推的了中功率晶體的話, 那我把前面一級的兩顆電晶體拿掉,
換成單顆熱耦合電晶體,做輸出極的偏壓 (熱耦合晶體 Vce=(Rb1+Rb2)/Rb2*Vbe ), 本質上來說是一樣的東西?
繪成電路大家才好參與討論。

文山大那張圖看起來應該是 AB類推挽,因為 Re 跟負載是呈現串連的現象, 假設如果輸出 V = 0.2V, 負載在那個頻率之下為32ohm, 輸出電流就是 I=V/R, Iout = 0.2V/(32ohm+4.7ohm), 所以 I = 5.4mA?

先問這些好了, 我一個月前才開始搞耳擴, 觀念還是很混亂, 混亂到連該問什麼都不知道,
有問有答，不問不答，不會問？看情況回答。

實務上又更混亂了, 比方做 global feedback opa 的迴授電阻放接近 opa 好還是接近輸出極的晶體好,
這項題解較偏向於實驗與觀察。

不過這些問題我先留到下次在問了, 謝謝各位先進的回答

[2shop]

我大概知道之前卡在什麼地方了, Diamond buffer Vbe 抓的好的話 R2 約等於 R3 壓降.
之前我做的 opa 接 源極 follower 輸出feedback 在電壓都還不會算的時候,
就開始兜線, 結果就是正負 15V 的電源, Vgs 4V , 源極 0V 無直流, 但是 Rs 壓降 0到 -15v, 結果我接 47 ohm 電阻,
然後我用手指去檢查有沒有元件發熱......那時候還沒想起來 P= I^2*R.

因為之前的經驗, 所以我才會怕如果 R3 壓降不知道的話, 亂接怕燒晶體

不好意思在問一下, 文山大的那張圖 輸出阻抗怎麼看, 是 Q1內阻+Re//Q6內阻+Re 所以約等於 4.7ohm嗎？

另一個問題是如果今天Op輸出電流推的了中功率晶體的話, 那我把前面一級的兩顆電晶體拿掉,
換成單顆熱耦合電晶體,做輸出極的偏壓 (熱耦合晶體 Vce=(Rb1+Rb2)/Rb2*Vbe ), 本質上來說是一樣的東西?
你提到的，好像就是LC iCute的線路(OP訊號放大+晶體電流加大+DC-Servo)，不過，缺了DC-Servo的輸出偏壓，可能需要加交流電容，免得輸出有直流。

文山大那張圖看起來應該是 AB類推挽,因為 Re 跟負載是呈現串連的現象, 假設如果輸出 V = 0.2V, 負載在那個頻率之下為32ohm, 輸出電流就是 I=V/R, Iout = 0.2V/(32ohm+4.7ohm), 所以 I = 5.4mA?

先問這些好了, 我一個月前才開始搞耳擴, 觀念還是很混亂, 混亂到連該問什麼都不知道,
實務上又更混亂了, 比方做 global feedback opa 的迴授電阻放接近 opa 好還是接近輸出極的晶體好,
不過這些問題我先留到下次在問了, 謝謝各位先進的回答

我只「猜」我可能猜得到的...

[flyingfishtw]

圖剛剛才學著怎麼畫, 摸索了好久. 圖中 Q1 為熱耦合電晶體, 而R2用VR 可以調整電阻,
Q1 除了做熱耦合還可以做 Q2, Q3 輸出極的偏壓 (Q1 Vce = (R1+R2)*Vbe/R1), 所以圖上的設置是 Q1 Vce = Vbe*2,
如果 Op 本身推力夠的話, 文山大標準 Diamond Buffer 的第一級可以用上圖的偏壓法代替,
我想問的是, 文山大標準 Diamond Buffer 的前面兩顆電晶體單純是為了抵銷後級 晶體的 Vbe嗎？
順便問一下, 圖上 C1 電容功能是什麼?

[skyboat]

您這個架構很有"懷舊"味道 ！文山大的文章內容仔細看，應該就不只是您所認知的 "前面兩顆電晶體單純是為了抵銷後級 晶體的 Vbe"，文中還提到頻率相位響應、增益誤差、Slew Rate、PSRR…，市售的規格品不便宜耶！沒賣點恐怕早就消聲匿跡是也。

[flyingfishtw]

那個文章其實我看很多次, 每次多懂 10%, 不懂的部分就又必須繼續做功課, 所以離完全瞭解還有一段距離.
不過我真的很喜歡標準 Diamond Buffer 的簡潔設計, 但是實務上我發現我手邊的小功率晶體 2SC1959Y 2SA562
PNP 跟 NPN 的 Vbe 本身就有差距, 和中功率晶體的Vbe 又有差距, Datasheet 我還沒仔細看, 也看不太懂,
不過如果要做到輸出極的電流穩定的話, 可能需要一點真功夫

您眼睛真尖銳, 那個電路出處是 晶体管电路设计 铃木雅臣, 大陸出版是2004年, 但是書的風格跟我一本1970年講mosfet的書很像 書的內容還不錯, 新人總是要蹲馬步一下. 不然之前 Diy 熱潮時候的文章都看不太懂.

我目前是想做基本的Opa+Diamond Buffer 然後 Global feedback 和 另一個電路 Opa + 推挽 Mosfet 也是 Global feedback, 這樣比較的話應該能聽出您說的電路的聲音吧? Mosfet 我還在找電容低的, 目前看到 IRF630 跟 IRF6930 不錯, 便宜又好用.

只是我耳機太爛了, 有耳擴也差不了多少, 所以我在大陸買了好一點的垃圾單體, 看看能不能有改善.
聽說新的耳機要 Run-in 才能發揮效果?

Runing-in

[flyingfishtw]

目前板子畫好了, 但是因為我沒有列表機, 我用 pad2pad 把圖檔用用 cutepdf 列印成為 pdf 檔, 然後再去7-11 輸出, 之後弄成投影片, 但是尺寸卻不和, 比方 8 dips 的腳位在印出來之後會稍微小一點, 而輸入電容 wima 因為佔了10格 (10 * 2.54mm), 尺寸差異又更大了, 大概10 %.

不知道有人也是用 pad2pad 輸出, 有這種問題嗎？
轉檔的環節當中不知道是不是 cutepdf 的問題,會是 A4紙列印時都會保留一點點邊框,
而導致尺寸等比縮小?

另外想請問電路板空白部分鋪銅, 外圈做成GND 比較好, 還是沒有電位比較好?
做成 GND 怕 Ground Loop, 或是不小心和電源短路到...
還有內圈空白部分的鋪銅要留著嗎？ 因為地線沒辦法跑到那裡去.

大概是這種感覺, 只是目前圖還在修改, pad 跟 hole 的尺寸可能還需要修改...

[flyingfishtw]

問題找到了, 7-11 輸出會留邊框導致圖等比縮小
終於可以洗板了!!

[flyingfishtw]

做出來了, 感謝各位前輩的支持, 這是我第二次洗電路板, 小弟上次洗電路板是十幾年前了, 沒想到這次洗的比之前還好. 電容除了 Wima 做電源的反耦合之外, 電解都是 NCC KMG, 用 Wima 是因為電子街賣的便宜金屬薄膜電容腳都生鏽很厲害, 而上次在龍昇找到義大利的 Acro 的樣子, 被我買完了....而 Acro 和 Wima 同樣價格差不多但尺寸比較大, 所以就用了 Wima .完全是出於好焊接的考量

電路是很簡單的 OP 推 Diamond Buffer, Diamond Buffer 的部分則是文山大最基礎的形式, 只是我多加了一組電阻, 可以用jumper 調整要走過那個電阻, 進而改變工作電流. 其他一堆 jumper 只是 bypass 輸入輸出交連電容 或是輸出電阻用的.

聲音方面, 跟我上一個做的 OPA +單端 Mosfet 源極隨耦比較的話, 最明顯的是低音如果是打鼓,打鼓有兩種聲音, 源極隨耦比較像是敲鼓皮, 而 Diamond Buffer 聽起來比較像是敲鼓正中央, 有鼓皮的聲音, 然後鼓裡面震動很沉的聲音, 直接打在耳膜上有點不習慣. 而人聲, 很變的更接近了.很怪, 這樣些改變不知道是變好還是變差. 兩個電路電壓放大的部分都一樣, 不同的只有電流放大的部分, 但口味上差異卻挺大的. 比較起來我喜歡 Diamond Buffer 的聲音.

但是有一個很大的缺點, 用低阻耳機的時候 Hiss 聲很大, 串連了100 ohm 電阻還是聽的到.

我想請問 1. 我用的電源是+-15 輸出級的中功率晶體 (文山大的Q2 Q6)電解反耦合電容 需要每個電晶體
都配一個嗎? 還是正負15對地各一顆電解電容就好?
2. 關於走線, 比方電晶體要並連一大一小反耦合電容, 在線路圖上, 因為是並連, 所以電位相等,
走線時要不要讓電源線先走過電容再供電給晶體? 還是因為電位相等, 可以先走過晶體在走過
電容?
3. OPA 迴授電阻上可以並連小電容作為低通濾波用, 這顆電容要用哪種？因為我不知道什麼樣的電容該用什麼地方, 所以我用手邊有的陶瓷電容.....

最後貼張圖, 分享一下新手的成就感~
我知道背面很髒，剛洗完的時候閃閃發亮,我還在想辦法把我廉價的銲油洗掉,
不知道塗凡士林可不可以防止氧化>.<

[idle_newbie]

1. PDF 列印時不要選自動適應紙張大小就不會變形了

2. 怕生鏽就全部上錫吧

3. 用手觸碰各個主動元件看看 Hiss 會不會變小聲或是會哼
放大率比較高的地方比較會把熱噪放大

外部訊源的雜音也是有可能

4. 你GND的舖銅 有可能有 GND LOOP , 可能會有微小的哼聲
檢查看看 LAYOUT , 必要的時候割開一部分, 讓它變成星形的就沒問題
或是用粗的電線補強

[flyingfishtw]

我這個電路 Layout 不好, 哼聲跟 Hiss 我都解決了,
後來想找2SB772 & 2SD882 更好的工作點,
我用jumper 設定阻值, 所以可以調8ma 跟 14ma 左右,
14ma 效果比 8ma 好, 後來我把靜態電流貪心調成大概 40ma...

layout 的問題就出現了
1. 畫圖時散熱片體積沒算好, 所以原本要用大一號的散熱片裝上去會不美觀
2. 畫圖時為了電阻排列簡單美觀, 沒把前級後級做熱耦合

所以當靜態電流變大的時候, 後端晶體 Vbe 會降低導致靜態電流升高...
在這種天氣還不至於崩潰, 但是夏天就難講了...

我覺得 Diamond 是非常精良的設計,如果能把四個晶體完全做熱耦合的話,
穩定性會非常高. 而且可以減少散熱片面積.

另一個問題想請問後面兩顆晶體會因為輸入信號而導致截止嗎？

[C.P.Chou]

Dear flyingfishtw,
可否指教如何製作那麼漂亮的pcb？
謝謝！
Best Regards
C.P.

[flyingfishtw]

你是說洗 PCB 的部分嗎？ 洗 PCB 我覺得反而是 DIY 比較簡單的部分耶,
這裡有個網頁介紹如何洗 PCB, 我很久沒有洗也是看這篇才會的.

http://gc.digitw.com/MyDocument/PCB-DIY/PCB-DIY.html

整個洗 PCB 的重點 1.曝光 2. 顯影 3.蝕刻
蝕刻只要不要時間太久過度蝕刻, 基本上蝕刻出來的會跟顯影一模一樣,
所以顯影的好壞決定 PCB 的好壞, 顯影只要照比例調整顯像劑一定成功,
整個過程最重要的是曝光, 最常見的問題是曝光不足或是曝光過度,
曝光不足則線不清楚, 曝光過度線的部分會東缺一塊西缺一塊的.

光源跟距離是需要按照經驗調整的, 因為電路板本身是一個底片,
曝光用的投影片品質很重要, 黑的部分要全黑不透光, 透明的部分不能有任何顏色.
我的作法是是請書局用最好的印表機, 印兩張色彩最濃的投影片,
完全重疊下去曝光, 這樣對於電路板來說, 黑色的部分不透光, 比較不會過瀑.
所以用兩張投影片的話, 不要曝光不足就一定能成功了.

我曝光的時候用爛檯燈, 隨便疊個幾本書控制檯燈高度.....
而且還找不到玻璃可以壓投影片.....
蝕刻我用環保蝕刻劑, 也沒蝕刻機, 也沒隔水加熱, 慢慢讓蝕刻劑蝕刻.
所有用到的工具就一個水盆而已.

你如果沒有洗過板子的話, 洗一次就知道了, 沒有想像的那麼困難.

[C.P.Chou]

Dear Flyingfishtw,

感謝您熱心的解說，受教了。

另外可否告之如何由完成的Protel PCB Layout轉印至投影片或描圖紙？
雷射印表機直接印在一種半透明(有一點像描圖紙，但是比較薄)紙是否可用？

出Gerber File由PCB廠做出PCB的經驗我有，手工轉印製作就不行了。

Tks and Best Regards
C.P.

[flyingfishtw]

輸出我直接用 cutepdf 還是 smartpdf 印的, print 成pdf檔就可以用了
記得 DPI 選擇 600 DPI 印出來線會比較細.

你說的那種紙, 我有看過, 也是可以用, 只是怕對比不夠明顯時間要抓比較準.
你如果沒有把握準備三塊板子, 時間加減抓一下, 一定能抓到那種紙的最佳曝光時間.
我還看過有人用一般 A4紙 做曝光的.

[idle_newbie]

Dear Flyingfishtw,

感謝您熱心的解說，受教了。

另外可否告之如何由完成的Protel PCB Layout轉印至投影片或描圖紙？
雷射印表機直接印在一種半透明(有一點像描圖紙，但是比較薄)紙是否可用？

出Gerber File由PCB廠做出PCB的經驗我有，手工轉印製作就不行了。

Tks and Best Regards
C.P.

描圖紙曝光時間比較久
還有細線可能不是那摸的理想

就我洗過的三張PCB描圖紙是沒問題的

其他狀況都跟投影片差不多

描圖紙曝光時要用油墨那一面貼著PCB會比較好控制

雷射印表機印或是用影印的效果會比噴墨的好,描圖紙不容易著墨

[skyboat]

如果已轉出 Gerber file，那麼可以利用Google 搜尋 "Gerber Viewer" 找幾個免費的試試看它的操作是否順手與觀察列印效果，我是用 GCPREVUE v8.1.2 (最新版 v20.1.6)，非常舊的版本但是順手就不想長進了。

印表機搭配專用投影片還是比較精準，影印機就差甚多，底片在使用前都有必要送上「透寫台」以黑色細字油性筆全面檢視修補一番，底片不夠黑或不均勻問題，強光只會更突顯這類瑕疵，因此光源稍弱、曝光時間拉長是折衷的對策，這個要花一些時間來換取屬於自己獨享的經驗值。

[C.P.Chou]

Dear Gentlemen,

非常感謝諸位先進熱心加細心的指教！
待在下實際製作之後再行文向諸位請益。

Tks and Best Regards

C.P.