REVOX B750 MK2 Endstufe abgeraucht....

      KOR schrieb:

      Ich vermute einmal, dass ein Original MJ15003 aus 1980 wahrscheinlich in der Realität der Simulation eher entsprechen würde, als es einer von 2010 tut. Die Halbleitertechnik hat sich weiterentwickelt, und zwar für alle Transistoren, die seitdem produziert wurden.


      Hallo Rolf,

      hm, ich weiß nicht so recht. Die Simulation des MJ15003 sticht schon stark aus dem ganzen Rest heraus. Ich weiß zu wenig über die Geschichte der Leistungshalbleiterherstellung, um Deinem Argument mit harten Daten zu begegnen. Sicher gibt es auch den Zwang, Kosten, und damit vor allem Chipfläche, bei einem bestehenden Produkt zu sparen. In Verbindung mit aktuell problemlos beherrschbaren dünneren Substraten führt das als Nebenprodukt natürlich zu einer etwas höheren Schaltgeschwindigkeit. Substratdicken bis auf 40 µm herunter sind heutzutage ohne große Klimmzüge erreich- und handhabbar bei der Waferseparation und beim Die-Attach, was natürlich die Wärmeabfuhr begünstigt und kleinere Chipflächen ermöglicht. Trotzdem habe ich meine Zweifel, dass die Abweichungen im Schaltverhalten durch die kontinuierliche Weiterentwicklung bei einem Markenhersteller so groß werden können. Immerhin möchte man ja trotz allem einen MJ15003 mit seinen typischen Eigenschaften haben, wenn man einen Halbleiter mit diesem Aufdruck von OnSemi kauft. Andererseits sind nur die Ausgangskapazität und die Transistfrequenz überhaupt spezifiziert.

      Leider habe ich keine zeitgenössischen MJ15003, um diese zu testen. Aber ein KD503 von Tesla (dem 2N3055 ähnlich), ein BD317 von MEV alten Schlages und vielleicht noch ein zwei andere Vertreter an Audio-Leistungshalbleitern aus den 80ern sollte sich in meiner Wühlkiste finden lassen. Die werde ich mal testen, ob es einen gibt, der Verzögerungen im Millisekundenbereich aufweist.

      Viele Grüße,
      Christian
      **************************************************
      2 + 2 = 5 (für extrem große Werte von 2)
      Hallo Christian, Rolf,

      ich habe noch "ursprüngliche" original Motorola MJ15003 von Mitte/Ende der 70iger Jahre, sowie heutige (isc). Ich kann also feststellen, ob es da einen Unterschied gibt. Werde ich vergleichen.

      Christian, Danke für die Aufbauhinweise.


      Es wird noch ein paar Tage dauern, bis ich es machen kann, aber es kommt!
      Als Treiber nehme ich einen schnellen (45 MHz) BF757. Der hat eine grosse Kühlfahne, kann ich damit leicht an ein Kühlblech montieren.



      Gruß,
      Reinhard

      Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von „oldiefan“ ()

      Inzwischen von mir Daten für diverse 2n3055:


      Angaben folgen dieser Reihenfolge:
      Bezeichnung, Verzögerungszeit, Anstiegszeit, Abfallzeit
      Alle Zeiten in ns

      RCA 2N3055 RT 4D/ 200/ 3000/ 1600
      RCA 2N3055H R4 427/ 220/ 2000/ 1500
      Siemens 2N3055H 8253/ 200/ 2000/ 1800
      Tesla 2N3055 B5 9321/ 180/ 800/ 500

      Zwischen den RCA- (1974?) und Siemens-Teilen (1982) ist der Unterschied nicht groß. Der Tesla
      (1991) ist wesentlich schneller, was sich auch durch stärkere Schwingungen bemerkbar machte. Hier stimmt es also: 2N3055 ist eher ein Sammelbegriff.
      Aber selbst die langsamen RCAs dieses Dinosauriertyps hatten eine Verzögerungszeit von nur etwa 200 ns. Reinhard, da sehen wir mal, was Du rausbekommst.

      Viele Grüße,
      Christian
      **************************************************
      2 + 2 = 5 (für extrem große Werte von 2)
      Hallo Christian, Mitleser,

      Habe mich doch heute drangeklemmt.

      Mein Aufbau ist ähnlich wie bei Dir, Christian. Ich dachte erst, ich hätte es genauso gemacht, aber dann festgestellt, dass bei mir über dem Lastwiderstand, der bei mir 6,6 Ohm beträgt 2x 3R3, je 7W, in Serie , nur 1,8V (bei Christian: 5V) abfallen. Warum, verstehe ich noch nicht. Meine Versorgungsspannungen waren wie bei Christian, +15,0V und -3V. Bis auf den etwas abweichenden Lastwiderstand waren die Widerstände sonst alle gleich gewählt, der Treiber war bei mir ein BF757. Das 25 kHz Rechtecksignal vom Signalgenerator mit 270mV (s-s) wurde durch eine Yamaha-Endstufe M-4 auf 7V (s-s) verstärkt und am Lautsprecherausgang abgenommen, da mein Rechteckgenerator höchstens 1V (s-s) liefern kann. Die Qualität des Rechtecks (Steilheit im Anstieg) war ca. 1,5 V/µs (violette Kurve auf den Oszilloskop-Fotos).

      Meine gemessenen Verzögerungszeiten liegen - anders als bei Dir, Christian, im Bereich, den Deine Simulation ergeben hatte, also bei 1,0-1,4 µs (Du schriebst zwar 3 µs aber da hast Du versehentlich die Zeitachse abgelesen, nicht die Zeitdifferenz). Es zeigten sich bei mir erheblich unterschiedliche Steilheiten im ersten Drittel des des Anstiegs (Anstiegsrate) bei den Transistoren.

      Bei der Abfallszeit konnte ich keine deutlichen Unterschiede ermitteln, sie lagen allesamt bei 600-700 ns. Ich vermute, die abfallende Rechteckflanke war bei mir dafür nicht steil genug und hat die Abfallzeit verfälscht.
      Ich habe während der Vörzögerungszeit eine leichte Schwingung. Kann vom Lastwiderstand evtl. kommen (Anmerkung Christian). Ich hatte keinen induktionsarmen verfügbar, nur 7W Zementwiderstände. Aber zumindest Verzögerungszeit und Anstiegsrate wurden bei mir dadurch nicht verfälscht, so stark war die Schwingung nicht.


      Transistoren:




      1. MJ15003, Motorola, Herstelldatum 1984, Woche 06
      t_on: 1,1 µs
      Anstiegsrate: 1,3 V/µs




      2. MJ15003G, ON Semi; Herstelldatum 2019, Woche 21
      t_on: 1,25 µs
      Anstiegsrate: 6 V/µs

      Die Verzögerungszeit ist etwas länger, aber die Anstiegsrate (slew rate) wesentlich grösser als bei dem älteren Typ. Es hat sich also beim selben Transistortyp in über 30 Jahren viel verändert!




      3. 2N5631, Motorola; Herstelldatum 1999, Woche 47
      t_on: 1,0 µs
      Anstiegsrate: 1,8 V/µs




      4. 2N3773, ISC (gestempelt: ISCsemi); Herstelldatum vermutlich 2019, Woche 04
      t_on: 1,3 µs
      Anstiegsrate: 7 V/µs




      5. MJ21196G, ON Semi; Herstelldatum 2011, Woche 17
      t_on: 1,35 µs
      Anstiegsrate: 4,5 V/µs





      ...und zum Abschluss einen uralten Transistor der Zeit der ersten 2N3055, also ca. 1968, ein Japaner von Hitachi. Man sieht sehr schön, wie "langsam" (kleine Anstiegsrate) dieser alte Typ ist.

      6. 2SD631, Hitachi (ca. 1968/69)
      t_on: 1,0 µs
      Anstiegsrate: 1,1 V/µs




      Die Verzögerungszeit der Transistoren mit sehr frühem Herstelldatum lag typisch bei 1-1,1 µs, die mit "neuem" Herstelldatum bei 1,3-1,4 µs. Ob sich das aber so verallgemeinern lässt?
      Allerdings haben die in jüngerer Zeit gefertigten eine wesentlich grössere Anstiegsrate von 4 V/µs oder mehr. Die gleichen Typen älteren Datums (vor Jahr 2000) nur von <2 V/µs.

      Jetzt stehe ich erst mal ratlos da, weil ich nicht weiss, warum ich andere Ergebniss habe als Christian, aber nicht unplausibel.

      Nach diesen Messungen ist der 2N3773 (neue Produktion von isc) von allen der schnellste (Anstiegsrate), gefolgt vom MJ15003G von ON Semi aus 2019 und MJ21196G von ON aus 2011). Vergleichsweise langsam waren der 2N5631 etwas älterer Produktion (Motorola 1999) und nochmal deutlich langsamer der MJ15003 aus 1984 (Motorola).

      Die Hersteller haben also über die Jahrzehnte die Herstellverfahren geändert und damit haben sich auch die Transistoreigenschaften geändert. Was Christian beim 2N3055 gefunden hat (und für den das auch ausdrücklich in Wikipedia zu lesen ist), gilt auch für andere Transistortypen. Ein Motorola MJ15003 von Anfang der 80iger Jahre ist von einem heute von ON Semi (Motorola-Nachfolge) produzierten offensichtlich sehr deutlich verschieden.

      Gruß
      Reinhard

      Dieser Beitrag wurde bereits 6 mal editiert, zuletzt von „oldiefan“ ()

      Hallo Reinhard,

      interessante Ergebnisse. Dass sich die Anstiegszeiten, damit Ft, so stark über die Zeit ändern, hätte ich nicht gedacht. Damit sind die Modelldaten stets nur als grobe Näherungen aufzufassen.

      1,8V bei Dir könnten den Hintergrund haben, dass Du am Eingang ein zu Masse symmetrisches Signal von 7Vss hast. 3,5 V abzüglich zweimal Ube kommt (fast) hin. Ich habe den Sprung zwischen 0V und 8V, galvanisch gekoppelt. Meine Signalquelle besteht aus einem schnellen Komparator LM311, der mit einem Schwingkreis beschaltet ist. Ursprünglich ein Bastelobjekt, um Induktivitäten zu bestimmen, hat er sich als erstaunlich vielseitig erwiesen.

      Das erklärt aber m.E. nicht die Messergebnisse der Speicherzeit mit Werten durchweg bei ca. 1 us. Darauf kann ich mir keinen Reim machen. Insbesondere der MJ21196 war ja auch bei der Simulation deutlich schneller mit ca. 70 ns.

      Viele Grüße,
      Christian
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      Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von „chriss_69“ ()

      Hallo Reinhard,

      oldiefan schrieb:

      Ein Motorola MJ15003 von Anfang der 80iger Jahre ist von einem heute von ON Semi (Motorola-Nachfolge) produzierten offensichtlich sehr deutlich verschieden.


      Das hatte ich vermutet. Schön, dass Deine Lagerbestände und Messungen das bestätigen.

      Es macht ja heute eigentlich keinen Sinn mehr noch MJ15003/4 zu produzieren. Ich vermute mal, dass neue Transistoren, die ihre Datenblattparameter bzgl. Spannungsfestigkeit etc. nicht einhalten, entsprechend (down-) gelabelt werden. Ein Markt ist ja offensichtlich noch vorhanden.

      Ein Studienkollege, der in den 90ern in der Halbleiterherstellung tätig war, hat mir mal etwas in der Richtung erzählt. So in der Art: "Erst nachdem wir den Wafer getestet haben, wissen wir was wir da hergestellt haben."

      Erstaunlich ist für mich das gute Abschneiden des ISC-Kandidaten. Ob er die volle Leistung hat? Bei ISC habe ich immer den Verdacht, die stellen eigentlich nur einen Leistungstransistor her, der dann für alle Typen herhalten muss.

      Die Verzögerungszeit beim Einschalten kommt mir auch seltsam vor. Da müsste es größere Unterschiede geben. Kannst Du vielleicht mal einen Plan Deines Versuchsaufbaus zeigen?

      Gruß

      Rolf
      Hallo Reinhard,

      nach etwas Hin- und Herüberlegen, wo die Unterschiede in der Verzögerungszeit herkommen könnten, bin ich bei Deiner Angabe zum Eingangssignal hängengeblieben. 1,5V/us Anstiegsgeschwindigkeit hast Du beim Steuersignal festgestellt.

      Bevor Basisstrom in den Leistungstransistor fließen kann, müssen m.E. die Flußspannungen beider BE-Dioden erreicht sein: 1,0 -1,2V, bevor nennenswerter Stromfluss zustande kommt. Das allein kostet 0,65 bis 0,8 us.

      Es folgt die Aufladung des internen BE-Kondensators, Größenordnung ca. 1 nF. Bei geringem Anstieg des Steuersignals stehen zu Beginn wesentlich kleinere Spannungsunterschiede zur Verfügung, der Strom über den Basiswiderstand ist damit deutlich kleiner, was ebenso die Verzögerungszeit erhöht.

      Dieser Effekt wird auch bei mir zugeschlagen haben. Die etwa 200 ns für nahezu alle von mir getesteten Transistoren geben vermutlich auch kein wirklich realistisches Bild der Unterschiede.
      Der LM311 packt ca. 30V/us, liegt dafür leider nicht in jeder Bastelkiste herum. Möglich wäre aus meiner Sicht der Einsatz eines RC-Oszillators auf Basis eines 74HC14 oder, stromschwächer, mit 4093-CMOS. Letzterer kann auch bei entsprechender Betriebsspannung direkt 0 Volt - 8 Volt-Pulse ausgeben. Evt. ist es auch sinnvoll, die Treiberstufe nochmals anzupassen, ein schneller Mosfet könnte da passen. Ich werde da wohl auch nochmals optimieren.

      Viele Grüße,
      Christian
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      Hallo Rolf, Christian,

      ja, das ist es!

      Ich habe keinen Fehler im Schaltungsaufbau meiner Testschaltung festgestellt. Rolf, sie ist genauso wie die von Christian, allerdings mit diesen schon genannten anderen Bauteilewerten:

      1. Treibertransistor = BF757 (ft = 45 MHz, daran sollte es nicht liegen)
      2. Lastwiderstand = 6,6 Ohm (auch ok, kein wesentlicher Einfluss, verglichen mit 5 Ohm)

      UND, Christian hat recht, klar, ja, mein Rechtecksignal ist symmetrisch zur Masse, schon vom Signalgenerator selbst her. Und der Grund, den Christian nennt, warum ich so viel längere Verzögerungszeit habe, durch das nicht ausreichend steile (weniger schnelle) Rechtecksignal - das ist es! Mein Signalgenerator erzeugt ein Rechteck mit einer Anstiegsrate von 14 V/µs, aber wenn ich damit über den Yamahe Leistungsverstärker gehe, werde ich damit noch zusätzlich um den Faktor 10x auf 1,5 V/µs ausgebremst. Für das Rechteck 7V s-s hatte Christian in der Simulation eine Anstiegszeit von 10ns. Für 120mV s-s habe ich beim Signalgenerator eine Anstiegszeit von ca. 9ns. Mit einem HF-Verstärker, müsste ich die Amplitude bei gleicher Anstiegszeit auf 3,5 V bringen können. Das probiere ich aus. Der HF-Verstärker, den ich habe, arbeitet schon ab 50 kHz. Also müsste ich statt des 25kHz Rechtecks ein 50 kHz nehmen.... So die Theorie...

      Und es funktioniert so in der Praxis. Ich bekomme so eine "Schaltflanke" (50 kHz Rechteck) mit einer Anstiegsrate von 30V/µs, also Anstiegszeit von nur ca. 12 ns für 3,5V (Zeitachse: 10 ns/DIV; Spannungsachse: 500 mV/DIV)





      Aber die relativen Unterschiede der Transistoren sind mit der "zu schlechten" Rechteckanstiegszeit vorher ja trotzdem "rausgekommen". Das wird auch bei einem verbesserten Versuchsaufbau ("schnelleres" = steileres Rechteck) so bleiben. Aber man sollte dann noch besser differenzieren können. Ich werde das mit der Anstiegszeit von 12ns, die ich jetzt mit dem HF-Verstärker erreiche, entsprechend wiederholen.

      Bei ISC gab es offenbar in deren Anfangszeit Probleme in dem Sinne, dass sie die geforderte SOA nicht einhielten, also vorzeitig "abrauchten". Aber seit vielen Jahren ist das vorbei. ISC hat kein Interesse, dass Transistoren, wo ihr eigener Name draufsteht, nicht das halten, was der Typ verspricht und leisten soll. Deshalb ist ISC oft sogar eine gute Wahl. Wer fälscht, schreibt da Sanken, Toshiba oder Motorola oder ON drauf, um sie teuer zu verkaufen, obwohl innen Murks drin ist. Will sagen, unter diesen Markennamen wird mit Fakes Geld verdient. Und meist kann man das äusserlich nicht/kaum erkennen. Aber wo ISC draufsteht, ist sehr wahrscheinlich auch ISC drin.

      Ich selbst habe noch keine ISC Transistoren im Metall TO-3 Gehäuse bis an die Grenze der Belastbarkeit gequält, aber ich habe es mit ISC Transistoren für Grundig A5000 und V5000 Endstufen gemacht (BD745C/BD746C, TO-3PN plastic case). Und da kann ich sagen, sie haben die Nennleistung 100W Sinus von 10Hz bis über 20 kHz unbeschadet über eine Testzeit von über 15 Minuten (und länger, so lange ich wollte) geliefert. Eher hat die Temperatursicherung des mächtigen Kühlkörpers (Klixon, wie beim Wäschetrockner) angesprochen, als das da ein ISC Transistor ausgefallen wäre. Ich hatte nie einen Schaden damit. Auch sonst (THD, IMD etc.) nicht zu beanstanden. Ich habe also bisher keine schlechte Erfahrung mit ISC Leistungstransistoren, im Gegenteil. Das kann ich so von CDIL (Indien) leider nicht sagen, deren Kleinleistungstransistoren sind mir schon fast regelmässig ausgefallen, weil sie die SOA nicht einhalten.

      Gruß
      Reinhard

      Dieser Beitrag wurde bereits 11 mal editiert, zuletzt von „oldiefan“ ()

      Hallo Reinhard,

      einen schnelleren Taktlieferanten zu bauen, lohnt vermutlich nicht. Ich habe heute mit einem 4093 und nachgeschaltetem Kleinschalttransistor SS219 experimentiert. Die Schaltflanke am Basiswiderstand des Leistungstransistors erreicht damit 6 Volt Anstieg innerhalb von 50 ns. An den Einschaltwerten div. Transistoren tut sich trotzdem kaum etwas. 130 bis 200 ns dauert es, bis Kollektorstrom fließt. Vom BUV69, über die MJ150xy bis zum uralten 2N3055. Diese Messung ist durch eine überlagerte gedämpfte Schwingung im Basiskreis eher als eine Schätzung zu betrachten. Die Unterschiede im Gesamtanstieg sind jedoch klar zu sehen. Die Oldies aus den 70ern benötigen die drei-bis vierfache Zeit, um das Dach des Rechtecks zu erreichen.

      Aber sicher ist auch: der MJ15003 weist keine Verzögerungszeit von 1,3 us wie in der Simulation auf. Das wird auch bei den alten Exemplaren so sein. Ich schließe das aus den Messungen der langsamen 2N3055 und des 2N5632, deren Verzögerungszeit ebenfalls im Bereich bis 200 ns liegt.

      Viele Grüße,
      Christian
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      Dieser Beitrag wurde bereits 7 mal editiert, zuletzt von „chriss_69“ ()

      Hallo Christian,

      ich habe jetzt auch eine steile Schaltflanke hinbekommen - mit dem Digitalausgang meines Signalgenerators, der einen TTL-Pegel liefert (5V) mit 10ns Anstiegszeit für 5V.
      Auch mir verhagelt die gedämpfte Schwingung eine genaue Ablesung. Aber es genügt für diese Feststellungen:

      Der "alte" MJ15003 (Motorola 1984) hat eine Verzögerungszeit (t_on) von 200 ns und einen flachen Anstieg (slew rate, Kollektorstrom), wie schon vorher festgestellt.
      Der "neue" MJ15003G (ON Semi 2019) hat eine Verzögerungszeit von 150 bis 200 ns und einen deutlich steileren Anstieg des Kollektorstroms.

      Also Übereinstimmung mit Deiner Folgerung: t_on in der Grösse von µs geht auf falsche Parametrisierung des MJ15003 Modells zurück. Nachweislich liegt mein "alter" MJ15003 von 1984 mit einer steilflankigen Schaltflanke auch bei 200 ns - wie Du richtig vermutet hast.


      Zeitachse: 100ns/DIV

      Der "neue" MJ15003G (ON Semi 2019) ist so gut, dass ich meine frühere Abneigung, die auf den "alten" Motorola Typen der 80iger Jahre beruhte, nicht mehr aufrechterhalten kann.

      Gruß
      Reinhard

      Dieser Beitrag wurde bereits 3 mal editiert, zuletzt von „oldiefan“ ()

      Hallo Reinhard,

      damit ist MJ15003 also rehabilitiert. (:-). Ich freue mich, dass unsere Ergebnisse übereinstimmen. Im Beruf kommt es bei mir oft genug vor, dass ein Experiment, nachvollzogen an einem anderen Standort, plötzlich abweichende Resultate zeigt. Dann geht immer das Rätselraten los: Waren die Bedingungen bei der Bearbeitung im zulässigen Rahmen, gab es Abweichungen bei der Meßmethode, ist diese geeignet für die Fragestellung, gab es Störeinflüsse von außen, gab es nicht bedachte Unbekannte...

      Bei den Models habe ich eine Idee, welcher Parameter die lange Verzögerungszeit verursacht. Dieses Verhalten zeigen:

      MJ15004 aus der standard.bjt
      MJ15003 OnSemi von 2004
      MJ15004 OnSemi von 2004

      Korrekte Verzögerungszeit weisen auf:
      MJ15003 aus der Standard.bjt
      MJ15024/25, dito
      MJ21193/94, dito
      MJ21195/96 von OnSemi

      Bei den Problemmodellen ist CJE mit knapp 100 nF hinterlegt. Bei den anderen Modellen bewegen sich die Werte zwischen 1 und 10 nF.
      Mit korrigiertem Wert für CJE sinken die Verzögerungszeiten prompt in der Simulation. Leider beeinflusst der Parameter auch andere Schaltzeitwerte. Die Anpassung dieses einen Parameters reicht also leider nicht, um ein gut gefittetes Modell zu erhalten.

      Viele Grüße,
      Christian
      **************************************************
      2 + 2 = 5 (für extrem große Werte von 2)
      Hallo Michael, Christian,

      unter "Technik-/Wissenschafts-Affinen" besteht da völlig Einigkeit. Die Anhängern von sog. "alternativen Fakten" sind der Meinung, man könne sich so was interpretieren, wie man es jeweils gerne hätte und ignorieren einfach die tatsächlichen Fakten. Diese Gruppe wird hier im Forum vermutlich gar nicht vertreten sein, also, was rede ich...

      Deshalb habe meine ersten abweichenden Ergebnisse nicht einfach auf sich beruhen lassen. Die Ursachen mussten ausgeräumt werden.
      Die Analyse von Dir, Christian, war gleich "auf den Punkt", das hat es leicht gemacht.

      Grüsse
      Reinhard

      oldiefan schrieb:



      Deshalb habe meine ersten abweichenden Ergebnisse nicht einfach auf sich beruhen lassen. Die Ursachen mussten ausgeräumt werden.


      ...dieser Ehrgeiz kommt mir irgendwie bekannt vor. Und alternative Fakten entpuppen sich bei näherer Betrachtung nahezu ausschließlich als Falschnachrichten, die zum Glück hier nicht gepflegt und verbreitet werden. :)

      Michael und Reinhard, viele Grüße! Mit euch würde ich gerne mal ein Bier trinken gehen.
      Christian
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      2 + 2 = 5 (für extrem große Werte von 2)
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