Zener Dioden werden sehr heiß!

[bnitram]

Hallo zusammen,
ich habe mal ein Frage zur Temperatur von Zener Dioden. Ich habe vor kurzem einen alten Onkyo Verstärker gekauft. Bei der Reinigung ist mir aufgefallen das ein Teil der Platine schon richtig dunkel geworden war. Ich hatte direkt das Gefühl das da wohl etwas zu heiß wird. Gestern habe ich den Verstärker mal so eine halbe Stunde auf Zimmerlautstärke laufen lassen und anschließend mal die Temperatur(mittels IR Thermometer) von den einzelnen Bauteilen gemessen. Dabei musste ich feststellen das die Dioden bereits eine Temperatur von etwa 65-70°C hatten. Da wundert es mich auch nicht das die Platine bereits verfärb ist.
Zu meiner eigentlichen Frage: Ist die Temperatur noch ok oder sollte man darüber nachdenken stärkere Dioden zu verbauen?
Es sind Zenerdioden vom Typ: MTZ15C

Hier mal ein paar Bilder von der Platine und den Dioden(D912 & D913) und ein Auszug von dem Schaltplan(es handelt sich um die gelb markierten Dioden) des Verstärkers:
315543155531556


MfG
bnitram

[Peter(TOO)]

Hallo bnitram,

ich habe mal ein Frage zur Temperatur von Zener Dioden. Ich habe vor kurzem einen alten Onkyo Verstärker gekauft. Bei der Reinigung ist mir aufgefallen das ein Teil der Platine schon richtig dunkel geworden war. Ich hatte direkt das Gefühl das da wohl etwas zu heiß wird. Gestern habe ich den Verstärker mal so eine halbe Stunde auf Zimmerlautstärke laufen lassen und anschließend mal die Temperatur(mittels IR Thermometer) von den einzelnen Bauteilen gemessen. Dabei musste ich feststellen das die Dioden bereits eine Temperatur von etwa 65-70°C hatten. Da wundert es mich auch nicht das die Platine bereits verfärb ist.
Zu meiner eigentlichen Frage: Ist die Temperatur noch ok oder sollte man darüber nachdenken stärkere Dioden zu verbauen?
Es sind Zenerdioden vom Typ: MTZ15C

Die maximale zulässige Kristall-Temperatur liegt bei 175°C.
Laut Datenblatt beträgt die maximale Verlustleistung 0.5W @ 25°C.

Da müsste man jetzt mal den Zenerstrom messen oder nachrechnen.

Grundsätzlich ist die Temperatur noch kein Problem, wenn die Dioden kühler bleiben steigert dies aber ihre Lebenserwartung etwas.

MfG Peter(TOO)

[White_Fox]

Wenn ich die Verfärbung als Markierung der Wärmeverteilung richtig deute, liegt es gewiss nicht nur an den Dioden. Ich schätze fast, die müßten längst über den Jordan sein wenn die Dinger tatsächlich alleinverantwortlich für deine Beobachtung sein sollen. Und ob 70°C für eine dauerhafte derartige Verfärbung ausreichen kann ich leider nicht aus eigener Erfahrung beurteilen, aus dem Bauch heraus kommt es mir aber unwahrscheinlich vor.

Die Verfärbung passt auch nicht zu den Dioden, die liegen bloß mittendrin. Auf dem zweiten Bild kann man sehen, daß, von der Verfärbung ausgehend, noch wenigstens der schwarze Elko zwischen den zwei blauen Lastwiderständen ordentlich warm werden muß. Der Lastwiderstand auf der linken Seite sieht auch schon ordentlich mitgenommen aus. Und wenn du die Ränder der Verfärbung genau beobachtest kannst du auf diesem Bild auch sehen, daß sie sich genau um die Anschlüsse der Lastwiderstände und auch den untersten der Elko-Reihe schön gleichmäßig ausbreitet. Auch der oberste Lastwiderstand scheint über seine Anschlussbeinchen ordentlich Wärme abzugeben.

Vielleicht solltest du die Messung mal wiederholen und den Verstärker in verschiedenen Lastbereichen fahren. Und die Temperatur anders aufnehmen wäre auch nicht schlecht. Ich bezweifle, daß du mit einem IR-Thermometer die Wärme von den Dioden von der Wärme der Widerstände oder Elkos unterscheiden kannst. Ob die angezeigte Temperatur dann auch irgendetwas mit der tatsächlichen Erwärmung zu tun hat (unterschiedlicher Emissionsgrad, usw.) ist sowieso wieder eine andere Frage.

[bnitram]

Hallo und danke für die schnellen Antworten.
Wie gesagt, der Verstärker lief nur auf Zimmerlautstärke und nur etwa eine halbe Stunde. Ob es bei lauterer Musik und längerem Betrieb heißer wird, müsste ich mal testen.
Das das IR Thermometer nicht sehr punktuell misst ist mir auch bewusst, ebenso wie die unterschiedlichen Emissionsgrade. Ich hab da so ein Mittelwert genommen. Aber selbst wenn es 10° mehr oder weniger wären, dann wäre es immer noch heiß genug bzw. ja noch heißer.
Ich werde das ganze wohl nochmal testen und mal vorsichtig fühlen welches der Bauteile wirklich heiß wird. Hab leider aktuell kein anders Thermometer mit dem ich das machen könnte.
Auf einem anderen Bild was ich im Internet gefunden habe, kann man unten am Rand auch erkennen das die Platine verfärbt ist. Scheint also nicht nur bei meinem der Fall zu sein:
http://www.hifi-pictures.net/amplifiers-home/Onkyo%20A-8830/tranzistori.jpg

MfG

[White_Fox]

Nach einer halben Stunde kannst du davon ausgehen, daß die entsprechenden Teile ihre Endtemperatur längst erreicht haben. Thermische Prozesse sind zwar träge, aber du hast dafür auch sehr wenig Masse. So ein Widerling ist bei voller Belastung innerhalb von zwei Minuten sehr warm.

Noch eine Sache: Die Schaltung ist an dieser Stelle bereits für eine höhere Verlustleistung ausgelegt. Der Hersteller hat hier nicht umsonst Lastwiderstände (ich schätze mal so 2,5W) und verbaut die auch nicht umsonst mit längeren Beinchen. Die Auslegung scheint aber etwas knapp bemessen zu sein.

[Peter(TOO)]

Hallo,
Ich hatte heute Mittag keine Zeit mir die Fotos richtig anzusehen.

Wie gesagt, der Verstärker lief nur auf Zimmerlautstärke und nur etwa eine halbe Stunde. Ob es bei lauterer Musik und längerem Betrieb heißer wird, müsste ich mal testen.
Das das IR Thermometer nicht sehr punktuell misst ist mir auch bewusst, ebenso wie die unterschiedlichen Emissionsgrade. Ich hab da so ein Mittelwert genommen. Aber selbst wenn es 10° mehr oder weniger wären, dann wäre es immer noch heiß genug bzw. ja noch heißer.
Ich werde das ganze wohl nochmal testen und mal vorsichtig fühlen welches der Bauteile wirklich heiß wird. Hab leider aktuell kein anders Thermometer mit dem ich das machen könnte.

Also die Z-Dioden werden unter Volllast eher weniger warm werden.

Die +/-15V werden die Eingangs- und Vorstufen des Verstärkers versorgen. Wenn diese mehr Strom ziehen, wird der Zenerstrom kleiner.
Wenn die +/-15V nicht einbrechen, bleibt der Strom durch die Widerstände konstant und an deren Erwärmung ändert sich nichts.

Das billige Hartpapier verfärbt sich schon bei niedrigen Temperaturen mit der Zeit, die Verfärbung ist von daher unkritisch.
Wie schon geschrieben wurde, wird die Verfärbung vor allem von der Abwärme der Widerstände kommen. Dazu müsste man aber auch die Kupferflächen auf der Unterseite sehen. Ein Teil der Wärme wird auch über diese abgegeben.

MfG Peter(TOO)

[bnitram]

Hallo nochmal,
ich hab's jetzt noch einmal getestet. Es sind tatsächlich die Widerstände. Danke für den Tipp.
Kupfer gibt's auf der Rückseite genug:
31559
Ich hab die Dioden mal rot, und die Widerstände blau markiert.

Original verbaut sind 1W Widerstände. Ich denke ich werde die mal gegen 2W Widerstände tauschen. Ich bin kein Freund von heiß werdender Elektronik ;)

Aber nochmal vielen Dank für die Hilfe!

MfG
bnitram

[White_Fox]

Viel Erfolg dabei.

Kleiner Tipp:
Die Beinchen der Widerlinge wie original etwas länger lassen. Das geht ganz gut, wenn du die Dinger erst sauber U-förmig biegst, sodaß sie von alleine ohne Nachhilfe in die Lötaugen rutschen. Dann etwas als Abstandhalter unter die Widerstände legen (dann ist die Höhe überall gleichmäßig) und anschließend die Beinchen auf der Unterseite auseinanderbiegen. Dann ERST die Beinchen kürzen und DANN anlöten. Sieht erstens schöner aus, vor allem aber wird die Lötstelle nicht unnötig mechanisch belastet.

[PICture]

Übrigens, für bestmögliche Kühlung am besten ist die ungekürzte Beinchen vorm einlöten am etwas rundes z.B. passenden Bohrer umwickeln. ;)

[Manf]

Das billige Hartpapier verfärbt sich schon bei niedrigen Temperaturen mit der Zeit, die Verfärbung ist von daher unkritisch.Das sehe ich auch so, und ich meine man kann damit nicht viel falsch machen wenn man die Schaltung mit ihren Werten beibehält.

Was wurde als Verbesserung vorgeschlagen? Größere Verlustleistungswerte der Widerstände und thermische Isolation gegenüber der Platine durch längere Anschlussdrähte. Die Platine wird dann nicht so warm. Die Wärme wird verstärkt über die Widerstände an die Luft abgegeben. In der Umgebung sind die Elkos die natürlich mehr als die Platine vor Wärme geschont werden sollten. Das wird auch nicht kritisch sein solange sie sich nicht berühren, aber es wird auch nicht so sehr ein Vorteil sein, dass es den Umbau rechtfertigt.

Als Gegenbeispiel habe ich die Beschreibung der 1N400x (vor 40Jahren) mit ihren relativ großen Stomwerten für ihre Baugröße in Erinnerung. Da hieß es sie haben natürlich auch recht dicke Anschlussdrähte die die Wärme an die Platine abführen. Mit genügend Kupferfläche ist das ein opimaler Kühlkörper, natürlich nur wenn man die Anschlussdrähte bis zur breiten Kupferbahn kurz hält.

Was könnte helfen ohne Einschränkungen? kleine Kupfer-Kühlfahnen auf der Oberseite an die Widerstandsbeinchen anlöten?, erscheint irgendwie ein Bisschen heftig, - Konvektion sicherstellen, staubfrei ist die Schaltung ja wohl.

[Peter(TOO)]

Als Gegenbeispiel habe ich die Beschreibung der 1N400x (vor 40Jahren) mit ihren relativ großen Stomwerten für ihre Baugröße in Erinnerung. Da hieß es sie haben natürlich auch recht dicke Anschlussdrähte die die Wärme an die Platine abführen. Mit genügend Kupferfläche ist das ein opimaler Kühlkörper, natürlich nur wenn man die Anschlussdrähte bis zur breiten Kupferbahn kurz hält.
Das ist heute bei Leitungshalbleitern in SMD wieder aktuell.
Da wird oft die Wärme über das Kupfer der Leiterplatte abgeleitet und im Datenblatt gibt es dazu Angaben, wie das Kupfer geätzt werden muss.

[White_Fox]

Das sehe ich auch so, und ich meine man kann damit nicht viel falsch machen wenn man die Schaltung mit ihren Werten beibehält.
Naja, wenn sich die Bauteile selbst schon verfärben wie der eine Widerling kann man den Aufwand ruhig betreiben. Sollte man vielleicht sogar. Und wenn man die vom Hersteller geplante Obsoleszenz aushebeln will geht das in der Regel nicht anders.

Bei meinem Netzteil z.B. werde ich die Kühlung auch umbauen und nicht so belassen wie der Hersteller sie gefertigt hat. Weil ich eben schon sehe daß das nicht ewig halten wird. Der Hersteller hat vermutlich nicht damit gerechnet daß ich den maximalen Strom bei minimalstem Widerstand für lange Zeit fahren will...möglicherweise will ich das aber. Klar kann ich auch einfach ein Netzteil kaufen daß das bestimmt kann. Allerdings bin ich ansonsten sehr zufrieden mit dem Gerät und der finanzielle Aufwand für ein unverwüstlicheres Netzteil übersteigt den des Umbaus.

[bnitram]

Hallo nochmal,
ich hab jetzt die passenden Widerstände besorgt und eingebaut. Auf ein "verdrehen" der Beine habe ich verzichtet. Sah, wie ich fand, nicht so schön aus ;)
Aber zum eigentlichen. Die Temperatur beträgt jetzt "nur" noch 50°C nach der selben Messmethode wie am Anfang. Ist also immer noch ordentlich warm, aber schon mal etwas weniger. Damit kann ich leben.
Noch ein Bild von den eingebauten Widerständen:
31583

Zum Schluss noch ein Dank an alle Helfer. Damit hat sich das Thema jetzt erledigt.

MfG
bnitram