http://nextvasko.web.data.bg/phpbb/viewtopic.php?t=2552Хммм! При конструиране на кой и да е лампов усилвател, всеки конструктор, дори и работещ с готова схема не правили ли по няколко пъти подобни сметки?
Или само аз хабя хартия и изтърквам клавишите на калкулатора...
Интернетът май промени нещата... Както и да е, да започна най-после, извинявам се за зкъснението. Ще дописвам непрекъснато, че иначе секунда невнимание и ...
С благодарност към Том Шланген
http://www.tubes.mynetcologne.de/roehren/daten/el36pentode_as_triode_v2.pdf (копилефт, хихи)
Ето го (с благодарност към Сатанчо) и нашия чертеж с товарната права:
Какво представлява картинката... Това е семейство изходни характеристики (черните априлски линии), а именно зависимости на анодния ток от напрежението на анода (Ia(Еa), катода е на нулев потенциал), всяка - при различно решетъчно преднапрежение Eg. В случая разглеждаме триодно свързване, което означава, че:
- всички напрежения са относително катода на лампата,
- втората решетка е свързана към анода (обикновено - през резистор от порядъка на 100 ома за предотвратяване на паразитни високочестотни осцилации).
- третата решетка понякога е на катода, понякога - на анода... В общия случай можем да подозираме, че ако нищо друго не е указано по подразбиране май третата решетка е на катода. При лъчеви тетроди с по-голяма степен на вероятност можем да приемем, че лъчевите пластини са свързани към катода.
- анодът при триодно свързване представлява накъсо свързаните (обединени) втора решетка и анод, както по ток, така и по разсейвана мощност.
- катодният ток, както винаги, е сума от всички останали тоци в лампата. В нормалния случай катодния ток е равен на анодния, който в случая е анодния и тоя на втората решетка.
- Милъровият ефект (
http://nextvasko.web.data.bg/phpbb/viewtopic.php?t=1002 ) е по-кофти от тетродно/пентодно свързване, демек, действуващият входен капацитет в триодно свързване е с пъти по-голям от тоя в справочника.
На картинката са нанесени още два вида линии:
- крива на максималната мощност, разсейвана на анода (червената и оранджевата за 20 и за 15 Вт съответно). На прима виста не мога да кажа другарят Шланген за какви случаи дава 15 и за какви - 20 Вт, но, базирайки се на справочните данни аз ще се хвана за 15 Вт. Често пъти се дават веднъж максималната допустима разсейвана мощност само за анода и максимално допустимата за анода и втората решетка, което е валидно за триодното свързване. Произведението на тока на анода и напрежението на анода за всяка точка от тия криви е едно и също. Работната точка (Ia, Еа при покой - демек, без сигнал на решетката) следва да се избира под кривата на максималната разсейвана мощност. Същевременно товарната права може да "наднича" над тая крива без фатални последици стига да не прекаляваме...
Избор на работна точка:
Ако проследим товарната права, построена със зеленикаво на картинката, виждаме, че за нея остатъчното напрежение на лампата е около 55 волта. Това е точката, в която товарната права се пресича с изходната характеристика на лампата при нулево преднапрежение на решетката. В случая работната точка, която сме избрали е първата предложена от другаря Шланген, 250В 60 мА и товарната права е за 4,5к аноден товар. Товарната права построяваме елементарно:
4500 ома означава, че при 90 волта изменение на напрежението върху товара ще имаме 20 мА (закон на ом, нямам линк под ръка в момента... U=I.R, 0,02А.4500Ом=90В), при 180 волта - 40 мА. Лампата и товарът си разпределят анодното захранване във всеки един момент, при увеличаване на тока през последователно свързаните лампа и първична намотка на трансформатора (тя е и аноден товар) напрежението върху товара се увеличава, а върху лампата намалява. Е, 'дигаме токаът с 40мА, на товарът падат 180 волта - понеже тия волтове падат от анодното захранване надолу, то на анода на лампата в тоя случай ще останат 250-180=70 волта. Това ни е лявата точка за построяване на товарната права. Надясно аналогично... само че с една много важна разлика:
първичната намотка на трансформаторът има индуктивност. Без нея еднотактните стъпала с трансформаторен изход не могат да работят. На определянето й ще се върнем малко по-натам... Индуктивността по природа се инати на промяната на тока през нея като противопоставя напрежение. При увеличаване на токът падът на напрежение се увеличава. Нищо особено. Особеното започва, когато започнем да намаляваме токът - тогава индуктивността реагира с обратно напрежение (flyback). В нашия случай имаме следното:
- в покой токът (той е еднакъв за всички елементи - демек, все едно дали токът през катода, анода+втората решетка, първичната намотка на трансформаторът или източникът на анодно напрежение
) е 60 мА, падът на напрежение върху първичната намотка на трансформаторът е малък (образуван от омичното съпротивление на първичната намотка) и даже за момент можем да го пренебрегнем, демек, имаме покой, на първичната намотка нямаме пад на напрежение.
- започваме да намаляваме токът. Индуктивността на първичната намотка се опъва с обратно напрежение... в резултат на което напрежението на анода надхвърля това на източника на анодно захранване. -20 мА по 4500 ома означават, че в първичната намотка ще се индуцират 90 волта, които ще са НАД захранването. Може да изглежда малко като перпетум мобиле, но това е бобина, те така работят. Откъде се взима тая енергия?? Ами това е енергията, запасена от постоянния ток, той я е "налял" в магнитното поле на бобината. Как определихме, че ще се държи като 4500 ома? Преводното отношение на натовареният трансформатор ограничава индуктивния характер на бобината на тая стойност.
С ДРУГИ ДУМИ, СИНУСОИДАТА НА АНОДА Е ЦЕНТРИРАНА ОКОЛО ПОСТОЯННАТА ВЪВ ВРЕМЕТО СТОЙНОСТ НА АНОДНОТО ЗАХРАНВАНЕ, при "долната" полувълна освен директно предаване на енергия от първичната във вторичната намотки на трансформатора (и следователно - от анода на лампата към товара) става и "напомване" на магнитното поле на трансформаторът (което напомпване и в покой го има от токът на покой), а при горната полувълна трансформаторът има грижата да върне натрупаната енергия, изхвърляйки напрежението на анода над захранването и осигурявайки двуполярно напрежение на първичната си намотка. Как се запазва формата на напрежението при това изхвърляне? Лампата си остава линеен усилвателен елемент. Погледнете отново изходните й характеристики. Те са триодни и в това свързване (общ катод) лампите си останаха уникални елементи с такава изходна характеристика. Триодни означава, че семейството изходни характеристики са рязко възходящи, че малко увеличение на напрежението на анода води до сравнително голямо увеличение на тока през анода. Уравнението на триода e Ia= S.Ug + (Ua/Ri). С други думи, при зададено входно напрежение, лампата осигурява пропорционално напрежение на анода си, а на "дефектите" на това напрежение се съпротивлява с вътрешното си съпротивление. Ако трансформаторът се опита да изхвърли повече, отколкото трябва, лампата ще пусне повече ток и ще погълне излишъка и обратно. Така тя с тока си поддържа изходното напрежение дори и при обратноходовият процес, когато напрежението на анода е по-високо от захранването.
[/i]Това е важен и често пъти неразбиран детайл от работата на изходното еднотактно трансформаторно стъпало клас "А", затова си позволих да му отделя малко повече внимание.
И така, при намаление на тока с 40мА (до 20 мА) ще получим от магнитното поле на трансформатора 180 волта над анодното, демек, напрежението на анода ще стане 250+180=430 волта. Точката 430 волта, 20 мА е втората за построяване на товарната права.
През точките 70В 100 мА и 430В 20мА прекарваме права, която ни е товарната права.
Сега... за чий Х ни е толкова тая товарна права?!? И още - наистина ли е права? За по-лесно разглеждаме идеализиран вариант, в който е права. При реактивен товар (импедансът на озвучителните тела има както капацитивна, така и индуктивна съставна...) дефазирането в поемането на енергия от товара я "отваря" към елипса, но нека не се омотаваме отсега...
Товарната права е в състояние да ни даде три много важни неща - максималният размах на напрежение на първичната намотка на изходния трансформатор, груба идея за изкривяванията и размахът на решетката за получаване на пълна мощност. Макс. размах напървичната ни дава мощността, която можем да "натъпчем" в трансформатора при избраните Ra, работна точка и лампа. В случая за клас "А" (без положителни напрежения на решетката) получаваме 55 волта, които ще паднат на лампата в най-отпушения момент (Ug=0). От работната точка това са 195 волта размах. Първичните разглеждания на една схема се правят за синусоидален сигнал. При него ефективната стойност е 1/(2^0,5)~0,707 от максималната (амплитудната). Демек, ще имаме 138 волта ефективен размах на напрежението. Размахът на тока при размах 195 волта на товар 4500 ома е 43 мА, на което ефективната стойност е 31 мА. Произведението на тия две ефективни стойности ни дава синусоидалната мощност, която можем да получим в случая - 4,2 Вт. В обобщен вид тая мощ е P=(U^2)/(2R). Препоръчвам тая формула да я назубрите, тя е валидна за какъв да е усилвател и периодично се спори "колко вата мога да изкарам на 4 ома при 35 волта захранване...". Тя е много важна и по друга причина - тя означава, че при удвояване на съпротивлението на товара мощността намалява двойно, и още по-важното - че намаление на амплитудата два пъти дава 4 пъти намаление на мощността.
Уточнението "синусоидална мощност" никак не е случайно. Реалният музикален сигнал е доста далече от някаква си синусоида. Ако имаме две синусоиди на нашия анод, с различна честота, и амплитуди 100 волта и 30 волта, ще имаме моменти от времето, когато ще се застъпват амплитудните стойности и на двете - в тия моменти на анода ще има 130 волта обща амплитуда. Ако са 10 сигнала... Е, аз съм срещал цифрата 3 - която означава, че за да не ни се насища усилвателя за всеки един момент от музиката трябва да носим 3 пъти по-голяма от амплитудата на един-единствен тон. 3 пъти по амплитуда е 9 пъти по мощност - с други думи, музикалната мощност е 10% от синусоидалната, или в нашия пример - 0,42 Вт.
Амплитудата на решетката получаваме лесно - като видим кио изходни характеристики при кои напрежения на решетката пресичаме с тая товарна права... Малко или много по-сложно, но пък много важно е с изкривяванията. В случая изходните характеристики са през 4 волта. Ако вземем крайните 0/-4В и -76/-80В и свалим отвесно проекциите им на оста Х ще получим колко волта на анода се получават от 4В на решетката в двата края на амплитудната характеристика. Не ме бийте много ако не съм уцелил, горе-долу излизат 24 и 20 волта. (При преднапрежение -39В ще ни трябва амплитуда на решетката към 40В за случая.) При идеално линейна лампа ще трябва да са равни. В случая имаме изкривяване. Вдясно характеристиките се сгъстяват, наляво се разтварят. Същото става и отдолу нагоре. Ако теглим през работната точка правата водоравно ще получим най-равни отсечки, следователно, най-малки изкривявания. Това е товарна права на аноден товар равен на безкрайност (източник на ток) и по формулата за мощността не е трудно да определим, че мощността, която ще получим върху него е нула. Така стигаме до една основна зависимост при триодните стъпала - с увеличаване на отношението Ra/Ri (наричано също алфа) изкривяванията и мощността, които получаваме, намаляват. Нещо, което не е очевидно - с увеличаване на алфата се увеличава и дъмпинг факторът. Той е ограничен и от трансформатора, но да караме едно по едно... Максимумът на полезната мощ за триод теоретично е при Ra=2Ri. Но това не е случаят с най-ниски изкривявания. Ето тук има широко поле за всеки да си избира количество или качество...
Май е време да се върнем на избора на работна точка... Получихме на 4500 ома 4,2 Вт при 15 Вт на анода (КПД 28% без отчитане на КПД-то на трансформатора). Ако вдигнем напрежението от 250 на 300 волта и пропорционално променим останалото какво ще стане? Токът ще трябва да е 50 мА, Ra 5400 ома. Оставаме на 15 Вт разсейвана от лампата мощност. Товарната права ще "полегне", което означава най-малкото, че
- ще сече по-линейно изходните характеристики на лампата
- остатъчното напрежение на лампата (при нулево преднапрежение на решетката) ще е по-ниско. Едва ли не всеки волт е от значение, нали помните, че мощността, която вадим е пропорционална на квадрата на тоя размах. Между другото, лампата, която разглеждаме е със сравнително ниско остатъчно напрежение, при други лампи нещата може да са доста по-обезсърчителни (EL84, ГУ50...да не говорим за ГМ70).
Далавера отвсякъде. Стига да издържи лампата. Ето две елементарни причини за "аудиофилските" пренапрегнати режими на лампите. Хайде сега някой да извади точните данни за тоя случай, аз ще карам нататък. В същото време ни се увеличи и преднапрежението (нещо, което при разумен подход няма да ни притесни особено) и необходимата амплитуда за разклащане на лампата (което малко по малко може да стане доста досадно...).
Между другото бих искал горещо да препоръчам да си правите справка със справочните данни като се юрнете да повишавате напрежението, особено за триодно свързаните тетроди и пентоди - напрежението на втората решетка често пъти има доста по-ниска максимална граница, отколкото анодното. Срещал съм мнението, че това ограничение се дава за пентодно свързване, където при високо напрежение на втората решетка токът към нея и оттам разсейваната върху нея мощност са по-кофти случай, отколкото в триодно свързване. Все пак аз не бих препоръчал силно превишение на дадените от производителя граници, въпреки ширещите се аудиофилски мнения аз си мисля, че тоя който е правил лампата може да не е бил идиот и да ги е давал тия данни с основателна причина.
Дотук определихме режима на крайната лампа и видяхме за какво служи товарната права. Юруш на трансформатора сега...
Имаме: избран аноден товар Ra, постоянен ток през първичната Ia,o, товарно съпротивление на усилвателя (примерно, 4 ома). Имаме също, разбира се, минимална честота. Защо именно минимална? Ще видим след мъничко като се потопим в чудния свят на магнетизма...
За магнитопроводи на изходни трансформатори се използвува изключително силициева ламарина. Затова тука ще се занимавам с такъв магнитопровод. Магнитните изчисления са физика, не важат за точно определен магнитен материал, но все пак тая уговорка може да е полезна за яснотата на начинанието. Магнитопроводът има много характеристики, но за нас е най-важна една в случая - зависимостта на магнитната проницаемост от индукцията. Ето за едно конкретно желязо, което съм мерил, тая зависимост:
Какво става в желязото? Магнитната му проводимост е построена от много, много и мъъънички магнитни елементчета. Без външна намагнитваща сила те са хаотично "подредени". Това води до ниска магнитна проницаемост. С прилагането на външна намагнитваща сила те малко по малко се насочват по посока на тая сила. С това въвеждане на "ред срещу хаоса" магнитната проводимост (проницаемост, мю) на материала се увеличава. Както се вижда от картинката, с увеличаване на намагнитващата сила се достига максимум на магнитната проницаемост (в случая - малко над 15 000 при около 1,3 тесли). След това започват да се изчерпват възможностите за доориентиране на още елементчета и магнитната проницаемост започва да спада. Още по-натам настъпва насищане, при което всички вече са ориентирани докрай и магнитопроводът все едно "изчезва" - мю-то клони към мю-то на въздуха и вакуума... Е, максимумът е желаната работна точка. С нея може да се играе, разбира се, но засега да се прицелим в нея...
За магнитните изчисления и съображения при конструирането на изходни трансформатори горещо препоръчвам следните линкове:
ftp://slivova.info/andro/Electro/CHOKES_Rev2.rtfhttp://nextvasko.web.data.bg/phpbb/viewtopic.php?t=190http://nextvasko.web.data.bg/phpbb/viewtopic.php?t=766ftp://slivova.info/andro/vestnikara_fromru_com/vestn/n1/hogson.htmftp://slivova.info/andro/vestnikara_fromru_com/vestn/n3/berglund.htmftp://slivova.info/andro/vestnikara_fromru_com/vestn/n3/moir.htmОсновните формули, на които се основава изчислението на трансформатори и дросели са само няколко. Постоянният ток, протичащ през намотката (какъвто е случаят с еднотактен изходен каскад – токът на покой на крайната лампа) създава в желязото индукция:
B=0,001257.μr.I.N/le, където
В е индукцията в тесли, Т
0,001257 е магнитната проницаемост на вакуума
μr е относителната магнитна проницаемост на магнитопровода в работната му точка (както вече видяхме, тя зависи от намагнитващата сила). Тази величина показва колко пъти е по-проводим материалът от вакуума.
I е постоянният ток, протичащ през намотката в ампери
N е броят на навивките
le е средната дължина на магнитната силова линия в мм
L=0,001257.μr..S.N.N/le, където новите величини са:
L е индуктивността в хенри
S е сечението на магнитопровода в м2
Желязото само по себе си не може да носи магнитната енергия, създавана от практически използвуваните изходни трансформатори, при приемливи габарити. Затова се въвежда немагнитна междина. Тя сериозно намалява магнитната проницаемост на магнитопровода и увеличава възможностите за натоварване. С малко сметки може да се види, че това иска впоследствие компенсация с повече намотки. Относителната магнитна проницаемост с въвеждане на немагнитна междина е
μr’=le.μr/(μr.2g + le), където
μr е относителната магнитна проницаемост на самото желязо
2g е обшата дължина на немагнитната междина, или g е дебелината на немагнитната пластинка.
Индукцията, създавана от синусоида е
B = Um / (2.pi.f.S.N ), където
Um е амплитудата на напрежението върху намотката.
pi е 3,14
f е честотата на синусоидата, Hz.
С малко игра с тия формули можем да получим следните зависимости:
N = Ra.I / (2.pi.f.B.S), където Ra е анодния товар (в първия случай – 4500 ома), а f е най-ниската честота, за която изчисляваме трансформатора. Сега вече избираме магнитопровод (сечение S) и работна точка на желязото (индукция В).
μr’ = Ra.le / (0,001257.S.N.N.2.pi.f) (le е в мм)
и вече от относителната магнитна проницаемост получаваме нужната ни немагнитна междина:
2g = le.(μr - μr’)/(μr.μr’)
в последната сметка le и 2g могат да са в метри, милиметри, педи или каквото ви душа иска...
Следва продължение...
За приблизително изчисление на изкривяванията на еднотактно стъпало обяснения има в
ftp://slivova.info/andro/vestnikara_fromru_com/vestn/n3/outse.htmС уважение,
Андро
