Odwracacz fazy we wzmacniaczu Williamsona

[Einherjer]

Zgadzam się z Piotrem, że zjawisko, o którym pisze Vacuum Voodoo nie ma prawa się zdarzyć w poprawnie zaprojektowanym odwracaczu fazy z dzielonym obciążeniem. Poprawnie zaprojektowanym, czyli takim, w którym trioda pracuje w zakresie ujemnych napięć siatka-katoda. Prąd siatki może być wtedy na poziomie co najwyżej około 100nA. Składowa zmienna będzie jeszcze dużo mniejsza, z powodu sprzężenia zwrotnego tworzonego przez rezystor katodowy. Zakładając prąd anody 1mA mamy prąd katody większy powiedzmy o 0.01% Rezystory katodowy i anodowy zwykle wybieramy o tolerancji 1%, rezystory siatkowe lamp mocy zwykle też.

[RAF-KI]

Jeżli Toma uznamy za eksperta, to on również wspomina o problemach z symetrią sygnału ( w szczególonych przypadkach) w odwracaszu z dzielonym obciążeniem. Na stronie http://www.mif.pg.gda.pl/homepages/tom/odwracac.htm pisze,pozwolę sobie zacytować:
"Maksymalna amplituda napięcia wyjściowego (na każdym z wyjść) odwracacza fazy z dzielonym obciążeniem jest dwa razy mniejsza od maksymalnej amplitudy napięcia wyjściowego wtórnika katodowego i nie przewyższa 0,2 +VCC. Dolną gałąź stopnia z dzielonym obciążeniem można rozpatrywać jako wtórnik katodowy ze wszystkimi jego właściwościami (dużą rezystancją wejściową, małą wyjściową i wzmocnieniem napięciowym ku÷1). Właściwości wtórnika nie obejmują jednak górnej gałęzi członu, który możemy z kolei rozpatrywać jako wzmacniacz z ujemnym prądowym sprzężeniem zwrotnym, zwiększającym jego rezystancję wyjściową. Innymi słowy, wyjście anodowe jest znacznie wrażliwsze na zmiany obciążenia (zwykle jest to siatka sterująca lampy końcowej) jakie mają miejsce, gdy amplituda sygnału użytecznego przekracza wartość ujemnego napięcia polaryzacji lamp mocy. Ponadto, ze wzrostem częstotliwości wcześniej ujawnia się bocznikujące działanie pojemności w członie górnym i naruszeniu ulega symetria układu (lampy końcowe sterowane są wybitnie niesymetrycznym sygnałem!), którą można nieco poprawić poprzez dodanie do członu dolnego oporu Rx, równego w przybliżeniu Ra. Ze względu na brak wzmocnienia napięciowego, powyższy układ powinien być zasilany ze źródła o stosunkowo dużym napięciu i poprzedzony typowym wzmacniaczem oporowym o dużym wzmocnieniu. "

Na dalszych stronach proponuje dodanie dodatkowego rezystora wyrównującego w dlonej gałęzi.

[Piotr]

Jeżli Toma uznamy za eksperta, to on również wspomina o problemach z symetrią sygnału

A może zamiast uznawać ekspertów włączymy samodzielne myślenie? Inaczej będziemy budować przeciwsobne dławiki...

Dolną gałąź stopnia z dzielonym obciążeniem można rozpatrywać jako wtórnik katodowy ze wszystkimi jego właściwościami (dużą rezystancją wejściową, małą wyjściową i wzmocnieniem napięciowym ku÷1).

Pierwszy błąd. Nie można rozpatrywać wyjść osobno, ponieważ Ia=Ik i obciążenia jednego wyjścia wpływa na drugie. Jeżeli tylko obciążenie jest symetryczne, to nie ma takiej możliwości, aby sygnał był niesymetryczny.

Ponadto, ze wzrostem częstotliwości wcześniej ujawnia się bocznikujące działanie pojemności w członie górnym i naruszeniu ulega symetria układu (lampy końcowe sterowane są wybitnie niesymetrycznym sygnałem!), którą można nieco poprawić poprzez dodanie do członu dolnego oporu Rx, równego w przybliżeniu Ra. Ze względu na brak wzmocnienia napięciowego, powyższy układ powinien być zasilany ze źródła o stosunkowo dużym napięciu i poprzedzony typowym wzmacniaczem oporowym o dużym wzmocnieniu. "

Ciekaw jestem, czy autor spróbował jak działa dodanie owego Rx. Bo teoria mówi, że to piramidalna bzdura. Symetria odwracacza z dzielonym obciążeniem, który nie jest przesterowany, jest znakomita w szerokim zakresie częstotliwości, pod warunkiem, że wyjścia są obciążone symetrycznie, np. identycznymi lampami mocy. Poprzez dodanie Rx następuje desymetryzacja obciążenia i podstawowa zaleta układu zostają zniwelowana.

Weźmy taki przykład. Rysunek 6b, Ra=Rk=Rx=27k. Dodajmy do tego symetryczne obciążenie Rg1=Rg2=27k. Efektywne Raeff wyniesie wówczas 13,5k, natomiast efektywne Rkeff już 18k. Żeby było jeszcze ciekawiej, w dolnej połówce sygnał będzie pobierany nie wprost z Rk, lecz przez dzielnik Rg/(Rx+Rg), czyli zostanie zmniejszony o połowę.
Przy takim obciążeniu i zastosowaniu Rx sygnał dla górnej lampy będzie 1,5 razy większy od sygnału dla dolnej lampy!

Dla odmiany przy obciążeniu Rg1=Rg2=27k i Rx=0 efektywne Raeff=Rkeff=13,5k i oba sygnały pozostają równe.

Czas chyba napisać artykulik i odwracaczu, który obiecałem dawno temu...

[Vic384]

Czesc
Szkoda nerwow. Dla niektorych, jesli jakis GURU napisal, ze "A" to jest "B", nawet przez pomylke, to "A" i tak jest "B".
Dla tych co maja oscyloskopy dwukanalowe, nalozyc sygnaly z katody i anody na ekranie i zrobic sobie zdjecie na pamiatke.
Pozdrowienia

[VacuumVoodoo]

Po nocnych dywagacjach i zasluzonych kilku godzinach snu stwierdzam ze wlasciwie obydwaj (Piotr i nizej podpisany) mamy racje:
Piotr zakladajac "prawidlowo wybrany punkt pracy" ma racje ze zjawisko asymetrii amplitud oraz kompresji dodatniego polokresu na wyjsciu katodowym nie wystapi. Przez "prawidlowo wybrany punkt pracy" rozumiemy tu warunki pracy triody zgodne z podrecznikowymi t.zn. ujemny potencjal siatki sterujacej wzgledem katody, chetnie taki aby w odwracaczu z dzielonym obciazeniem na rezystorze andowym i katodowym odkladalo sie napiecie mniej wiecej rowne 1/3 napiecia zasilania.
Ja zas wzialem pod lupe jedynie uklad odwracacza jak i wtornika katodowego sprzezonego galwanicznie bezposrednio ze stopniem sterujacym. Przez bezposrednie sprzezenie galwaniczne uwazam polaczenie anody z siatka z uzyciem co najwyzej rezystora antyparazytowego a nie dzielnika napiecia. W tym przypadku uzyskanie "podrecznikowo poprawnych" punktow pracy staje sie mocno utrudnione ale nie niemozliwe. Zarowno trioda odwracacza jak i wtornik katodowy beda tu pracowaly z pradem siatki przez co pojawia sie efekty wczesniej opisane jak asymetria amplitud i kompresja gornego polokresu sygnalu pobieranego z katody.
Te zas zjawiska moga (ale nie musza) byc pozadane we wzmacniaczu gitarowym ale nie w odsluchowym.
Stad tez moje objekcje wobec bezposrednio galwanicznie sprzezonego odwracacza na pierwszym schemacie proponowanego Williamsona.
Tak jak wczesniej wspomniano (Mr. Blencowe i.in.) mocne przesterowanie odwracacza z dzielonym obciazeniem skutkuje nieprzyjemnymi znieksztalceniami trudnymi do opanowania.
Mam nadzieje ze powyzsze wyjasnia ewentualne nieporozumienia.

[Piotr]

Mam nadzieje ze powyzsze wyjasnia ewentualne nieporozumienia.

Oczywiście. Dla mnie nieporozumienie zostało wyjaśnione już w poprzednich postach, kiedy stało się jasne, że mówimy o różnych punktach pracy.
Długie przebywanie w jednym przypadku ze sprzętem gitarowym, a w drugim z audio, powoduje różne patrzenie na niby te same układy.

Podsumowując, w audio zalecam:
-poprawnie wybrać punkt pracy odwracacza
-zastosować porządne rezystory Ra=Rk z tolerancją 1%
-nie używać żadnych wynalazków w stylu szeregowego Rx
-cieszyć się znakomitą symetrią i nie przesterowywać swojego wzmacniacza

[Einherjer]

Widzę, że w czasie, gdy pisałem tego posta pojawiło się kilka nowych, a Piotr bardziej zwięźle napisał, to co ja chciałem napisać Skoro się już napracowałem, to pozwolę sobie jednak dodać mojego posta.

Po pierwsze, Tom pisze o problemach pojawiających się, gdy stopień końcowy zaczyna wchodzić w obszar pracy z prądem siatki, a w prawidłowo zaprojektowanym wzmacniaczu Hi-Fi nie powinno się to zdarzyć. Po drugie, wywód dotyczący różnej rezystancji wyjściowej obu gałęzi zawiera niestety poważny błąd w rozumowaniu. Wyprowadzając rezystancję wewnętrzną wyjścia od strony anody i od strony katody, milcząco zakładamy, że tylko ono jest obciążone. Tymczasem niezależnie od tego, jeśli oba wyjścia odwracacza są jednakowo obciążone, to na obu wyjściach amplituda sygnału zawsze będzie identyczna. Łatwo to pokazać, jak się rozrysuje model małosygnałowy układu. Nie mam czasu tego robić, ale przeprowadziłem szybką symulację w LTSpice. Schemat i wynik symulacji w załącznikach. Jak widać obciążyłem wyjścia odwracacza rezystorami o wartości tylko 47kOm i w dodatku równolegle dodałem pojemność 470pF. Na wykresie widać, że amplituda sygnału (ciągłe linie) na obu wyjściach jest identyczna, a przecież przy tak mocnym obciążeniu różnica rezystancji wyjściowej od strony anody i od strony katody powinna się ujawnić w sposób drastyczny.
Mała różnica faktycznie pojawia się w zakresie wyższych częstotliwości. Spowodowane to jest różnymi pojemnościami widzianymi z siatki w stronę katody i anody. Efektywna pojemność siatka-katoda jest pomniejszana przez prądowe sprzężenie zwrotne (rezystor katodowy), natomiast pojemność siatka anoda powiększana przez efekt Millera, ale nie bardzo znacząco, ponieważ wzmocnie wynosi tylko około -1. Trzeba jednak pamiętać, że pojemności międzyelektrodowe triod napięciowych zwykle są w granicach 1-2pF. Na pewno próba naprawienia tego efektu dodatkowym rezystorem skończy się popsuciem symetrii w całym paśmie. Już prędzej by można kombinować z dodawaniem małego kondensatora równolegle do Rk, tylko po co
Teraz pytanie czy stopień przeciwsobny pracujący w klasie B zapewnia jednakowe obciążenie obu wyjść odwracacza? Jeśli pominiemy prąd siatki i rozrzut wartości elementów pasywnych i lamp to odpowiedź brzmi tak. Również pojemność wejściowa (zdominowana przez pojemność millerowską) będzie taka sama --- pomimo tego, że lampa wejdzie w stan odcięcia to napięcie na jej anodzie będzie się zmieniać tak samo jak na anodzie lampy pracującej w stanie aktywnym, dzięki sprzężeniu magnetycznemu połówek uzwojenia pierwotnego.

[Romekd]

Witam.
Na temat inwertera z dzielonym obciążeniem rozmawialiśmy już na naszym Forum wielokrotnie. Osiem lat temu też toczyły się dyskusje (dużo wcześniej również były, ale nie potrafię ich odszukać ) podobne do tej, więc pozwolę sobie je przypomnieć:
viewtopic.php?p=76234#p76234
viewtopic.php?f=8&t=8516&start=0

Wielu Kolegów po tamtych "burzach mózgów" diametralnie zmieniło zdanie na temat działania odwracacza fazy z dzielonym obciążeniem..

Pozdrawiam,
Romek

[Tomek Janiszewski]

Ale ja cały czas mówiłem o poprawnie dobranym punkcie pracy w zakresie ujemnych napięć siatki. We wspomnianym przez ciebie artykule punkt pracy jest wybrany niewłaściwie, co nie oznacza, że inne, dobrze zaprojektowane stopnie WK-WA, czy odwracacze z dzielonym obciążeniem o sprzężeniu bezpośrednim będą się tak zachowywać.

To rzeczywiście jakieś wódu (jak po nadużyciu wódy) z tą asymetrią odwracacza fazy o sprzężeniu katodowym. Skąd ona się bierze, i dlaczego akurat w gitarowcach - niedawno opisywałem:
viewtopic.php?f=19&t=26610&start=45#p300915
Natomiast w odwracaczach fazy obciążonych stopniem pracującym bez przesterowania i prądu siatki, w tym także w układach Williamsona źródłem niewielkiej asymetrii może okazać się pojemnościowe sprzężenie odwracacza ze stopniem wstępnym. Do katody lampy odwracającej fazę popłynie pewien prad przez rezystor upływowy w siatce tej lampy, w wyniku czego napięcie na wyjściu anodowym będzie nieznacznie mniejsze. Można tego uniknąć polaryzując siatkę odwracacza z dzielnika napięciowego (np. rezystor 1M dołączony do masy oraz rezystor 3M dołączony do zasilania; dodatkowy mały rezystro w katodzie jest wówczas zbędny) względnie skompensować asymetrię różnicując oporności obciążenia w katodzie i anodzie. Prościej jednak zastosować sprzężenie galwaniczne, pamiętając jedynie, ze w takiej konfiguracji pierwsza trioda powinna mieć większy opór w anodzie niż w typowym wzmacniaczu oporowym. Nie zawęzi to przenoszonego pasma, dzięki temu że odwracacz z dzielonym obciążeniem ma bardzo małą pojemność wejściową, nieznacznie większą niż wtórnik katodowy.

[Piotr]

Do katody lampy odwracającej fazę popłynie pewien prad przez rezystor upływowy w siatce tej lampy, w wyniku czego napięcie na wyjściu anodowym będzie nieznacznie mniejsze.

Pamiętaj, że rezystor ten jest bootstrapowany, czyli dla wzmocnienia odwracacza na poziomie 0,9 efektywna wartość tego rezystora będzie dziesięciokrotnie większa. Przy Rg=470k i Ra=Rk=47k, otrzymamy asymetrię na poziomie 1%, czyli taką jak dokładność porządnych metalizowanych rezystorów. W praktycznym układzie Ra=Rk będzie często mniejsze, a wzmocnienie bliższe jedności, więc zjawisko jest całkowicie pomijalne.

[Tomek Janiszewski]

Swego czasu stworzyłem na własne potrzeby modele kilku lamp dla PSPICE, w tym ECC82, często stosowaną w odwracaczu z dzielonym obciążeniem. I wyszło mi że przy rezystorach jakie podałeś asymetria jest nieco większa, bo ponad 2%. Należało bowiem jeszcze uwzględnić obecność rezystora polaryzacji automatycznej (3,3k) włączonego między katodą a katodowym rezystorem obciążenia Sprawił on że wzmocnienie wyjścia wtórnikowego było niższe niż założyłeś (niewiele ponad 0,8) stąd i mniej skuteczne bootstrapowanie rezystora siatkowego. Oczywiście po zablokowaniu tego rezystora kondensatorem (powinien mieć on tak przynajmniej 10uF, więc w grę wchodzi tylko elektrolit) asymetria malała do nieco ponad 1%, jak jak oszacowałeś. Zwiększa to jednak jeszcze bardziej liczbę elementów, w porównaniu z układem o sprzężeniu galwanicznym.
Tak czy inaczej asymetria jest mała (co zresztą zaznaczyłem na początku) i nie ma co robić tragedii, bo i lampy końcowe mogą mieć różne nachylanie. Chciałem tylko wskazać na inne możliwe źródło asymetrii niż różna impedancja obu wyjść odwracacza, którą to przyczynę akurat można łatwo wyeliminować (a nawet łatwiej jest wyeliminować niż pozostawić), jako że przypadków kiedy to sprzężenie galwaniczne mogłoby być niewskazane wyobrazić sobie nie potrafię, choć być może jakiś szczególny przypadek istnieje.

[o-----c]

Panie Tomaszu, wyłuszczył Pan to wszystko ładnie. Kolega Romek także. Dodam od siebie, bo mam wrażenie, że nigdy nie padło nawet słowo/zdanie ilustrujące to, co się tak naprawdę dzieje z katodyną obciążoną siatkami przesterowanych lamp mocy. Pisałem o tym dawno, zakładając - jak widać zupełnie naiwnie - że czytający są na tyle biegli w temacie, co wszechstronni. Myliłem się, a co gorsza jako człek nie po politechnice, zapewne użyłem niezręcznych, nie do końca jasnych (i jednoznacznych) sformułowań. Otóż można przyjąć (i to jest to "nigdy nie padnięte" zdanie), że klampująca sygnał na katodzie inwertera siatka sterująca lampy mocy, z grubsza(!) działaniem przypomina chwilowe "podłączanie" do katody odwracacza "kondensatora katodowego". Rośnie więc gwałtownie wzmocnienie tego stopnia, jakim jest katodyna, a co przejawia się możliwymi do łatwego zaobserwowania na oscyloskopie zniekształceniami, te zaś powodują - delikatnie mówiąc - "niepożądane muzycznie" zniekształcenia. To i tylko to. Każdy, kto NIE przeczytał np. dostępnego, pirackiego Blencowe'a, miał prawo uważać, że to brednie. OK, rozumiem. Ale mając dostęp zarówno do do kniżki, jak i do oscyloskopu, trzeba być po prostu zakutym łbem, aby niczym uwarunkowane zwierzę radzieckiego uczonego reagować ślinotokiem na każdą wzmiankę o tym odwracaczu. To nawet nie jest śmieszne. Ale to da się leczyć. Przy okazji - opisane przez Blencowe'a typy zniekształceń (można doczytać i zobaczyć oscylogramy na str. 169 "gain spike" -effect, "frequency-doubling" effect) można do pewnego stopnia redukować. Jak? napisano w kniżce. Wspomniał o tym Kol. VacuumVoodoo (swirl). Napisane jest tam także na temat właściwości tego odwracacza, skądinąd b. dobrego pod względem niektórych parametrów i SYMETRYCZNEGO. Pożałowania godnych wrzutek o "przeciwsobnych dławikach" nie skomentuję.

[Piotr]

Pożałowania godnych wrzutek o "przeciwsobnych dławikach" nie skomentuję.

Szkoda, że nie skomentujesz, bo chętnie bym się dowiedział dlaczego są "godne pożałowania". Moim zdaniem na "Stronie Toma" jest sporo grubych błędów, których przeciwsobny dławik i dokładanie Rx w odwracaczu są najbardziej jaskrawymi przykładami.
Czy ty uważasz te rozwiązania za prawidłowe?

Nie bardzo rozumiem idei twojego wywodu. Piszesz o zniekształceniach powstających podczas przesterowania, podczas kiedy cała dyskusja tyczyła wzmacniacza w normalnych warunkach pracy, bez przesterowania zarówno odwracacza, jak i stopnia końcowego. Co poeta miał na myśli?

[o-----c]

Szkoda, że nie skomentujesz, bo chętnie bym się dowiedział dlaczego są "godne pożałowania".

- o ile Admin za chwilę nie wyrzuci fragmentu tego wątku za offtop, to odpowiem, łopatologicznie, choć nie nt. techniki lampowej. A to dlatego, że Pan Szanowny nie odpuszcza żadnej okazji, żeby tak zupełnie "po ludzku" mówiąc - "przysrać". To jest zasadnicza kwestia. Ale wspomniałem, że da się to leczyć. Pan Szanowny nie zauważa, że zupełnie niezasłużenie kreując mnie na "jakiegoś guru" (do czego nigdy sam nie rościłem pretensji), czyli wycierając sobie usta mną w mniej lub bardziej zawoalowanej formie, sam wchodzi w buty takiego guru. Co ciekawe polemizuje Pan Szanowny - a jakże, w swoich zupełnie niezaczepnych wypowiedziach - z autorami różnych książek, w tym podręczników, czemu dawałem wyraz tu i ówdzie. Nie ze mną więc Pan polemizuje, a wytknięte błędy, zawarte w literaturze, co do których nie mam powodu "się nie przyznać" przyjmuję "na klatę" i do korekcji. Przyjmuję więc z pokorą, że zjadł Pan Szanowny wszystkie rozumy i takich cienkich bolków jak ja, rozkłada Pan na łopatki. Usatysfakcjonowany? Czy jeszcze czegoś Pan nie rozumie?
BTW miałem wrażenie, że na forum technicznym można się spierać/argumentować "dla dobra" ogółu uczestników. Każdy, nawet początkujący, wnosi jakąś cegiełkę. Natomiast nie widzę najmniejszego powodu, abyś Pan trwał w zdumiewającym ufiksowaniu na mojej skromnej osobie. To gorąca prośba i apel. A każdy kto nazwie mnie "jakimś guru", z automatu...wolę nie pisać.

[Piotr]

Chciałbym zwrócić uwagę, że w żadnym miejscu nie odniosłem się do autora zacytowanej strony, a jedynie do jej zawartości.
Zawartość ta jest błędna i dopóki taka będzie, dopóty będę o tym przypominał, w momentach kiedy będzie ona cytowana bądź przywoływana jako argument w dyskusji.

Swoją drogą, nie miałem pojęcia, że jesteś autorem tej strony, twój nick na to nie wskazuje.
Nie ma to jednak znaczenia o tyle, że jak wspominałem, nie odnoszę się do osoby, lecz do treści strony.

[edit] Z ciekawości zajrzałem na nią i widzę, że akapit o przeciwsobnym dławiku zniknął (albo oślepłem jeszcze bardziej). W związku z tym przepraszam i obiecuję nie używać już argumentu przeciwsobnego dławika. Co do Rx w odwracaczu z dzielonym obciążeniem - patrz wyżej