Klasyczny ultralinear, ale większy

[Ola Boga]

Dlaczego przebieg na wyjściu jest niesymetryczny?

[Misiek13]

Dlaczego przebieg na wyjściu jest niesymetryczny?

To wynika z faktu ładowania się kondensatorów w katodach. Pierwszy naładował się C1 więc prąd U1 szybciej spadł i na U2 zaczęło się obcinanie anodowe. Dołączam przebiegi prądów w anodach:

Zrzut ekranu z 2023-12-30 20-10-09.png

Napięcie na anodach: Zielona U1 niebieska U2

Zrzut ekranu z 2023-12-30 20-13-14.png

I najciekawsze napięcie na katodach: kolory jak przy napięciach na anodach. Tutaj widac jak zmienia się punkt pracy lamp w stanie nieustalonym.

Zrzut ekranu z 2023-12-30 20-15-16.png

Na podstawie tego przebiegu widać też wyższość układów o polaryzacji stałej nad układem o polaryzacji automatycznej.

[Ola Boga]

To jest bardzo ciekawe. Jak znajdziesz jeszcze trochę czasu, to z wielką chęcią zobaczę po jakim czasie układ dochodzi do stanu ustalonego.
Domyślam się, że czas ustalenia będzie zależał od doboru Ck, a ilość zniekształconych okresów od częstotliwości sygnału.
Zastanawiam się nad tym w kontekście następujących rzeczy:
1. W prawdziwej muzyce ciągła pełna moc występuje wyłącznie dla najniższych częstotliwości.
2. Czasem w muzyce występują impulsy o amplitudzie bardzo mocno przekraczającej wartość średnią, ale jest to moc chwilowa. W którymś wątku RomekD pokazywał, jak bardzo takie impulsy mogą "wystawać" i okazało się, że jest to znacznie więcej, niż mogło by się wydawać.
3. W muzyce początki dźwięków w zasadzie zawsze mają bardzo skomplikowany kształt, który bardzo mocno bierze udział w rozpoznawaniu barwy dźwięku. Możliwe, że zniekształcenie początku będzie znacznie bardziej słyszalne, a nie wyjdzie w statycznych pomiarach.

Na podstawie tego przebiegu widać też wyższość układów o polaryzacji stałej nad układem o polaryzacji automatycznej.

To akurat nie jest tajemnicą, ale z jakiegoś powodu wydawało mi się, że zjawisko będzie dokładnie odwrotne. Intuicyjnie przyjmowałam, że pierwsze okresy sygnału będą mogły mieć dużą amplitudę bez zniekształceń, po czym po naładowaniu Ck i przesunięciu punktu pracy dostępna amplituda spadnie. To by było chyba lepsze z punktu widzenia odtwarzania muzyki, ale z symulacji wychodzi przeciwna sytuacja...

Polaryzacja stała byłaby idealna, gdyby lampy się nie starzały i nie miały rozrzutu parametrów. Może w praktyce optymalna by była polaryzacja mieszana? Na tyle dużo stałej, żeby zminimalizować zniekształcenia, ale na tyle duży Rk, żeby można było zrezygnować z indywidualnej regulacji punktów pracy dla każdej lampy...?
A gdyby w ten sposób przesunąć się bliżej klasy B i uzyskać większe moce, niż te 35/50/100W?
Przyznam szczerze, że uzyskanie na przykład 40-45W z pary EL34, albo 60-70W z KT88 we wzmacniaczu bez wtykania mierników i kręcenia pr-kami co tydzień, brzmi bardzo kusząco. Tylko to już dużo więcej obliczeń, symulacji i pomiarów, bo wychodzimy poza klasyczne kanony.

[Misiek13]

Tutaj masz pierwsze 100ms przebieg prądów katod - zilony U1, niebieski U2:

Zrzut ekranu z 2023-12-31 13-39-43.png

Napięcie na wyjściu:

Zrzut ekranu z 2023-12-31 13-42-44.png

W układzie występuje jeszcze jedno zjawiasko - stan nieustalony w transformatorze wyjściowym - rdzeń zaczyna się nasycać wskutek pojawienia się składowej stałej napięcia na uzwojeniu pierwotnym. Zastosowany w przykładzie model transformatora jest mocno uproszczony - są to sprzężone indukcyjności, wszystkie mają ten sam współczynnik sprzężenia 0,999 oraz mają zdefiniowaną rezystancję szeregową. W przyjętym modelu nie ma mowy o parametrach magnetycznych rdzenia.

Domyślam się, że czas ustalenia będzie zależał od doboru Ck, a ilość zniekształconych okresów od częstotliwości sygnału.

Tak, to prawda. Celowo zastosowałem do symulacji stosunkowo małą pojemność kondenstatora i częstotliwość 100Hz. Przyjęcie takich warunków lepiej nam uświadomi zjawiska występujące w tym układzie.

1. W prawdziwej muzyce ciągła pełna moc występuje wyłącznie dla najniższych częstotliwości.

To też jest prawda. Dodatkowo pełna moc występuje nie w sposób ciągły. KIedyś ktoś mądzejszy ode mnie (chyba RomekD) pisał o mocy średniej oddawanej przez wzmacniacz 100W przy pełnym wysterowaniu dla różnych gatunków muzyki. Z tego co pamietam dla muzyki poważnej było to niecałe 2W a dla techno blisko 10W. Pozostałe gatunki mieściły się gdzieś pomiędzy.

2. Czasem w muzyce występują impulsy o amplitudzie bardzo mocno przekraczającej wartość średnią, ale jest to moc chwilowa. W którymś wątku RomekD pokazywał, jak bardzo takie impulsy mogą "wystawać" i okazało się, że jest to znacznie więcej, niż mogło by się wydawać.

Pewnie to ten sam lub zbliżony wątek o którym wcześniej wspominałem. Kiedyś też "zmęczyłem" książki D. Selfa i B. Cordella gdzie też tego typu dywagacje były. Obecnie większość z nas korzysta z cyfrowych źródeł dźwięku, gdzie te "wyskoki" amplitudy są limitowane przez maksymalną wartość sygnału z DAC-a. Gorzej jest, gdy wzmacniacz jast "napędzany" żywym sygnałem nie poddanym kompresji albo jakiejś obróbce.

To akurat nie jest tajemnicą, ale z jakiegoś powodu wydawało mi się, że zjawisko będzie dokładnie odwrotne.

Do wczoraj też tak przyjmowałem. W tym przypadku sprawa jest jasna - wskutek większego wysterowania maleje wzmocnienie wzmacniacza wskutek przesuwania się punktu parcy lamp w stronę klasy B.

Może w praktyce optymalna by była polaryzacja mieszana?

Polaryzacja mieszana mogłaby być lepsza. Niebawem przygotuję taka symulację np. 1/2 napięcia siatki z rezystrów katodowych i 1/2 ze źródła. Rodzajem polaryzacji półautomatycznej jest też wspólny rezystor katodowy dla 2 lamp. Producenci lamp jednak w swoich kartach katalogowych zalecają stosowanie oddzielnych rezystorów katodowych.
Zbudowałem kilka wzmacniaczy z polaryzacją stałą i jeżeli nie przesadziłem z rezystorem w siatce pierwszej oraz moca wydzielaną w anodzie to korektę prądu wykonywałem bardzo rzadko.

[Einherjer]

Misiek13
Wszystko fajnie, ale nasycenia rdzenia LTSpice też nie modeluje, jeśli użyjesz tylko sprzężonych cewek... https://electronics.stackexchange.com/q ... o-anything

[Misiek13]

Wszystko fajnie, ale nasycenia rdzenia LTSpice też nie modeluje, jeśli użyjesz tylko sprzężonych cewek..

Tak zgadza się. Może tego wprost nie napisałem
Swego czasu zacząłem rozważać zastosowanie modelu:
https://ltwiki.org/index.php?title=The_Chan_model
dla rdzienia i dla transformatora (Chan Transformer na końcu opisu)
https://ltwiki.org/index.php?title=Transformers
Jednak zabrakło mi zawziętości aby z karty katalogowej dla blachy transformatorowej, np. tej:

DB_isovac_530-50A_E_280715.pdf

wyciągnąć wszystkie dane potrzebne do modelu.
Myślę, że wspólnymi siłami uda nam się stworzyć modele rdzeni transformatorowych z popularnych kształtek, np. EI84/42 czy EI120/54 choćby dla jednego gatunku blachy, chyba, że ktoś już to zrobił a ja to przegapiłem. Na pewno kiedyś widziałem na rosyjskiej stronie modele rdzeni do PSpice.

[Einherjer]

To skąd wiesz, że na początku symulacji rdzeń się nasyca?

[Einherjer]

Myślę, że wspólnymi siłami uda nam się stworzyć modele rdzeni transformatorowych z popularnych kształtek, np. EI84/42 czy EI120/54 choćby dla jednego gatunku blachy, chyba, że ktoś już to zrobił a ja to przegapiłem. Na pewno kiedyś widziałem na rosyjskiej stronie modele rdzeni do PSpice.

Gdybym jako hobbysta mógł sobie bez problemu kupić kilkanaście (a nie kilkaset) kg takich blaszek grubości 0.3 mm z materiału o określonych i powtarzalnych parametrach to może bym się nad tym zastanawiał. A tak to szczerze mówiąc nie widzę większego sensu. Chociaż jak bardzo chcesz mogę pomóc, tylko musiałbym się przegryźć przez artykuł pana Chana najpierw.

[Ola Boga]

Transformator w rzeczywistości jest chyba najbardziej skomplikowanym i najtrudniejszym do zasymulowania elementem takiego układu.

Ale ja w międzyczasie zastanawiam się nad czymś innym, pewnie prostszym:

1. Jak na pracę naszego stopnia wpływa proporcja ia(max) do Ia(0)? Wiadomo, im większa, tym zniekształcenia przebiegu w stanie nieustalonym będą większe, ale dobrze by było poznać przebieg tej zależności, żeby zobaczyć, czy jest jakiś optymalny punkt, w którym wzrost mocy wyjściowej jest już znaczący, a zniekształcenia jeszcze rozsądnie małe.

2. Czy te zniekształcenia będą mniejsze, jeżeli rezystor katodowy będzie mniejszy przy tym samym prądzie spoczynkowym? Oczywiście w klasycznym układzie UL z polaryzacją automatyczną taki manewr nie jest możliwy, bo przy danym Ua(0) mamy to samo Ug2(0), więc jeżeli założymy Ia(0), to otrzymamy konkretną wartość Rk.
Ale jeżeli zamiast UL zastosujemy sprzężenie katodowe, będzie można obniżyć Ug2(0) na przykład do 1/2 Ua(0), co pozwoli na uzyskanie założonego Ia(0) przy znacznie mniejszym Rk. Ze wstępnych obliczeń widzę, że może to być redukcja mniej więcej dwukrotna.
Czy zmniejszając Rk możemy sobie pozwolić na większą proporcję ia(max) do Ia(0), czy nie będzie miało to znaczenia?

[Marek7HBV]

Rozważania, a także symulacje z niepełnymi danymi są bardzo niedokładne. W zasadzie należy wykonać pomiary uśredniające stosując przynajmniej kilka par lamp w kilku punktach pracy. Niestety teoria nie wystarczy.

[Misiek13]

To skąd wiesz, że na początku symulacji rdzeń się nasyca?

Nie wiem, lecz podejrzewam. To czy rdzeń się nasyci zależy od jego parametrów. Sytuacja będzie różnie wyglądała dla różnych typów rzeni. Podejrzewam, że sytuacja będzie wyglądała najgorzej dla transformatora toroidanego o dużej przenikalności rdzenia, natomiast zjawisko nie będzie miało miejsca w rdzeniu ze szczeliną.
Jako dygresję dodam, że dawno temu w czasach własnej edukacji miałem laboratorium, na którym badaliśmy stany nieustalone transformatora 1-fazowego. Z tego co pamiętam najgorsza sytuacjia była, gdy transformator był załączony w zerze. Badany transformator był zasilany napięciem znamionowym i pracował na biegu jałowym.

Gdybym jako hobbysta mógł sobie bez problemu kupić kilkanaście (a nie kilkaset) kg takich blaszek grubości 0.3 mm z materiału o określonych i powtarzalnych parametrach to może bym się nad tym zastanawiał. A tak to szczerze mówiąc nie widzę większego sensu. Chociaż jak bardzo chcesz mogę pomóc, tylko musiałbym się przegryźć przez artykuł pana Chana najpierw.

Obecnie jestem na etapie pozyskiwania parametrów jakiejkolwiek blachy transformatorowej - w kartach katalogowych nie ma pętli histerezy. Znalazłem tylko jakiś artykuł z wykresem dla M600-50 czyli blachy nie zbyt dobrej do zastosowań audio. Wstępna symulacja cewki wyszła, teraz pozostaje transformator.

[Ola Boga]

Jeżeli dobrze liczę, a raczej szacuję, to gdyby przyjąć Ug2(0) = 1/2 Ua(0), a maksymalną proporcję ia(max) do Ia(0) równą 4, do z pary EL34 można by wycisnąć jakieś 45W, a z pary KT88 65-70W. Jak na polaryzację automatyczną, byłby to wynik imponujący, ciekawe, czy realny...

[Misiek13]

Rozważania, a także symulacje z niepełnymi danymi są bardzo niedokładne. W zasadzie należy wykonać pomiary uśredniające stosując przynajmniej kilka par lamp w kilku punktach pracy. Niestety teoria nie wystarczy.

Koncepcja jest jak najbardzie słuszna. Problem jest jednak w tym, że 1 szt. tej lampy kosztuje jakieś 600-700zł. Nie jest sztuką zrobić projekt na jakiejś popularnej lampie, do której dostępne są wszystkie charakterystyki oraz modele do symulacji. Ten projekt to podróż w nieznane i wszyscy możemy się czegoś nauczyć.

[Marek7HBV]

I dlatego odpowiedzi trzeba szukać na ,,bogatszych,, forach.

[Misiek13]

Jeżeli dobrze liczę, a raczej szacuję, to gdyby przyjąć Ug2(0) = 1/2 Ua(0), a maksymalną proporcję ia(max) do Ia(0) równą 4, do z pary EL34 można by wycisnąć jakieś 45W, a z pary KT88 65-70W. Jak na polaryzację automatyczną, byłby to wynik imponujący, ciekawe, czy realny...

Potrzebuję Ua, Ug2, Raa i %cfb i zaczynamy.