Wzmacniacz na bazie kitu Audio Note ANK1 - wzbudzenie w jednym kanale

[pcichomski]

Czy możesz początkującemu podpowiedzieć jak to policzyć?

Nie sądzę abyś był takim zupełnie początkującym skoro używasz oscyloskopu i złapałeś te oscylacje. Większość osób nie zwróciła by uwagi na ten szczegół przy przesterowanym wzmacniaczu.

W analogówce i wzmacniaczach początkujący . Choć wykształcony elektronik, to jednak głównie cyfrówka, a od lat poza zawodem, ale wracam do pasji młodości.

W tym wzmacniaczu są 2 układy korekcji (kompensacji) częstotliwościowej:
1. C7 R8 połączony z R1 - wpływ rezystancji wewnętrznej pentody pomijam
2. R16 C8
W większości układów stosuje się tylko jeden z tych sposobów. Aby policzyć te elementy musisz znać parametry transformatora na końcu pasma przenoszenia. Producenci nie zawsze te parametry podają. Tak naprawdę możesz to zmierzyć charakterystykę częstotliwościowo-fazową w otwartej pętli- będziesz już miał punkt wyjścia. Najprostsze kryterium stabilności to wzmocnienie układu w otwartej pętli dla przesunięcia fazowego 90 stopni musi być mniejsze lub równe wzmocnieniu pętli czyli stosunkowi R3/R16 plus 1. Zakładając, że głównym elementem kompensacyjnym jest układ pkt 1 liczysz go tak aby charakterystyka częstotliwościowa spełniała warunek stabilności. Na początek może policz sobie stałe czasowe członów kompensacyjnych i przelicz je na częstotliwości - C7*R8, C7*(R1+R8) i R16*C8. Na podstawie tych wyliczeń będziesz wiedział jak te parametry mają się do pasma przenoszenia transformatora i wzmocnienia układu. Po tych obliczeniach i sprawdzeniu stabilności układu w otwartej pętli wrócimy do dyskusji.

Policzyłem stałe czasowe i f graniczne:
f1 (R8/C7) = 284 kHz
f2 (R8/R1/C7) = 10,2 kHz - tu nie bardzo rozumiem czemu jest T=(R1+R8)*C7, skoro jest to układ "szeregowo - równoległy"
f3 (R16/C8) = 340 kHz

Jutro pomierzę wzmacniacz w otwartej pętli, tylko nie wiem czy dobrze zrozumiałem:
- odłączam USZ,
- mierzę charakterystykę i szukam f, przy której przesunięcie fazowe między Uwe i Uwy przekroczy 90 st. Przy tej f odczytuję wzmocnienie ku.

[Einherjer]

Jutro pomierzę wzmacniacz w otwartej pętli, tylko nie wiem czy dobrze zrozumiałem:
- odłączam USZ,
- mierzę charakterystykę i szukam f, przy której przesunięcie fazowe między Uwe i Uwy przekroczy 90 st. Przy tej f odczytuję wzmocnienie ku.

Kryterium stabilności mówi, że układ ze sprzężeniem zwrotnym jest stabilny, jeśli wzmocnienie pętli jest mniejsze od jedności dla częstotliwości, przy której przesunięcie fazy jest równe 180 stopni. Co to jest wzmocnienie pętli? Jest to wzmocnienie samego wzmacniacza w otwartej pętli, przemnożone przez wzmocnienie czwórnika sprzężenia zwrotnego, który w naszym wypadku składa się z R16, R3 i C8. Przykładowo, jeśli dla pewnej częstotliwości sam wzmacniacz ma wzmocnienie 10.0 i przesunięcie fazy 20 stopni, a czwórnik wzmocnienie 0.1 i przesunięcie 15 stopni, to wzmocnienie pętli wyniesie 1.0 z 35 stopniami przesunięcia fazy. Podręcznikowo wyrazilibyśmy wzmocnienia liczbami zespolonymi, które ujęłyby razem amplitudę i fazę, ale zostańmy już przy prostszej arytmetyce. Teraz masz dwie opcje, mierzyć sam wzmacniacz w otwartej pętli i potem uwzględnić czwórnik sprzężenia zwrotnego przy robieniu wykresu Bodego, albo dołączyć do obciążenia elementy odpowiadające R16, R3 i C8, które chcemy sprawdzić i mierzyć napięcie na wyjściu takiego dzielnika.
Nie wiem skąd kolega Misiek13 wziął te 90 stopni i resztę

[Misiek13]

Nie wiem skąd kolega Misiek13 wziął te 90 stopni i resztę

Tutaj troszkę na ten temat napisałem:
https://www.forum-trioda.pl/viewtopic.p ... 59#p418059
Przy 176 stopniach było nieciekawie.
Kryterium Nyquista nie neguję, jednak któryś z autorytetów sugerował 90 stopni więc to przepisałem. Chodzi o wprowadzenie odpowiedniego marginesu fazy. Dawniej autorzy sugerowali jakieś 135 stopni. Wg mojego rozeznania 100 stopni wystarczy, jednak już 120 będzie powodowało uwypuklanie na końcu pasma oraz oscylacje przy prostokącie.
Od kiedy przyjąłem te zasady skończyły się problemy ze stabilnością a układy, które w ten sposób dobrałem zadziałały bez żadnych korekt przy uruchamianiu.

Wracając do wzmacniacza z tematu i jego oscylacji. Układ ma szacunkowo następujące wzmocnienie:
wzmocnienie V1p czyli jakieś 100-200 pomnożone przez wzmocnienie stopnia na EL84 ul dla obciążenia 8Ω około 1,2 to daje nam szacunkowy zakres od 120 do 240. Bez obciążenia wzmocnienie może wzrośnie 2-krotnie - to w końcu układ ul.
Stosunek R16/R3=120 i teraz mam dylemat. Sprzężenie zwrotne jest bardzo płytkie. Przy przesterowaniu wzmocnienie spada. 26-krotne zmniejszenie wzmocnienia przy 280kHz za pomocą R8 i C7 nie trzyma się kupy. Wzmocnienie już przy 10kHz spada o 3dB. Kondensator C8 daje -3dB dla 340kHz - jego wpływ ie powinien być widoczny. Układ powinien być stabilny. Muszę się zastanowić.
Martwi mnie też niska częstotliwość obserwowanych oscylacji. Możliwe, że coś sprzęga się przez zasilanie lub przez pole transformatora. Można by spróbować symulacji AC ze źródłem za zasilaniu żeby wyeliminować sprzęganie przez zasilanie.

[Marek7HBV]

Martwi mnie też niska częstotliwość obserwowanych oscylacji. Możliwe, że coś sprzęga się przez zasilanie lub przez pole transformatora. Można by spróbować symulacji AC ze źródłem za zasilaniu żeby wyeliminować sprzęganie przez zasilanie.

Najczęściej powodem oscylacji jest błąd montażu, a w takim prostm układzie brak połączenia rdzenia transormatora do masy i indukowane sprzężenie w połączeniu USZ {z praktyki }.

[Einherjer]

Nie wiem skąd kolega Misiek13 wziął te 90 stopni i resztę

Tutaj troszkę na ten temat napisałem:
https://www.forum-trioda.pl/viewtopic.p ... 59#p418059
Przy 176 stopniach było nieciekawie.
Kryterium Nyquista nie neguję, jednak któryś z autorytetów sugerował 90 stopni więc to przepisałem. Chodzi o wprowadzenie odpowiedniego marginesu fazy. Dawniej autorzy sugerowali jakieś 135 stopni. Wg mojego rozeznania 100 stopni wystarczy, jednak już 120 będzie powodowało uwypuklanie na końcu pasma oraz oscylacje przy prostokącie.
Od kiedy przyjąłem te zasady skończyły się problemy ze stabilnością a układy, które w ten sposób dobrałem zadziałały bez żadnych korekt przy uruchamianiu.

Przeoczyłem to w tamtym wątku, może dlatego, że ogólnie pisałeś z sensem.
Dla układów liniowych stacjonarnych stosujemy pojęcie stabilności Bounded-Input-Bounded-Output (BIBO). Jest ono ściśle zdefiniowane i zero-jedynkowe. W przypadku układów ze sprzężeniem zwrotnym możemy użyć kryterium Nyquista, żeby zidentyfikować czy jest on BIBO stabilny. Ty natomiast stosujesz pojęcie stabilności wg Miśka13, które o ile rozumiem oznacza, że wzmacniacz jest BIBO stabilny oraz posiada odpowiedni zapas fazy tak, żeby sygnał prostokątny na wyjściu się Miśkowi13 podobał. Wszystko fajnie, tylko, że stosujesz w swoich postach pojęcie stabilności wg Miśka13, nie informując o tym, pisąc to tak jakby chodziło o ogólnie przyjęta definicję.

[Misiek13]

Zastanowiłem się i chyba mam podejrzenia skąd wzięły się oscylacje w podanym miejscu. Jest to układ ul, zatem jest duże prawdopodobieństwo, że przy pełnym wysterowaniu lampy V2 i V3 się nie wyłączają - nie sprawdzałem w tym przypadku więc piszę o prawdopodobieństwie. Teraz pierwszy przypadek - wzrasta napięcie anodowe na V1-P, to powoduje wzrost napięcia na katodzie V1-T, dalej wzrasta napięcie na siatce pierwszej V3. W tym samym czasie w takim samym stopniu maleje napięcie na anodzie V1-T i maleje napięcie na siatce 1 V2. W momencie gdy dojdziemy do przesterowania i pojawi się prąd siatki 1 V3 popłynie prąd przez kondensator C4 co spowoduje wzrost prądy katody i anody V1-T. W czasie gdy płynie prąd przez C4 V1-T staje się wzmacniaczem w układzie wk o wzmocnieniu kilkunastu razy (na szczęście trioda ECF80 ma wzmocnienie tylko 20, w przypadku ECF82 gdzie trioda ma wzmocnie 40 sytuacja będzie wyglądała gorzej) i w tym momencie jeżeli V2 nie jest jeszcze wyłączona wzmocnienie układu wzrasta. Ten nagły wzrost wzmocnienia może spowodować oscylacje właśnie w tym miejscu, w którym były widoczne na oscylogramie. To jest najprawdopodobniej punkt, w którym pojawia się prąd siatki 1 na V3. Zjawisko ustępuje w momencie zaniku prądu siatki. Tego typu zjawisko może zupełnie nie występować dla lamp V2 i V3 pracujących w trybie pentody.

[Marek7HBV]

,,,,Pisałem w swoim poście: zamieniałem między kanałami praktycznie wszystkie elementy: wszytkie kondensatory, niemal wszystkie rezystory, lampy i transformatory. Bez skutku, zakłócenie pozostaje zawsze w tym samym kanale.
Problemem jest zapewne jakaś pojemność pasorzytnicza między jakimiś ścieżkami, nie zadbałem o to,,,,

[pcichomski]

Wykonałem proponowane przez Kolegów testy i pomiary. Zacznę o tych bez efektu.

1. W trybie PENTODY – bez zmian, dalej pojawiają się oscylacje w R przy przesterowaniu o takim samym charakterze.

2. Zaekranowałem przewody doprowadzające UZS z transformatorów do płytki – bez pozytywnego wyniku.

3. Zmniejszyłem R16 w USZ do 3,3k. Spadło wzmocnienie, ale w R bez zmian przy przesterowaniu.

4. Odłączyłem UZS
– R - bez zmian (przed przesterowaniem OK, ale po przesterowaniu zakłócenia o tym samym charakterze),
- L – czysto, nie wzbudza się mimo braku USZ, również po przesterowaniu.

5.
Wykonałem pomiar charakterystyk w szerszym zakresie (rys.1), pierwszą z odłączonym tylko USZ (1A), drugą z dodatkowo wylutowanym C7 (1B). Nie wiem jak rozumieć skokowe „przerzuty” fazy, ale może jest to właśnie punkt przejścia przez 180st i taki sposób działania pomiaru „Bode Plot” w moim oscyloskopie.
Widać, że bez korekcji bardzo spadło wzmocnienie w R nawet w paśmie akustycznym, ale pewnie ma to związek z tym co wykryłem później.

Po przełączeniu się z powrotem na tryb oscyloskopowy (nadal odłączone USZ i C7/R8) okazało się, że w prawym kanale na tle sygnału jest oscylacja jak na rys.2. Nie zauważyłem tego wcześniej, bo kondensator korekcyjny C7 wylutowywałem przy załączonym trybie „Bode Plot” w oscyloskopie.

Tak więc wzmacniacz się w prawym kanale się wzbudza. Pomiar napięcia na anodzie pentody ECF80 pokazuje, że wzbudzenie to jest już w tym miejscu: rys.4, zielony ślad.
Podpinanie sondy do anody zmienia amplitudę i f wzbudzenia (rys.3 i rys.4)

Następnie odłączyłem generator i zwarłem wejścia przed potencjometrem do masy.

- przy odłączonej sondzie pomiarowej od anody na wyjściu cały czas jest sygnał wzbudzenia, zmniejsza się on przy skręcaniu potencjometru w skrajne położenia, ale nie całkowicie (5, 6, 7)
UWAGA: Na tych oscylogramach zielony ślad to zakłócenie, bo podłączona sonda leżała obok pozostałych, ale nie była podłączona do anody V1P i nie wyłączyłem tego kanału z ekranu.

- po podłączeniu sondy (ustawiona na x10) w skrajnych położeniach potencjometru oscylacje znikały (rys. – widać że przyłączenie sondy wpływa „pozytywnie” na zerwanie oscylacji. Potem po powolnym obracaniu potencjometru nie od razu pojawiały się oscylacje, ale w pewnym momencie nagle „zaskakiwały” (rys.9).

Dodam że przy odłączonym USZ i wylutowanym C7 w lewym kanale nie ma żadnych problemów.

Mam więc gdzieś problem w samej płytce – jakaś pojemność między ścieżkami na przeciwnych warstwach?

Niestety mam w tym momencie problem z Kicadem, żeby zrobić zrzut tego fragmentu płytki, ale może doświadczeni koledzy są wstanie powiedzieć w jakim miejscu pasożytnicza pojemność może wywołać tego typu oscylacje po otwarciu sprzężenia.

[Misiek13]

Czy sprawdzałeś kondensator C9 68p w siatce 1 ECF80? Możliwe, że w kanale R on nie kontaktuje.

[Einherjer]

Niestety mam w tym momencie problem z Kicadem, żeby zrobić zrzut tego fragmentu płytki, ale może doświadczeni koledzy są wstanie powiedzieć w jakim miejscu pasożytnicza pojemność może wywołać tego typu oscylacje po otwarciu sprzężenia.

Najbardziej prawdopodobnym źródłem problemów jest zwykle sprzężenie z anody na siatkę pierwszą.

[pcichomski]

Niestety mam w tym momencie problem z Kicadem, żeby zrobić zrzut tego fragmentu płytki, ale może doświadczeni koledzy są wstanie powiedzieć w jakim miejscu pasożytnicza pojemność może wywołać tego typu oscylacje po otwarciu sprzężenia.

Najbardziej prawdopodobnym źródłem problemów jest zwykle sprzężenie z anody na siatkę pierwszą.

Trafiony - zatopiony. Ku własnej satysfakcji odnotuję tylko fakt, że właśnie tą przyczynę znalazłem przed przeczytaniem tego posta .

Przyjrzałem się dokładnie układowi ścieżek i w tym kanale skrzyżowałem ścieżkę sygnału od R7 do siatki ze ściażką między anodą i R1. Ścieżkę przeciąłem w 2 miejscach, zmoskowałem drutem odsuniętym od powierzchi płytki i problem ustąpił. Nie spodziewałbym się że taki ok 1 mm2 skrzyżowanych ścieżek dających pewnie sporo ponżej 1pF tak sprzęgnie te 2 obwody.
Bardzo dziękuję za wszystkie odpowiedzi i porady, jakim tropem dojść do przyczyny i czegoś nowego się nauczyć.

[pcichomski]

Przy okazji poproszę jeszcze o poradę dotyczącą metodyki dobierania tych elementów korekcyjnych do ukszatłowania charakterystyki.

Przesymulowałem sobie mój układ w LTSPICE w różnych konfiguracjach (bez USZ, bez C7 i bez obu tych obwodów). Oczywiście parametry transformatora wyjściowego zapewne nie mają wiele wspólnego z moich - powieliłem je z jakiegoś forum, gdzie ktoś ten układ budował i też jakieś symulacje przeprowadzał. Ale chodzi mi o ideę. Jak przyjąć kryteria dobierania stałych czasowych tych obwodów bazując na nieskompensowanym "otwartym" układzie.
W mojej symulacji przy odłączeniu obu tych obwodów wyszła charakterystyka o orientacyjnie następujących punktach charakterystycznych:

- w paśmie przenoszenia: ku=50dB
- spadek o 3db dla 110kHz
- faza 180st dla ok 250kHz
- nachylenie 6db/okt

Zakładając, że taki przebieg uzyskłabym z pomiaru pasma i fazy rzeczywistego układu, jak tą wiedzę wykorzystać, żeby porządnie policzyć obwody kompensacyjne i UZS dla mojego konkretnego transformatora wyjściowego?

[Misiek13]

Głównym elementem mającym wpływ na stabilność w tym układzie jest sam transformator. Bez dokładnego modelu niewiele osiągniesz. W wątku o symulacjach w LTSpice zostały przytoczone przykładowe modele transformatorów - jeden wykorzystujący wyłącznie cewki sprzężone nieuwzględniające ich nieliniowości oraz drugi z wprowadzonym elementem nieliniowym. Do obydwu z tych modeli można dodać pojemności uzwojeń, jednak są to parametry rozproszone i na razie nie mam pomysłu jak je zamodelować.
Wcześniej wykonałeś bardzo ważną pracę - zdjąłeś charakterystykę częstotliwościową dla wzmacniacza pracującego w otwartej pętli. Nie wczytywałem się, ale prawdopodobnie obciążeniem była rezystancja. Wzmocnienie na wykresie wynosiło właśnie owe 50dB co pokrywa się z wynikiem symulacji. Wzmocnienie pętli to 42dB, zatem głębokość sprzężenia to 8dB - niewiele. Teraz na charakterystyce częstotliwościowej idziesz do punktu gdzie wzmocnienie spadnie do 42dB i odczytujesz przesunięcie fazowe. Jak już masz to przesunięcie to możesz sprawdzić czy układ jest stabilny oczywiście dla obciążenia rezystancyjnego - przy obciążeniu pojemnością układ będzie zachowywał się inaczej.
Poniżej schemacik zawierający element wzmacniający 50dB (źródło o nachyleniu 2,1mA/V i rezystor 150k) wraz z elementami korekcyjnymi.

Wartości elementów jeżeli się nie pomyliłem powinny się zgadzać.
Teraz charakterystyka częstotliwościowa układu z pierwszym członem korekcyjnym.

Charakterystyka na wyjściu

Charakterystyka dla C1=0

Moim zdaniem wartości elementów korekcyjnych są niewłaściwe. Według pomiarów układ powinien być stabilny stabilny bez korekcji. Nie wiadomo tylko co będzie przy obciążeniu pojemnościowym. W tym wypadku elementy R7 i C8 nie są potrzebne. Zastosowanie w pętli USZ kondensatora 100-200pF zamiast 39p powinno poprawić zapas fazy. Poniżej charakterystyka dla C1=0 i C2=200pF

Wartość R7 można wstępnie oszacować na podstawie głębokości USZ. Im większa głębokość USZ tym większy stosunek R1/R7. Można bezpiecznie przyjąć ten stosunek mniej więcej 2 razy większy od głębokości USZ natomiast stałą czasową R7C8 dać na poziomie 1/fmax pasma przenoszenia transformatora. Poniżej charakterystyka dla oznaczeń z dzisiejszego schematu C2=0, C1=100p, R2=30k.

Miłej zabawy

[pcichomski]

Wzmocnienie na wykresie wynosiło właśnie owe 50dB co pokrywa się z wynikiem symulacji. Wzmocnienie pętli to 42dB, zatem głębokość sprzężenia to 8dB - niewiele.

Dzięki za obszerne wyjaśnienia. Jedno pytanie: skąd odczytałeś to "42dB"?

Z moich symulacji w LT wychodzi 39 db, i to się zgadza też z pomiarem w rzeczywistym układzie.

Biorę się za "przegryzanie" przez temat. Pewnie jeszcze wrócę z pytaniami.

[Misiek13]

42dB to stosunek rezystorów ku=R16/R3+1=12k/100+1=121
39dB to wzmocnienie w zamkniętej pętli, wynikające z sumy sygnałów potrzebnych do wysterowania wzmacniacza w otwartej pętli i sygnału "wracającego" przez pętle sprzężenia zwrotnego. Wzmocnienie w otwartej pętli to 50dB czyli kuo=316.
Wypadkowe wzmocnienie to:
k=ku*kuo(ku+kuo)=87,5=39dB