Obliczanie użytecznego punktu pracy

[KaW]

TO nieprawda-trochę pracy mózgu.........i prawa Ohma .

[Piotr]

Ra w stopniu oporowym dobiera się nieco inaczej, niż w transformatorowym, gdyż występuje powiązanie wielkości Ua, Ia, Ra oraz Ub. Rzecz w tym, że na Ra odkłada się napięcie Ia*Ra, więc Ua=Ub-Ia*Ra.
Teraz należy tak zakombinować tymi wielkoścami, aby prosta pracy jak najlepiej wpisywała się w charakterystyki zgodnie z poprzednimi opisami.
Można np. Przyjąć punkt pracy (Ua, Ia), dobrać Ra tak, aby prosta ładnie się ułożyła i sprawdzić jakie wychodzi Ub, tzn. czy mieści się w sensownych granicach.
W ten sposób można dojść do poprawnego rozwiązania metodą kolejnych przybliżeń
Można też zaatakować problem od innej strony, np. kiedy mamy zadane Ub i do niego należy dopasować resztę układu. Możliwości jest dość dużo, ważne aby poprawnie zgrać kilka powiązanych ze sobą wielkości.

[_idu]

Wrysowuje się na charakterystyce prostą obciążenia dla zadanego Ra (a dokładniej Ra||Rg następnego stopnia) i sprawdza, czy wystarczy amplitudy napięcia anody.

A jak ustalić wartość opornika anodowego? Niestety, z literaturą lampową u mnie krucho (czytaj: null) a np. w dziale "Laboratorium" strony ecclab.com na samym początku przykładowych obliczeń widnieje:

Przykłady obliczeń:
Zakładając:
Ea = 350V (napięcie zasilające lampę)
Ra = 36 kom

i w tym momencie staję w tzw. kropce i mogę sobie dać spokój z dalszą lekturą.

A o tzw metodzie kolejnych przybliżeń słyszałeś?

Więc tak przyjmij sobie prąd anodowy, oblicz spadek napięcia na oporniku anodowym. Wyjdzie tobie w przyblizeniu Ua (bowiem należałoby jeszcze od tego odjąć Ug1 otrzymywane z opronika katodowego - ale taki popełniony błąd jest do przyjęcia bowiem i tak w praktyce punkt pracy wyjdzie nieco inny).
Znajdujesz sobie punkt na charakterystyce..... Odczytujesz sobie Ug1, Ua, Ia i weryfikujesz założenie. Można sobie zrobić wykres na osi y masz wartość obliczoną a na osi x założoną. Pomiędzy punktami dla których wykonałeś obliczenie prowadzisz linię (nie zawsze jest prostą). Rysujesz przekatną czyli prostą nachyloną pod katem 45 stopni do osi x. Punkt przecięcia linii pomiędzy punktami wykonania obliczeń a tą przekątną jest właściwym rozwiązaniem z lepszą dokładnością od wymagań projektów technicznych.

Inna metoda to narysowanie prostej pracy. Bierzesz charakterystykę Ia = f(Ua, Uf1 jako parametr). Z osi x-ów czyli Ua zaznaczasz punkt równy Ub czyli 350V. Na osi y-greków czyli Ia zaznaczasz punkt który odpowiada brakowi lampy (Ua = 0V) - czyli cały prąd płynie tylko przez twój opornik Ra = 36k czyli Ub / Ra = 350 / 36k = 9,72mA. Ta metoda ma błąd który polega na pominięciu opornika katodowego na któym uzyskujemy napięcie ujemne siatki sterującej. Punkt pracy leży na prostej poprowadzonej pomiędzy wyznaczonymi punktami.

W obydwu przypadkach uzyskujesz tylko przybliżenie, w pierwszej metodzie po kilku krokach nawet dokładny punkt pracy ale i tak błąd jaki się popełnia jest mało istotny.

[elektro-nowy]

Powróćmy jeszcze do projektowania stopnia końcowego. Optymalne obiążenie dla lampy 6C4C wynosi 2.5kΩ. Załóżmy jednak, że dysponuję wyłącznie transformatorem 5kΩ. Kolorem niebieskim wykreśliłem linię odpowiadającą temu obciążeniu. Czy jest to linia optymalna? Piotr wspomina o odpowiednim wpisywaniu się w charakterystyki. W przypadku danego obciążenia jedyną możliwość manewru mamy w postaci linii równoległych położonych nieco niżej (tak jak linia jasnoniebieska), jednak oznacza to mniejszą moc wzmacniacza.
Zastanawia mnie dlaczego optymalne obciążenie dla tej lampy producent określił na 2.5kΩ, skoro widać że w zakresie najbardziej ujemnych napięć siatki zniekształcenia są większe niż w przypadku 5kΩ? Czy obowiązuje mnie punkt pracy podany w katalogu (250V, 60mA, -45V, na wykresie punkt Q) czy mogę sobie wybrać np. napięcie siatki -60V (napięcie anodowe ponad 300V)?
I jeszcze jedna wątpliwość - jak daleko może sięgać prosta obciążenia po prawej stronie wykresu, czyli: czy istnieją jakieś ograniczenia w stosunku do napięcia na anodzie przy Ia=0?

[KaW]

Tak z grubsza to się tak układa tę linię aby wyszla maks moc -przy symetrii napięcia sterowania siatką pierwsza . Po paru przymiarkach
obiera sie napięcie Uzasilające .punkt pracy ........
W katalogach ros. są pełne karty katalogowe -łącznie ze zniekształceniami -wyborem punktu pracy -pełny obraz .

[elektro-nowy]

Tylko, widzisz, w notach katalogowych podaje się warunki typowe. A ja tu np. próbuję zastosować nietypowe obciążenie - 5kΩ, gdy w nocie zalecane jest 2.5kΩ. Może ktoś doświadczony zaprojektowałby stopień mocy oparty na 6C4C (2A3) dla transformatora 5kΩ i opisał procedurę tutaj, krok po kroku?
Co?

[OTLamp]

I jeszcze jedna wątpliwość - jak daleko może sięgać prosta obciążenia po prawej stronie wykresu, czyli: czy istnieją jakieś ograniczenia w stosunku do napięcia na anodzie przy Ia=0?

Zazwyczaj jest to podawane w kartach katalogowych, a jeżeli nie jest, przyjmuje się maksymalne szczytowe napięcie na anodzie równe maksymalnemu napięciu na zimnej lampie (Ia=0), a to jest zawsze podawane.

Może ktoś doświadczony zaprojektowałby stopień mocy oparty na 6C4C (2A3) dla transformatora 5kΩ i opisał procedurę tutaj, krok po kroku?
Co?

Masz opisane w załącznikach.

[OTLamp]

I ostatni.

[elektro-nowy]

To jakaś fajowa książka! Jaki tytuł, jak brzmi nazwisko autora?

[OTLamp]

G.S Cykin "Wzmacniacze sygnałów elektrycznych" Można ją ściągnąć stąd.

Późniejsze, rozszerzone i uzupełnione wydanie tej książki nosi tytuł "Wzmacniacze elektroniczne". Dość często pojawia się na allegro.

W dziale "Linki i odnośniki" jest też wiele innych ciekawych książek do pobrania. Musisz trochę poszperać.

[elektro-nowy]

Powracam do porzuconego na jakiś czas tematu. Wiem już że projektowanie stopnia wstępnego wzmacniacza opiera się na takiej samej procedurze jak projektowanie stopnia końcowego - charakterystyka anodowa, hiperbola mocy admisyjnej, prosta obciążenia.
Ale dlaczego w przypadku lampy małosygnałowej linia obciążenia jest wrysowywana tak nisko, z daleka od hiperboli Po? Dlaczego nie leży tam gdzie wrysowana przeze mnie linia jasnozielona (mniejsza o kąt nachylenia)?

[OTLamp]

Zauważ, że w przypadku stopnia oporowego, napięcie zasilania określa punkt przecięcia prostej obciążenia z osią napięcia anodowego (oś odciętych). W przypadku niebieskiej prostej, napięcie zasilania wynosi więc 280V, a w przypadku prostej zielonej .... 630V!

W stopniu oporowym prąd spoczynkowy powoduje spadek napięcia na oporniku anodowym, dlatego spoczynkowy punkt pracy (jego Ua) jest całkiem inny niż napięcie zasilania (napięcie zasilania jest wyższe o ten właśnie spadek napięcia). W stopniu transformatorowym oporność uzwojenia pierwotnego transformatora (po prostu opór drutu) jest niewielka, dlatego Ua w spoczynkowym punkcie pracy jest tylko nieznacznie mniejsze (kilkanaście woltów) od napięcia zasilania stopnia.

Położenie prostej obciążenia wynika też z innych priorytetów. Stopnie oporowe to stopnie napięciowe, więc podstawowym parametrem jest współczynnik wzmocnienia napięciowego. Stopnie transformatorowe to najczęściej stopnie mocy. Podstawowym parametrem jest więc moc, dlatego prosta obciążenia leży jak najwyżej, często będąc styczną do hiperboli mocy admisyjnej, aby uzyskać jak największą amplitudę prądu.

[_idu]

Powracam do porzuconego na jakiś czas tematu. Wiem już że projektowanie stopnia wstępnego wzmacniacza opiera się na takiej samej procedurze jak projektowanie stopnia końcowego - charakterystyka anodowa, hiperbola mocy admisyjnej, prosta obciążenia.
Ale dlaczego w przypadku lampy małosygnałowej linia obciążenia jest wrysowywana tak nisko, z daleka od hiperboli Po? Dlaczego nie leży tam gdzie wrysowana przeze mnie linia jasnozielona (mniejsza o kąt nachylenia)?

Stopień oporowy zazwyczaj nie dostarcza dużej mocy. Więc wybieranie punktu pracy z dużym prądem anodowym jest nieekonomiczne i niepraktyczne. Aby w przypadku triody uzyskać duże wzmocnie (opornik anodowy o dużej rezystancji) trzeba wtedy stopień zasilać dużym napięciem - to generuje spore koszty - izolacja trafa, prostownik, kondesatory....

Jeśli to możliwe to wybiera się możliwe najniższe napięcie zasilania z uwzględnieniem liniowości stopnia, koniecznej redukcji napięcia zasilania itd. itd. Zbyt duża wartość opornika anodowego tez jest niekorzystna 0- nie da większego wzmocnienia w przypadku triody (bowiem triody mają niską rezystancję wewnętrzną) a przede wszystkim niekorzystnie wpływ ana pasmo przenoszenia (od góry).

Również tracenie mocy w filtrze RC zasilającym stopień też jest wadą.

Stopień wstępny to co innego niż driver lamp dużej mocy czy stopień mocy. Inne kryteria doboru punktu pracy inne priorytety.


ALBO INACZEJ

W przypadku lamp zapominamy o mocy sterowania. Otóż jeśli następny stopień wymaga mocy 1mW do pełnego jego wysterowania to nie ma sensu aby poprzedzający driver mógł dostarczyć 500mW mocy wyjściowej wystarcza moc która zapewni stosowną liniowość oraz uwzględni starzenie się lampy.

Z racji prądowego sterowania tranzystorów bipolarnych (jak i MOSFET dużej mocy w technice impulsowej szczególnie) tam pojęcie wzmocnienia mocy jest podstawowym parametrem.

[Cygnus]

Stopień oporowy zazwyczaj nie dostarcza dużej mocy. Więc wybieranie punktu pracy z dużym prądem anodowym jest nieekonomiczne i niepraktyczne. Aby w przypadku triody uzyskać duże wzmocnie (opornik anodowy o dużej rezystancji) trzeba wtedy stopień zasilać dużym napięciem - to generuje spore koszty - izolacja trafa, prostownik, kondesatory.....

Nie rozumiem dlaczego piszesz o mocy.
Przecież w audio nie budujemy stopni pracujących w klasie C, tylko w A lub AB.
Dla tych stopni najważniejsze parametry to wzmocnienie, pasmo i impedancja wyjściowa.


Patrząc na charakterystyki lamp, wybieranie punktu pracy z dużym prądem spoczynkowym,
tuż pod krzywą mocy admisyjnej pozwala pracować w najbardziej liniowej części charakterystyk.
A przynajmniej tak zawsze myślałem.

Nie widze też problemu z transformatorem, ani z prostownikiem.
Jedynie dobre kondensatory na duże napięcia są drogie, ale na to nic się nie poradzi.

Piszę to, bo dziwi mnie konstruowanie wzmacniacza lampowego pod kątem jak najniższego napięcia anodowego.
Uważam, że w przypadku projektów jednostkowych koszt jest sprawą drugorzędną,
ważniejsze jest uzyskanie dobrych parametrów pracy przy jednoczesnym zaprojektowaniu trwałego
i bezpiecznego, tak dla siebie jak i dla innych, urządzenia za pierwszym podejściem.
Bo amatora nie stać na osiem czy dziesięć wersji prototypów, zanim osiągnie balans pomiędzy ceną a parametrami.

[_idu]

Nie rozumiem dlaczego piszesz o mocy.

Przecież każdy stopień wzmacniacz pobiera moc ze źródła sygnału!!!.

Również lampowy czy na tranzystorze MOS. Zapominamy o tym zakładając że sterowanie jest czysto napięciowe - czyli że stopień nie pobiera żadnego prądu ze źródła sygnału. W rzeczywistości tak nie jest.

Spójrz na opornik siatkowy. Załóżmy ze ma 1M. Doprowadzamy sygnał o amplitudzie 20V RMS. Popłynie przez ten opornik mały ale jednak prąd o natężeniu 20uA. Daje to moc 0,4mW.

A dodajmy jeszcze pojemność siatka katoda - np. dla lampy dużej mocy i sprawdźmy ile mocy musimy dostarczyć do wejścia stopnia aby go wysterować.

Powiecie że pomijalnie mało OK, ale jak w takim stopniu będzie lampa taka jak GU81 i na dodatek pracująca z prądem siatki albo opornik siatkowym musi być mniejszy niż 300komów?

Stopień napięciowy - każdy ma pewną wydolność jeśli chodzi o impedancję obciążenia. Przekłada się to wprost na możliwość dostarczenia konkretnej mocy do następnego stopnia przy zadanym poziomie zniekształceń.

Piszę to, bo dziwi mnie konstruowanie wzmacniacza lampowego pod kątem jak najniższego napięcia anodowego.
Uważam, że w przypadku projektów jednostkowych koszt jest sprawą drugorzędną,

Drugorzędną? No cóż porównaj cenę kondesatora elektrolitycznego 220u na napięcie 550V z tym na napięcie 350V. Znacząca różnica. Często wyższa niż koszty wszystkich pozostałych uzytych oporników i kondesatorów. Porównaj ceny kondesatorów MKT na 400V i na 630V....

A co jak sobie wymyślisz napięcie anodowe 650V. Koszty jeszcze bardziej znacząco wzrosną.

Jak myślisz czemu w dobie powszechnego użycia lamp unikano stosowania wyższego napięcia anodowego niż 250V-300V?

I jeszcze jedno zapominasz że współczesne popularne oporniki nie muszą być przystosowane do dużych napięć na ich końcach. Oprócz ograniczenia wynikającego z dopuszczalnej mocy opornika jest tez maksymalne napięcie znamionowe. Każdy opornik ma zależną rezystancję od przyłożonego napięcia - pomijamy specjalne wysokonapięciowe konstrukcje - popatrz na powłokę lakieru na oporniku. Jak myślisz stanowi lepszą izolację od ceramiki na której naniesiono warstwę oporową?

A konstrukcja opornika - jest to nacięta śrubowo warstwa oporowa - szerokość nacięcia limituje napięcie przebicia opornika!!!

Dodajmy wytrzymałość napięciową izolacji przewodów, łączówek montażowych, laminatu płytek drukowanych. dodajmy jeszcze powszechne nie do uniknięcia zjawisko jak osadzanie się kurzu plus wilgoć i zastanówmy się jak to wpływa na jakość izolacji jak napięcie przebicia?.

Ponadto napięcia przebicia w podstawkach. Zwłaszcza stopnie mocy z transformatorami. Przecież normą jest ponad dwukrotnie wyższe napięcie na anodzie w stosunku do nominalnego napięcia zasilania przy minimalnym prądzie płynącym przez lampę. A dodajmy wszelkie pasożytnicze pojemność i indukcyjności plus szybko narastające impulsy. Przepięcia będą jeszcze wyższe.

A na koniec koszty zużycia lamp a dokładnie zatruwania katod jonami dodatnimi. Im wyższe napięcie tym to zjawisko się nasila. Z tegoż względu np. 6P1P-EV aby mieć gwarantowaną długowieczność ma podany warunek 250V na anodzie. Nie jest kosztem szybsze zużycie lampy?

Wytrzymałość izolacji przewodów nawojowych w trefie to kolejny czynnik mnożący złotówki wydawane na trafo. Przekładki izolacyjne - prowadzą do większej objętości rdzenia - a to oznacza większej ceny rdzenia.

Duże napięcia OK ale tylko wtedy gdy wymaga tego moc stopnia mocy albo amplituda konieczna do wysterowania tegoż stopnia.

Nie stać mnie na wywalenie nawet 100 PLN więcej bo będę stosował wyższe napięcie anodowe. Staram się obniżać napięcie anodowe - bo to oznacza zaoszczędzenie pieniążków w kieszeni które bardzo trudno zarobić w mieście gdzie mieszkam. Tam nadal obowiązuje stwierdzenie 1500PLN na rękę to bardzo atrakcyjna płaca za wykwalifikowana pracę z mnóstwem wymagań często absurdalnych. Brak ludzi do pracy nie przedkłada się na oferowane płace - w żaden spośób. Właściciel woli zwinąć biznes niż zapłacić pracownikowi godziwe wynagrodzenie. Nie może takowy nuworysz znieść że niewolnik czyli pracownik ma mieć dobrą pensję. Jak to "śmiecia" ma być stać na coś więcej niż przeżycie od 1 do 1 go? - lub dlaczego mam płacić większe płace pracownikom lub podwykonawcom - przecież wtedy nie kupię sobie co miesiąc kolejnej BM'ki...