Pomiary znieksztalcen bufora lampowego

ludo · Post autor: **ludo** » czw, 5 lipca 2007, 01:43

Zanim jednak przejde do dokladniejszego opisu projektu zaczne moze od opisu ukladu zarzenia.
Zdecydowalem sie uzyc do tego eksperymentu zrodla pradowego w przeciwienstwie do tradycyjnego zasilania napieciem stalym.
Wybralem takie rozwiazanie ze wzgledu na to, ze przede wszysktkim chcialem uzyskac prosty uklad miekkiego startu.
Uklad ten bedzie zasilal zarniki o maksymalnym poborze pradu nie przekraczajacym 1 Ampera.

Na poczatek podlaczylem uklad zarzenia pradem stalym do lamp typu 6N6P i zmierzylem napiecie zarzenia jako funkcje wzgledem czasu.
Okazalo sie, ze 4 pierwsze lampy ktore zmierzylem w ten sposob stabilizowaly sie na okolo 5.5-5.7V, przez co zaczelem podejrzewac, ze roznica napiec na wejsciu i wyjsciu jest niewystarczajaca dla poprawnej pracy regulatora LM317. Zwiekszylem napiecie zasilania i zarazem 'headroom' napieciowy we-wy na LM317 i powtorzylem pomiar ale niestety nic sie nie zmienilo - dalej lampy stabilizowaly sie na bardzo niskich napieciach Vh przy Ih=750mA.

W zwiazku z tym, ze sie takiego zachowania nie spodziewalem zaczelem podejrzewac, ze moze te mierzone lampy zostaly blednie oznakowane jako 6N6P a tak na prawde powinny byc znaczone jako 6N6P-I.
Okazalo sie jednak po zmierzeniu kilku 6N6P-I, ze one stabilizuja sie na jeszcze nizszych napieciach (4.5-4.7V) przy takim samym pradzie zasilania.

Zdecydowalem sie wiec na pomiar wiekszej ilosci lamp zeby sie przekonac czy wszystkie beda sie stabilizowac na napieciu nizszym od katalogowego.
Jak to zwykle bywa okazalo sie, ze tylko te pierwsze 6N6P stabilizowaly sie na nieco niskich napieciach, w wiekszosci wypadkow napiecie zarzenia stabilizowalo sie jednak na 6.1-6.3V.
Po podlaczeniu napiecia anodowego i pradu polaryzujacego czyli rosnacej temperatury w srodku banki napiecie zarzenia podnosilo sie jeszcze o ok 0.1V.
Zmierzylem tez napiecia Vgk tych lamp ktore wykazywaly nizsze Vh i porownalem z tymi o bardziej normalnych napieciach zarzenia nie zauwazajac specjalnych odchylek od sredniej.

Przy okazji wrzucilem wyniki pomiarow do karty excela.
Z grafu latwo mozna wywnioskowac ze lampa typu 6n6p potrzebuje ok minuty na uzyskania odpowiedniej temperatury pracy.
Drugi zalacznik przedstawia uklad zarzenia pradem stalym.

ludo · Post autor: **ludo** » czw, 5 lipca 2007, 21:47

Celem projektu bedzie pomiar interesujacych mnie parametrow ukladu bufora lampowego takich jak np znieksztalcenia, rezystancja wyjsciowa, zachowanie sie ukladu/zrodel pradowych wzgledem wyzszych temperatur.
Uklad mozna bedzie uzyc zarowno dla trybu 'single end' jak i balansowanego.
Interesuje mnie tez przede wszystkim czy ten uklad bedzie mozna zastosowac w nastepujacych aplikacjach:
- jako bufor napedzajacy potencjometr o niskiej rezystancji szeregowej (zalozmy ok R= 1-5k)
- jako bufor wyjsciowy dla sluchawek na dwoch polaczonych rownolegle lampach o wysokim nachyleniu na kanal
- jako aktywny filtr dolnoprzepustowy f_LP=38-50kHz dla zastapienia filtrow na opampach w odtwarzaczach (SA)CD

Zalaczniki przedstawiaja uproszczony schemat ideowy bufora oraz uklad zasilacza napiec.

VacuumVoodoo · Post autor: **VacuumVoodoo** » czw, 5 lipca 2007, 23:09

Uproszczone

ludo · Post autor: **ludo** » czw, 5 lipca 2007, 23:46

Uproszczony; bo na razie nie narysowalem jeszcze zrodel pradowych...
Uklad tego bufora ma byc jak najbardziej uniwersalny - dlatego wyglada tak jak wyglada.
A propos zrodel pradowych to sa one zaprojektowane najprosciej mozliwie.

Zalaczniki przedstawiaja zrodla dla trybu SE i balansowanego oraz praktyczne rozwiazanie kompensacji temperaturowej ukladu (bal).

VacuumVoodoo · Post autor: **VacuumVoodoo** » pt, 6 lipca 2007, 00:15

ludo pisze: A propos zrodel pradowych to sa one zaprojektowane najprosciej mozliwie.

Komplikujesz

.....najprostsze zrodlo pradowe sklada sie tylko z jednego elementu...JFET

jak wiesz jest punkt pracy w ktorym bedzie stabilne wz temperatury. Problem zaczyna sie przy pradach >5mA

ludo · Post autor: **ludo** » pt, 6 lipca 2007, 05:47

Jak wynika z poprzednich rysunkow zamierzam nastawic prad polaryzujacy (Ibias) na 15-100mA.
Przy ok 20V miedzy kolektorem i emiterem i podniesionej temperaturze otoczenia (50*C?) praktycznie rzecz biorac nie ma JFETow ktore poradza sobie z wydzielanym efektem.
Dodac trzeba, ze takowe JFETy musialy by tez poradzic sobie z napieciem 30Vp-p kiedy wtornik mialby byc uzyty jako bufor dla sluchawek wysokoomowych. Czyli taki JFET dla pewnosci (odpornosc na overshoot) powinien miec co najmniej Vds>=40V.
Gdyby znalezc JFET ktory spelni wszyskie te poprzednio wymienione warunki i na dodatek bedzie rownie tani i latwodostepny jak np BD139 to z checia bym go w tym ukladzie wyprobowal.

Nie zgodze sie tez z teza o zerowym tempco JFETow. Zerowe tempco uzyskuje sie tylko przy jakims tam (bardzo waskim) napieciu Vgs co uniemozliwi swobodne nastawienie dowolnego pradu polaryzujacego.
Przy innych wartosciach Vgs JFETy potrafia wykazac duza zaleznosc temperaturowa.

Jest jeszcze aspekt rezystancj wyjsciowej roznych zrodel pradowych (jako np funkcji Ibias) ale w przypadku bufora wiekszosc powinno miec dostatecznie wysoka. Nawet JFETy operujace na wyzszych pradach...

Jesli chodzi o mosfety to jest pare wysokonapieciowych typow ’depletion mosfet’ w obudowach to220 o niskiej transkonduktacji zapewniajacej wysoka rezystancje wyjsciowa. Niestety sa one trudnodostepne i drogie a przy okazji potrzebowaly by parowania dla ukladow balansowanych.
http://www.supertex.com/pdf/misc/d_mode ... device.pdf

Dlatego podtrzymuje, ze przedstawiona prze ze mnie propozycja zrodla pradowego oparta na BJT+LED jest jednym z prostrzych i zarazem wystarczajaco dobrym rozwiazaniem.
Pytanie jest tylko jak dobrze tego typu zrodlo poradzi sobie z duzym przedzialem temperaturowym.

ludo · Post autor: **ludo** » pt, 6 lipca 2007, 19:13

Pobieznie zmierzylem zaleznosc temperaturowa zrodla pradowego na BJT+LED, gdzie (co jest wazne) bardzo mala dioda swiecaca jest polaczona z tranzystorem pasta cieploprzewodzaca dla jak najlepszego sprzezenia temperaturowego.
Prad przy wlaczaniu ukladu i temperaturze poczatkowej 25*C wynosil 21.3mA po czym stabilizowal sie na ok 65-70*C na tranzystorach i wzrastal do 21.6mA.
Mozna wyciagnac wniosek, ze tempco zrodla pradowego jest nieco pozytywne i (przy wzroscie temperatury o 40-45*C - nie wiem czy tempco dla tego ukladu jest funkcja linjowa) wynosi ok 350ppm/*C.

VacuumVoodoo · Post autor: **VacuumVoodoo** » pt, 6 lipca 2007, 21:15

Calkiem niezle osiagi.

Co do zrodel JFET, wspomnialem je tylko ze wzgledu na prostote:

http://www.vishay.com/docs/70711/70711.pdf

kilka takich mozna polaczyc rownolegle, ale to juz przesada, bedzie niewspolmiernie drogo w stosunku do uzyskiwalnej impedancji dynamicznej.

A skoro juz masz tam dosc stabilny splyw pradowy (bo to nie jest zrodlo sensu stricto) to po co servo? Chcesz uslyszec slynna "skladowa stala"

Pozdrawiam

Post autor: **Romekd** » pt, 6 lipca 2007, 22:02

Witam.

ludo pisze:Prad przy wlaczaniu ukladu i temperaturze poczatkowej 25*C wynosil 21.3mA po czym stabilizowal sie na ok 65-70*C na tranzystorach i wzrastal do 21.6mA.
Mozna wyciagnac wniosek, ze tempco zrodla pradowego jest nieco pozytywne i (przy wzroscie temperatury o 40-45*C - nie wiem czy tempco dla tego ukladu jest funkcja linjowa) wynosi ok 350ppm/*C.

To bardzo dobry wynik (po tak prostym układzie można się było spodziewać gorszego). Mnie udało się, kosztem pewnego skomplikowania układu (cztery tranzystory, trzy diody LED i źródło napięcia odniesienia), zejść do ok. 20ppm/'C. Jednak nie wiem czy taka precyzja jest w omawianym układzie do czegokolwiek potrzebna.
Czy sprawdziłeś jak zmienia się wartość prądu takiego źródła w funkcji zmian Uce tranzystora (dla napięć stałych), oraz jaką impedancję przedstawia sobą źródło prądowe dla sygnałów m.cz. (w dolnej i górnej części pasma akustycznego)?

VacuumVoodoo pisze: Co do zrodel JFET, wspomnialem je tylko ze wzgledu na prostote:

http://www.vishay.com/docs/70711/70711.pdf

Źródła prądowe z przedstawionego linku, w stosunku do wartości stabilizowanego prądu, charakteryzują się stosunkowo niską wartością impedancji dynamicznej. Dopuszczalne napięcie pracy również nie jest zbyt wysokie. Można by użyć kilku połączonych szeregowo, ale pewnie cena takiego rozwiązania nie wypadła by korzystnie. Do układów lampowych nie specjalnie się nadają

Pozdrawiam,
Romek

ludo · Post autor: **ludo** » sob, 7 lipca 2007, 09:09

VacuumVoodoo pisze:
Co do zrodel JFET, wspomnialem je tylko ze wzgledu na prostote

Oczywiscie, ze dla niskich pradow, napiec, temperatury, i mocy jest to jeden z najbardziej eleganckich sposobow na zrobienie dosyc porzadnego zrodla pradowego.

A skoro juz masz tam dosc stabilny splyw pradowy (bo to nie jest zrodlo sensu stricto) to po co servo? Chcesz uslyszec slynna "skladowa stala"

Byc moze cos mi kiedys odbije i sprobuje zamknac petle servo poczawszy na wyjsciu bufora a konczac na jakims odpowiednio dobranym elemencie przedwzmacniacza.
Do bufora z kondensatorami na wyjsciu nie jest w ogole potrzebne, ale skoro juz uklad bufora mial byc jak najbardziej uniwersalny...
Co do skladowej stalej... mnie taka alternatywa zawsze strasznie kusi.

Romekd pisze: Mnie udało się, kosztem pewnego skomplikowania układu (cztery tranzystory, trzy diody LED i źródło napięcia odniesienia), zejść do ok. 20ppm/'C. Jednak nie wiem czy taka precyzja jest w omawianym układzie do czegokolwiek potrzebna.

20ppm/*C to rzeczywiscie nieslychanie dobre osiagniecie zwazajac na fakt, ze sam rezystor potrafi miec wieksza zaleznosc temperaturowa. Gratuluje!
W tym konkretnym ukladzie (bufora) chodzi najbardziej o to zeby nie doszlo do zadnego 'thermal runaway' a tak maly wzrost pradu spoczynkowego do tego sie raczej nie przyczyni, wiec w tej kwestji jestem raczej spokojny.

Czy sprawdziłeś jak zmienia się wartość prądu takiego źródła w funkcji zmian Uce tranzystora (dla napięć stałych), oraz jaką impedancję przedstawia sobą źródło prądowe dla sygnałów m.cz. (w dolnej i górnej części pasma akustycznego)?

Niestety nie ale taki pomiar bylby bardzo ciekawy.

Edit:
Estymuje rezystancje wyjsciowa zrodla z pradem 22mA na ok 100k a 100mA-wego na jakies 20k.
W zwiazku z tym, ze zrodlo pracuje analogicznie do ukladu common-base gdzie wejscie jest na emiterze, baza polaczona do masy (w tym przypadku przez niewielki opor dynamiczny diody swiecacej || z kondensatorem odsprzegajacym poprzez Vneg) i wyjsciu na kolektorze mozna sie spodziewac dobrego zachowania nawet przy wyzszych czestotliwosciach (audio).
Wedlug mnie jak sie jeszcze wezmie pod uwage rezystancje wyjsciowe lamp z wiekszym nachyleniem w aplikacji wtornika to rezystacje wyjsciowe zrodel pradowych powinny byc zupelnie wystarczajace.

ludo · Post autor: **ludo** » pn, 9 lipca 2007, 12:02

Najwyzszy czas na zabranie sie za pomiary.
Beda robione karta muzyczna emu1616m / programem RMAA v.6.
Pierwsza bedzie testowana 6n6p w trybie balansowanym.
Zalaczniki pokazuja uklad testowy (+ rezultaty pomiarow), gdzie zmienane beda wartosci rezystorow R15,16 (47k, 3k3, 1k5) i odczytywane znieksztalcenia ukladu.
W zwiazku z tym, ze rezystancja wejsciowa karty muzycznej (10k) jest polaczona rownolegle do wyzej wymienionych rezystorow obnizy ona wartosc RL do 8k2, 2k5, 1k3.

ATM · Post autor: **ATM** » pn, 9 lipca 2007, 16:10

No i właśnie o to chodzi , przynajmniej mnie. O to by na naszym forum było jak najmniej wypowiedzi „ wzmacniacz (dobrze ), źle brzmi” Podstawą powinny być pomiary , a dopiero potem odsłuchy . Swoja drogą ciekawe jakie zniekształcenia wnosi sama karta pomiarowa , w zamkniętej pętli? Może mógłbyś zrobić taki pomiar? E-mu 1616 to finansowo jeszcze chwilowo spory wydatek , na pewno cena będzie spadać .Czekam z niecierpliwością na wyniki pomiarów układu jako stopnia SE .

Post autor: **Romekd** » pn, 9 lipca 2007, 20:54

Witam.
Ludo, wykonałeś kawał solidnej roboty

Uzyskane wyniki potwierdzają wcześniejsze przypuszczenia wg których zastosowanie źródeł prądowych powinno znacznie zredukować poziom zniekształceń nieliniowych wnoszonych przez układ. Niestety zwiększanie obciążenia wyjść niższą impedancją zniweczyło w pewnym stopniu zalety jakie dawało zastosowanie źródeł, pogarszając warunki pracy lamp, co pociągało za sobą szybki wzrost niekształceń nieliniowych (choć i tak okazały sie całkiem przyzwoite, jak na obciążenie wyjść tak małą rezystancją

). Przydałyby się jeszcze dwie ważne, jak sądzę, informacje: jakiemu poziomowi sygnału wyjściowego odpowiadały przedstawione na wykresach zniekształcenia, oraz, jak spadało wzmocnienie lamp przy zmniejszaniu impedancji obciążającej wyjścia układu?

Pozdrawiam,
Romek

ludo · Post autor: **ludo** » wt, 10 lipca 2007, 01:44

ATM,
Oczywiscie jestem takiego samego pogladu. Pomiary sa bardzo pomocne przy projektowaniu ukladow ale nie sa celem samym w sobie (oprocz w tym watku)...
Ceny kart muzycznych i innego oprzyrzadowania elektronicznego sa dzisiaj na tyle niskie, ze nie widze powodow dla ktorych by ich nie uzyc w celu optymowania ukladow.
Postaram sie tez niedlugo zalaczyc pomiar znieksztalcen 'loopback' karty emu1616m.
OT: Szkoda, ze forum nie akceptuje zalacznikow HTML bo program RMAA tworzy bardzo obfite raporty pomiarowe ktore w latwy sposob mozna by bylo zalaczyc. Tworzenie raportow recznie kopiujac obrazki jeden po drugim jest niestety dosyc czasochlonnym zajeciem. /OT
Zanim przejde do pomiarow SE zmierze jeszcze lampy 6n6p-i oraz 6n6p-ir (nieco inna budowa wewnetrzna) i porownam z ecc99.

Przydałyby się jeszcze dwie ważne, jak sądzę, informacje: jakiemu poziomowi sygnału wyjściowego odpowiadały przedstawione na wykresach zniekształcenia, oraz, jak spadało wzmocnienie lamp przy zmniejszaniu impedancji obciążającej wyjścia układu?

Romku,
Bylem na razie za leniwy na podlaczanie oscyloskopu i badanie tych parametrow o ktorych wspominasz.

Powroce jednak do tego tematu szczegolnie przy pomiarach lamp o wyzszym nachyleniu w trybie SE (aplikacja bufora wyjsciowego dla sluchawek).
W tym przypadku interesujaca bedzie i rezystancja wyjsciowa i poziom znieksztalcen.