Dobór punktu pracy w hybrydowym inwerterze (ECL82)

[Wicker]

Witam szanowne grono.
Przeszperałem ostatnio kartony lamp i okazało się że mam spory zapas ECL82 oraz 6Ф3П (część jeszcze NOS), pomyślałem że idealnie byłoby znaleźć dla nich jakieś ciekawe zastosowanie. Dodatkowo wpadł mi transformator toroidalny dedykowany do pracy z układami ECL82 i PCL86.

Chciałbym wykorzystać te lampy w konstrukcji gitarowej (wiem że nie ten kącik) dedykowanej do gry w domu (wystarczy 6-7W), niemniej,
nie chcę powielać istniejących rozwiązań i robić kolejnego "nudnego" układu PP z inwerterem na triodach z ECLek. Jako że interesuje mnie budowa wzmacniacza do jazzu (czyli takiego która gra czysto), to pomyślałem o zaprojektowaniu hybrydy z przedwzmacniaczem na opampach (bo wielu jazzmanów na takich gra i sobie chwali). Wpadłem na pomysł aby zbudować hybrydowy inwerter, oparty o kaskody w układzie pary różnicowej, gdzie górnym elementem będzie trioda od ECLki a dolnym tranzystor JFET.
Taki układ wydaje mi się ciekawy gdyż:
- daje duże wzmocnienie
- trioda separuje wysokie napięcie i pozwala na eleganckie zasilenie tranzystorów
- jest to układ, którego nigdzie nie widziałem

Układ wstępnie zasymulowałem sobie w programie SPICE (chociaż domyślam się że modele lamp mogą być słabe), i zacząłem zastanawiać się,
jak poprawnie dobrać punkt pracy takiej hybrydowej kaskody. Układ wstępnie wystroiłem tak, aby źródło prądowe generowało ~2mA, z przedstawionymi wartościami na schemacie układ "jakoś" działa wg. symulacji ale mam przeczucie że to za mało aby stwierdzić że będzie to działać dobrze w praktyce.
Patrząc po charakterystykach triod z kart katalogowych ECL82, wydaje mi się że prąd płynący przez lampę powinien być większy. Zastanawiam się jednak, czy w układzie który zaproponowałem, patrzenie na charakterystyki z noty katalogowej ma w ogóle sens?

Jako że transformator posiada uzwojenie 0-6.3-13V, chcę wyprostować 13V i zasilić źródło prądowe oraz opampy preampu z ujemnego zasilania. Dzięki dużemu wzmocnieniu inwertera kaskodowego, preamp nie będzie musiał mieć dużego wzmocnienia.

Byłbym wdzięczny za naprowadzenie mnie na zrozumienie tematu doboru punktu pracy w takim układzie jak i konstruktywną krytykę.

[Marek7HBV]

Te fety są całkowicie zbyteczne.Kaskoda w tym przypadku to najgorsze rozwiązanie, ale jak Kolega chce dziwnie to nie zabraniam .

[Wicker]

Chętnie usłyszę dlaczego

[Einherjer]

Zaglądałeś do książki "Wzmacniacze kaskodowe" Łożnikowa i Sonina? Jest dostępna w pdf. "Sztuczki układowe" dla triod działają też dla JFETów, tylko żarzenia nie trzeba.

Zastanawiam się jednak, czy w układzie który zaproponowałem, patrzenie na charakterystyki z noty katalogowej ma w ogóle sens?

Ta trioda ciągle tam jest, co prawda nie jako wzmacniacz ze wspólną katodą tylko ze wspólną siatką. Możesz wrysować w charakterystyki prostą obciążenia choćby po to, żeby zobaczyć czy nie będzie ona ograniczała dostępnej amplitudy sygnału. Teraz odnośnie samego układu od najgrubszych rzeczy:

• Układ ze wzmacniaczem operacyjnym jest błędny, przez wejścia wzmacniacza operacyjnego płyną prądy polaryzacji tranzystorów wejściowych, są one bardzo małe, ale zawsze należy je uwzględnić. U Ciebie C16 blokuje przepływ prądu stałego przez wejście nieodwracające.
• R35 będzie tworzył z rezystancją wewnętrzną źródła sygnału dzielnik dla wszystkich szumów i zakłóceń z napięcia zasilającego ten rezystor "od dołu". Polaryzacja wejść wysokoczułych wzmacniaczy z jakiegokolwiek innego punktu niż masa jest kłopotliwe i wymaga dużej staranności.
• Jeśli Q1 ma być chociaż przyzwoitym źródłem prądowym, to wypadałoby zamiast R10 dać dwie diody, diodę LED albo cokolwiek co zapewni w miarę stałe napięcie na bazie Q1 przy zmianach prądu bazy.
• Z tym wzmocnieniem inwertera to szału nie będzie. Sam JFET przy prądzie 1 mA będzie miał transkonduktancję około 2 mA/V (jak lampa ) a R15 o wartości aż 2 kOm zrobi z tego tylko 0,4 mA/V. Po przemnożeniu przez 56 kOm obciążenia mamy circa 22 V/V, a że to układ różnicowy zasilany sygnałem z jednej strony tylko to mamy 11 V/V. Sprawdzisz w symulacji czy się nie pomyliłem? Zadanie domowe: policzyć ile wynosiłoby wzmocnienie tego inwertera na samych triodach z ECL82
• R30 jest zbędny, R36 może też mieć 1 MOm.

Moja propozycja: wywal JFETy z inwertera i użyj ich do zbudowania stopnia wejściowego.

[Marek7HBV]

I jeszcze taki drobiazg.Wzmacniacz ma w otwartej pętli wzmocnienie z milion razy, a to przy trzech stopniach i transformatorze da raczej nowy instrument muzyczny {co może być ciekawym eksperymentem} niż jedynie wzmacniacz.

[Einherjer]

I jeszcze taki drobiazg.Wzmacniacz ma w otwartej pętli wzmocnienie z milion razy, a to przy trzech stopniach i transformatorze da raczej nowy instrument muzyczny {co może być ciekawym eksperymentem} niż jedynie wzmacniacz.

WO ma lokalnie zamkniętą pętlę sprzężenia przez R37, więc skąd miałby się ten milion wziąć?

[Marek7HBV]

I jeszcze taki drobiazg.Wzmacniacz ma w otwartej pętli wzmocnienie z milion razy, a to przy trzech stopniach i transformatorze da raczej nowy instrument muzyczny {co może być ciekawym eksperymentem} niż jedynie wzmacniacz.

WO ma lokalnie zamkniętą pętlę sprzężenia przez R37, więc skąd miałby się ten milion wziąć?

Faktycznie, niedopatrzyłem. Ale po co feta wtórnikiem sterować?

[Wicker]

Dziękuję za uwagi.
1. PDFa już zaciągnąłem i będę studiować, nigdy nie słyszałem o tej pozycji.
2. Problem z C16 polega na tym, że zasilanie opampa nie jest symetryczne zasilany, jeśli go usunę to nie będzie działać poprawnie. Mogę podpiąć to wejście do zasilania przez rezystor 100k (podobnie jak R35).
3. Faktycznie, lepiej będzie zastosować diody/tranzystory przy źródle prądowym.
4. Rezystory w emiterach umieściłem aby mój lepiej kontrolować wzmocnienie tegoż inwertera, wartości tam mogą być o wiele mniejsze.
5. R36 z założenia miał być potencjometrem volume. Nie chciałem wsadzać tam za dużej wartości aby zminimalizować szum śrutowy. Mam troszkę problem jak zrealizować kontrole głośności. Gdzieś czytałem że jest najlepiej gdy wzmocnienie op-ampów jest stałe a kontrola głośności następuje poprzez potencjometr na wyjściu opampa (a nie w pętli sprzężenia zwrotnego). Ale może za bardzo teoretyzuję

Sprawdzę jak układ będzie zachowywać się bez tych kaskod
Zastanawiam się czy są jakieś lepsze metody na realizację globalnego sprzężenia zwrotnego - czy "zapięcie" sprzężenia przed samym inwerterem nie będzie grozić niestabilnością.

[tszczesn]

Polaryzacja wejścia WO do zasilania nic nie da, po za tym, że wyjście się nasyci. W tym układzie C16 należy dać w szereg z R31, a R38 zamiast do masy to dołączyć do VI. Z tym, że prawie na pewno układ ci się wzbudzi. Jak potrzebujesz więcej wzmocnienia niż dają ci same lampy to użyj WO na wejściu, ale z lokalnym sprzężeniem zwrotnym (tylko w ramach WO) dającym wymagane wzmocnienie. Globalne sprzężenie zwrotne możesz dać na drugie wejście wzmacniacza różnicowego.

Regulacja wzmocnienia jest możliwa dowolną metodą, ale nie wewnątrz pętli sprzężenia zwrotnego, zastąpienie R36 potencjometrem co nic nie da - dopóki układ ma rezerwę wzmocnienia to pętla sprzężenia zniweluje efekt regulacji potencjometrem, dopiero gdy wzmocnienia zabraknie to usłyszysz efekt. Można robić regulację wzmocnienia poprzez zmianę parametrów pętli (np. wstawiając zamiast R31 zmienny opornik), ale pamiętaj, że oznacza to zmianę transmitancji układu. Im masz więcej stopni po drodze (w tym transformator, który może mieć mocno pokręconą charakterystykę częstotliwościową) tym większe prawdopodobieństwo, że układ stanie się dla pewnych wzmocnień niestabilny.

[Einherjer]

2. Problem z C16 polega na tym, że zasilanie opampa nie jest symetryczne zasilany, jeśli go usunę to nie będzie działać poprawnie. Mogę podpiąć to wejście do zasilania przez rezystor 100k (podobnie jak R35).

tszczesn już Ci zwięźle wyjaśnił problem. Ja proponuję, żebyś poszukał książki "Wzmacniacze operacyjne" Piotra Góreckiego i ją przeczytał. Nie tylko wyjaśnia ona działanie WO zupełnie od podstaw, ale też omawia ograniczenia rzeczywistych WO. Proponuję też, żebyś układy z WO póki co testował najpierw na płytce stykowej, a nie w LTSpice. To o wiele lepsze niż symulowanie układu, który nie ma szans w rzeczywistości zadziałać.

5. R36 z założenia miał być potencjometrem volume. Nie chciałem wsadzać tam za dużej wartości aby zminimalizować szum śrutowy.

Tutaj dodam do tego co napisał mój przedmówca, że we wspomnianej książce są też podstawy zagadnień związanych z szumami. A najlepsze chyba co na ten temat napisano to rozdział w trzecim wydaniu "Sztuki Elektroniki", ale to nieco wyższa szkoła jazdy.

[Wicker]

Dziękuję za uwagi, zapoznam się z literaturą.

Aby dodać jeszcze kontekstu, przedwzmacniacz który wymyśliłem to 3 stopnie z czego 2 odpowiadają za korekcje barwy niskie/wysokie tony.
Rezystory R20 i R21 oraz R27 i R28 reprezentują potencjometry. Mój pomysł polega na tym, aby wstępnie kształtować barwę +/- 6db, a następnie poprzez wzmacniacz różnicowy, z zapiętym globalnym sprzężeniem, sterować końcówką mocy.

[Einherjer]

Pomyśl nad zasilaniem symetrycznym, ja nie byłbym taki odważny, żeby stosować sztuczną masę w przedwzmacniaczu gitarowym.

[Marek7HBV]

Jeśli ma to być korektor pod gitarę, to wskazana jest regulacja w trzech punktach {sprawdza się w milionach wzmacniaczy}. Stopień wejściowy będzie preferował brum przy takich wartościach RC.

[Wicker]

Zupełnie rozumiem, po prostu mam wspomniane trafo 0-6.3-13V i staram się to zrobić minimalistycznie
3 punktowej korekcji nie chce - ideologicznie ma to być prosta konstrukcja do gry na czystym kanale. Im mniej pokręteł tym lepiej.

[Marek7HBV]

Zupełnie rozumiem, po prostu mam wspomniane trafo 0-6.3-13V

To co za problem zrobić +/_ 12 V {przy tak małym poborze prądu wystarczy prostowanie jednopołówkowe} ??