Radna karakteristika kod pojačala u klasi AB

[Ivor]

Na klasičan način odrediti realne radne karakteristike elektronki kod PP pojačala snage u klasi AB , predstavlja teško rješiv problem. Ovdje ću objasniti kako se to može lakše obaviti pomoću simuliranja pojačala na računalu.
Najprije pogledajmo dobro poznate jednostavnije primjere, koje smo već davno navikli rješavati grafičkom metodom, bez upotrebe simulatora i SPICE modela. Kasnije ćemo prijeći na simuliranje tih istih jednostavnih primjera na računalu i tako ćemo se uvjeriti u pravilnost postupka. Na kraju, kad budemo usvojili gradivo, taj ćemo isti provjereni postupak simuliranja primijeniti na težem primjeru PP izlaznog pojačala u klasi AB. Mislim da će rezultati biti zanimljivi .
Na taj način sam već analizirao jedno zanimljivo pojačalo.

ECC83 shema.png

Za početak analizirajmo dobro poznati stupanj naponskog pojačala s triodom ECC83.Podatke ćemo uzeti nepostedno iz datasheeta. Tu nalazimo i neke rezultate analize toga sklopa, pa možemo odmah i provjeriti jesmo li pravilno postupili.

ECC83 podaci.png

Radnu karakteristiku elektronke ćemo ucrtati u U/I diagram iz datasheeta.
Iz prve slike razaznajemo da se radi o serijskom spoju elektronke i anodnog otpornika. Otpornik uvijek ima neku fiksnu vrijednost (ovdje je 100kΩ), dok je otpor elektronke promjenljiv i u principu nepoznat. Zato ćemo pretpostaviti da taj otpor može zauzeti bilo koju vrijednost između 0 i ∞ (kratkog spoja i prekida veze). Iz ta dva krajnja slučaja već možemo odrediti dvije sigurne točke, kroz koje možemo povući radni pravac. Katodni otpornik ima vrlo malu vrijednost u usporedbi s anodnim, pa ga zbog jednostavnosti možemo zanemariti.

R=0: Ia=250/100k=2,5mA
R=∞: Ua=250-Ia*Ra=250-0=250V

Napon na anodi triode određen je naime izrazom:

Ua= Ub-Ia*Ra=250-100k*Ia

To je upravo jednadžba pravca kroz te dvije točke. Iz podataka saznajemo da se radna točka nalazi kod anodne struje 0,86mA, pa ćemo i nju ucrtati. Vidimo da tamo prednapon rešetke iznosi oko -1,3V (pad napona na katodnom otporniku je 0,86mA x 1500Ω=1290mV). Kad se na rešetki pojavi izmjenični napon, anodni napon i anodna struja uvijek će se gibati točno po ovako određenoj radnoj karakteristici elektronke, lijevo gore i desno dolje od označene radne točke. Trenutnu vrijednost napona na anodi možemo očitati na diagramu gdje krivulja odgovarajućeg konstantnog prednapona rešetke siječe radnu karakteristiku (radni pravac).

ECC83 radna karakteristika1.png

Literatura: http://www.tubecad.com/september99/page6.html

[Ivor]

Zaboravio sam napomenuti da se može na sličan način analizirati i spojeve s drugim aktivnim elementima, npr. BJT, FET, MOS, IGBT... Aktivni element se zamisli kao promjenljivi otpornik vrijednosti od 0 do ∞, na njegovu U/I karakteristiku se ucrta radni pravac, odredi se radna točka itd...
Radna karakteristika je pravac samo kod čisto radnog (ohmskog) opterećenja. Općenito, kad je prisutna i reaktivna komponenta, radna karakteristika je elipsa.

[Ivor]

Prijeđimo sada na slijedeći primjer - opće poznato SE izlazno pojačalo s EL84.

EL84 podaci.png

Idemo nacrtati shemu i radnu karakteristiku.

EL84 shema.png

Na anodu je spojen izlazni transformator. Što sada? Gdje je anodni otpornik?
Izlazni transformator znači da ćemo radnu točku sigurno imati kod Ub=250V. Ohmski otpor primarnog namota ćemo ovdje zbog jednostavnosti zanemariti. Bez izmjeničnog audio signala zato ne može biti nikakvog napona na primaru. Istosmjerno napajanje 250V prolazi bez promjene direktno na anodu!
Kolika će tamo biti istosmjerna komponenta anodne struje, zavisi od negativnog prednapona rešetke. Iz podataka proizvođača uzeli smo Ug1=-7,3V, a iz diagrama možemo očitati da je kod Ua=250V Ia≈48mA, što se poklapa s podacima na datasheetu.
Prilikom pobude rešetke izmjeničnim signalom, na tu istosmjernu komponentu anodne struje pridodaje se još izmjenična komponenta koja tjera izmjeničnu struju kroz otpornik (opterećenje) na sekundaru transformatora. Budući da je u ovom primjeru zbog jednostavnosti uzet prenosni odnos transformatora 1:1, ista ta struje teći će kroz primar i serijski spojenu elektronku. Amplituda izmjenične komponente (najveća moguća, u trenutku kad bi se elektronka ponašala kao da je u direktnom kratkom spoju) je dakle
Ia~=Ub/Ra=250/5200≈48mA
Kad dodamo još struju mirovanja, dobijemo točku gdje radna karakteristika siječe ordinatu (Y os).
Iamax=Ia+Ia~=48+48=96mA
Sada već imamo dvije točke radnog pravca, što je dovoljno da ga možemo ucrtati u U/I diagram iz datasheeta.

EL84 radna karakteristika.png

Za provjeru možemo računski odrediti još i sjecište s apscisom (X osi), gdje je Ia=0 (elektronka je potpuno zakočena):
Ua~=Ub+Ia~*Ra=250+0,048*5200≈500V
Ovaj anodni napon je daleko izvan područja prikazanog na U/I karakteristici elektronke, pa ćete mi za sada morati vjerovati na riječ dok ne provjerim simuliranjem.

Legenda:
~ ... izmjenična komponenta signala
≈ ... približno jednako

[ilimzn]

A sad na pocetak i kako spada sloziti sto je trioda i pentoda. To nisu promjenjivi otpori od 0 do beskonacno i to je instant jasno iz krivulja cijevi. Zato prvo to trebas rijesiti. Uzeti otpor 0 ili beskonacno je jedino prakticno radi nagiba radnog pravca i tocaka kroz koje prolazi.
U drugoj analizi trafo ima i induktivitet, pa ako vec zelis idealni trafo, onda trebas ga tako i nacrtati, jer kad se kaze idealni trafo onda se treba znati sto to znaci, pa se treba i sjema prema tome tocno nacrtati. Onda su stvari puno jasnije kad se nacrtaju. pa je i jasnije zasto anodni napon moze ici preko napona napajanja.

[vilim]

Ivor !!, predlažem ti da pogledaš postove na ovu temu o kojoj su raspravljali još 2012 godine Ilimzn, nešto kasnije Davorin a i ja sam stavio nekoliko postova "Elektronička cijev u petlji negativne povratne veze (2016g), "Analiza rada Push-pull pojačala" (2016 g), "Driver 6N6P" 09/2019 na temu "6C33C"koju je tada otvorio "jazzri" . Prvenstveno zbog onih koji nisu strukovni elektroničari valja biti nešto precizniji. Stavio si shemu ECC83 koja ima u anodi i katodi otpornik Ra i Rk i za određivanje statičkih uvjeta rada ne treba ti simulator i bolje je aktivno rješavati jer tada si sam izravno u računskom procesu. Želim samo pojasniti slijedeće. Ovo je serijski spoj linearnog ( Ra+Rk) i nelinearnog elementa (ECC83) i tražimo iznos struje koja teče kroz njih. Bez obzira koliko otpornika imamo u strujnom krugu prvi korak u rješavanju je sve svesti na serijski spoj samo jednog ekvivalentnog otpornika i jednog nelinearnog elementa na koje sada primjenjujemo 2. Kirchoffov zakon uz uvjet da je suma padova napona na njima jednaka naponu baterije Uab. Budući da tražimo koliki je iznos napona na cijevi Uak treba od napona anodne baterije oduzeti pad napona na otporniku Ra . Dakle prilikom crtanja i oduzimanja jedan od elemenata treba uzeti s negativnim predznakom što znači da bi npr. statičke krivulje cijevi trebali crtati u zrcaljenom položaju što je komplicirano i zato to izvodimo s linearnim elementom otpornikom R jer to je pravac. Statičku radnu točku određujemo kao sjecište dvaju pravaca i to prvi pravac. Ia= f( Ugk) i drugi pravac Ia= f (Rk, Ra, Uab) Rješenje ovih dviju jednadžbi biti će radna točka Q iz koje očitavamo napon na nelinearnom elementu Uak mjereći od ishodišnog položaja 0V prema desno i anodnu struju mirovanja Ia.
Radni pravac biti će jednak ukupnom iznosu (Ra + Rk) i najednostavnije ga ucrtavamo u tzv. segmentnom obliku gdje izračunavamo dvije krajnje točke na naponskoj osi Uak i strujnoj osi Ia . Na ovaj način se izračunava i slučaj kada na rešetki vlada visoki istosmjerni napon predhodnog stupnja kod direktno vezanih cijevi bez veznog kondenzatora

[Bepone]

a nitko nije komentirao da je tema otvorena za PP pojacalo (2+ lampe) u toj klasi AB, a pise se o single ended-u, klase A (jedna lampa)?

[Bepone]

inace AB klasa je zanimljiva za pisat i van oubicajenih topologija, svadjat se koji je opteretni otpor najbolji, zasto ako je za SE potrebna impedanca X, za PP je potrebna 4X (i to rijetko tko primjenje), recimo pentoda xx treba 5koma, i zasto za PP treba 20 kilooma i takve nerazumljive na prvu stvari

[Master of disaster]

Ja sam proučio teme posvećene izračunu radne točke triode na ovom, bivšem, i nekim drugim forumima. Veselio sam se temi sa razradom push-pull ustroja, ali to se je svelo na prije rečeno. Jedino ako Ivor još nije stigao razraditi temu.

[Ivor]

Ovo do sada je samo uvod za zagrijavanje. Najprije ću ova 2 primjera još jednom izvesti pomoću simulatora, da bih još jednom provjerio dobivene rezultate, a tek na kraju namjeravam prijeći na stvar.

Ivor !!, predlažem ti da pogledaš postove na ovu temu o kojoj su raspravljali još 2012 godine Ilimzn,

Ne mogu naći! Bi li mi, molim te, mogao poslati link, da se ne mučim tražeći.

[Ivor]

Ja sam proučio teme posvećene izračunu radne točke triode na ovom, bivšem, i nekim drugim forumima. Veselio sam se temi sa razradom push-pull ustroja, ali to se je svelo na prije rečeno. Jedino ako Ivor još nije stigao razraditi temu.

Upravo tako, pun pogodak. Još nije bilo ni simuliranja. Nastavak slijedi, nadam se već sutra.