PPAB1 forstærker med United EL38/6CN6/807

[spuncut]

Indledning

Tilbage omkring træffet købte jeg en stribe United EL38/6CN6/807-rør (eller hvad vi skal kalde dem) af tcla. Se tcla's post her:
viewtopic.php?f=650&t=13068&p=117003

I mellemtiden har jeg forsøgt at sno hjernen om hvordan en Push-Pull AB1-forstærker kan designes.
Der er taget udgangspunkt i en artikel af Valvewizard, som findes her:
http://www.valvewizard.co.uk/pp.html
Valvewizard anvender en grafisk procedure, som jeg har overført til matematiklærenes yndlingsværktøj, Geogebra. Geogebra-designværktøjet er afprøvet med diverse rørs typiske anvendelser og da jeg ender op med de samme tal som i databladene, er jeg riiimelig sikker på at der regnes rigtigt.

Hvis du vil lege med skal du installere Geogebra classic 5 som kan hentes her:
https://www.geogebra.org/download?lang=da

Geogebra-designværktøjet, som skal åbnes i geogebra kan hentes her:
https://drive.google.com/file/d/12SyVR3 ... sp=sharing

Næste post omhandler beskrivelse og brug af Geogebra-designværktøjet i forbindelse med design af en udgangsforstærker med 807-rør.

MVH Henning

[spuncut]

Brug af designværktøj - Input af data

I det følgende er der taget udgangs punkt i følgende datablad for rør 807:
http://www.r-type.org/pdfs/807.pdf
Side 8 fra databladet er indsat som baggrundsbillede i designværktøjet:

01.PNG

Indtastning af data:
I venstre side af skærmbilledet angives de data som ønskes anvendt, her data for 807:

Valg af rør:
Hak i "807 UG2 = 300V".

Inputfelt "Z_T":
Her angives transformer impedansen i Ohm pr. anode (4000).

Inputfelt "V_A":
Her angives spændingen i volt på transformerens midtpunkt (B+) (350).

Inputfelt "P_Amax":
Her angives rørets maksimale anodeeffekt i watt (25).

Skyder "K_bias":
Her angives faktoren mellem rørets maksimale anodeeffekt og biaseffekt. denne faktor kan indstilles mellem 0,7 og 0,85.

I næste post forklares grafikken.

[spuncut]

Forklaring af grafik

02.png

Den røde hyperbel er bestemt af rørets maksimale anode effekt, P_Amax. Denne kurve skal helst ikke krydses af rørets belastningslinjer.

Den blå linje angiver klasse "A"-belastningslinjen. Denne linjes udstrækning styres af biasniveauet (K_bias-skyder). I dette område trækker begge rør strøm.

Den orange linje angiver klasse "B"-belastningslinjen. Stejlheden af linjen er steget til det dobbelte fordi det andet rør er strømløst.

Det grønne biaspunkt angiver den effekt/strøm der forbruges pr. rør uden signal. Punktets horisontale position styres af forsyningsspændingen, V_A. Punktets vertikale position, strømmen, styres af K_bias.

Det røde punkt "S" angiver den strøm/spidseffekt hvor forstærkeren overgår fra klasse-A-tilstand til klasse-b-tilstand.

Det violette punkt P_o angiver trinnets maksimale udgangs strøm/effekt. Da det er en klasse AB1- forstærker uden G1-strøm vi er i gang med, bør dette punkt ligge på, eller lidt under, kurven for "UG1=0" på det underliggende billede af karakteristikken.

Næste post beskriver optimering af forsyningsspænding og bias.

[spuncut]

Optimering af forsyningsspænding og bias - Det egentlige design

Punktet P_o flyttes til at ligge på "UG1=0" fordi det er en AB1-forstærker vi er igang med. Klik-hold-flyt:

03.PNG

Udgangseffekten kan nu aflæses til 24,49W, hvilket måske er lidt i underkanten af det forventede...

Lad os prøve med en lidt højere forsyningsspænding:

Klik-hold-flyt det blå punkt, V_A til, skal vi sige, 400V (foretag evt. justering af punktet P_o så det stadig ligger på UG1=0)

04.PNG

Udgangseffekten er nu steget til 32,36W, som er mere i det leje man kan forvente af rør i den kaliber ift. EL34 og 6L6.

K_bias står tilfældigvis på 0,81 hvilket måske er noget højt, men lad os, som udgangspunkt, holde den her.

Det næste interessante der kan aflæses er bias, som er angivet ved biaspunktets koordinater. Strøm-koordinaten ligger på 50,63mA og ved 400V giver det en effekt på 20,25W. Biasspændingen kan aflæses på det underliggende billede af karakteristikken hvor biaspunktet ligger på kurven "UG1= -30V".

Opsummering:

Vi har således fundet ud af at der kan opnås en udgangseffekt på henved 32W ved en forsyningsspænding på 400V. Og hvis rørene biases ved ca. 50mA så blæses der konstant 20W af i hvert rør. Desuden har vi aflæst at der skal bruges en biasspænding på højst(!) -30V.

MVH Henning

[tctla]

Hej Henning,

Spændende program, som jeg ikke kendte.

Jeg har kørt simulationen med samme CCS-data, som er opgivet i databladet for 807, og det er jo nærmest spot-on.
(Va=400V / Raa = 6800 Ohm)

Mvh,

/Torben

[spuncut]

Hej Torben
Det violette punkt P_o er faktisk lidt bøvlet at placere og det er fordi punktet vil søge at rette sig ind efter nogle underliggende skjulte hjælpeobjekter.
Funktionen "Fang til gitter" slås fra ved at klikke på tegnefladen hvor der ikke er nogle objekter.
Herefter fremkommer der en lille magnet, som vist på billedet herunder:

fang-til-gitter-sluk.PNG

Klik "trekant på spidsen" og der ruller en menu ud.
Vælg "Sluk"
Gitter-magneten er nu slået fra og det violette punkt, P_o kan placeres helt nøjagtigt.

Geogebra er et modelleringsprogram der anvendes i stor stil i skolerne til geometri, statistik og funktioner. Og det er jo nærmest skabt til at arbejde med rørkarakteristikker. Eneste krav er at karakteristikken skal have samme længde for 100mA og 100V. Karakteristikken for EL84 er derfor blevet lidt flad da jeg måtte ændre proportionerne på billedet.
MVH Henning

[spuncut]

Billederne ser ud til at ville vælte noget rundt. Hvis du højreklikker teksterne og vælger "Fast objekt" kan du flytte teksterne rundt efter behag.
MVH Henning

[tctla]

Tak for tippet, det virker

Din bemærkning om, at man ikke bør krydse power-hyperbelen, er selvfølgelig helt fornuftig.
Forstærker-fabrikanterne tog sig dog gerne en tur ind i det forbudte land, og det kan man jo ikke bebrejde dem, når Philips' CCS-data ligefrem foreslår det, se vedhæftede.
Måske ER det ikke så slemt endda, for RMS-værdien i gennemsnitlig (Pop + klassisk + heavy-metal)/3 ) musik er nok temmelig lav, så rørene vil have det fint med det, som Philips her foreslår.

[X-ray]

For pokker, Henning
Dér røg lige et par timer med GeoGebra - på en solrig søndag formiddag. Tak for det..
Men spændende - og fint at få pudset rusten viden af.
Jeg var også med i fælles-købet - men vil gerne prøve at lave noget SE/SE-parallel. Springende punkt hér, er nok at finde egnede udgangs-trafoer.
OT: Jeg har erhvervet mig en Marshall amp 9005 - som jeg tænkte, at bruge som platform/legeplads. Den fungerer godt nok fint - men den bliver ofret til formålet - og håber at kunne genbruge nettrafo.
De udgangstrafoer som sidder i, hedder (784-139 - Drake 3,2K) og er vel fine nok til et PP-projekt eller...
Jeg bytter gerne, hvis nogen ligger inde med trafoer til SE.

Hilsen X-ray

[spuncut]

Hej Torben
Nu kan man ikke lige se hvor mange watt bias ligger på, men jeg ville nok reducere K_bias en tøddel således at klasse a området kommer under P_max-hyperblen.
Hvad er forresten CSS en forkortelse af? og hvad med ICAS?

[tctla]

Hej Begge to og alle,

Rigtig rart at se, at der er kommet gang i projekterne.
Mit projekt kommer nok til at gå ud på, at køre rørene i klasse AB2.
Jeg har gode erfaringer med netop det.

CCS betyder Continous Commercial Service
ICAS betyder Intermittent Commercial and Amateur Service

CCS dataene kan man altså godt føle sig tryg ved, at anvende uden at overbelaste røret.
Med ICAS er det nok mere held, der afgør resultatet

Mvh,

/Torben

[tctla]

Der er godt nok smæk på, når et 807 kører fuld skrue iflg. ICAS, se vedhæftede.
Stadig langt fra hvad, man kan få ud af røret i klasse AB2, men det kan simulator-programmet ikke vise.
Det er dog slet ikke min mening, at presse røret derop; det er selve ideen bag AB2, der er tiltalende.
Kraftige peaks i lydsignalet klippes ikke, da driveren kan levere gitter-1 strøm, når spidserne overstiger Nul Volt på gitteret.

Mvh,

/Torben

[spuncut]

Hej X-ray
Det er da en fin Marshall-ting du har fået fingrene i der. 784-139 - Drake 3,2K bruges i en del af Marshall's vintage-amps bla. Plexi og er i rimelig høj kurs. Desuden er impedansen på 3,2k tættere på det optimale for 807 end den 4k-trafo som jeg tænker at anvende i denne post.
Angående SEA1(evt. 2) så fandt jeg en artikel om emnet:
Denne fra Valvewizard:
http://www.valvewizard.co.uk/se.html
Desværre hopper min kæde af et stykke nede i artiklen, hvor han taler om dobbelt forsyningsspænding og trafoens reaktive belastning. Men jeg er villig til at lave en SE-design-ting hvis du kan hjælpe mig med at fatte sagernes sammenhæng. Lav en "SE-tråd" så tager vi den der.

MVH Henning

[spuncut]

Hej Torben
Det var egentlig også min oprindelige tanke at anvende rørene i "AB2-Light" dels fordi man får mere dynamik men også for at komme helt udenom tendenser til "blocking-distortion", da man i forvejen skal konstruere drivertrinnet med lav udgangsimpedans. Hvis du opretter en "AB2-tråd" kan vi måske i fællesskab lave en simulation der kan klare det. Det er muligvis fordi jeg er en "forsigtig-per", men så vidt jeg lige kan se skal spændingen op, bias ned, trafoimpedans ned og hvordan man så undgår groft at krydse effekthyperblen kan jeg ikke lige overskue.
MVH Henning

[spuncut]

Overføringsfunktion og krav til fasesplitter

Effekthyrpeblen og andet overflødigt er skjult i nedenstående billede. I billedets højre side er der indsat en rød sinus, uG1 der beskriver signalet på G1. Dette signal ligger symmetrisk om biasspændingen og udstyrer pentoden til lige før der går strøm i G1 (0V).
Da en pentode er en forstærkerkomponent der tager en spænding på G1 og omsætter denne spænding til en anodestrøm får vi således en strøm ud. Anodestrømmen er den blå sinus til venstre. Der er dog skåret et stykke ud af sinussen og det kommer sig af at indgangsspændingen kommer under -39V hvorved pentoden holder op med at trække strøm.

ug1-ia-01.png

Helt ude til venstre kan man se hvilken tilstand forstærkeren befinder sig i: Op til 100mA trækker begge rør strøm forstærkeren befinder sig således i klasse-a1-tilstand, over 100mA bliver det andet rør strømløst, klasse-b1-tilstand, denne tilstand fortsætter op til 179mA hvor forstærkerens maksimale effekt opnås.
Da det er en klasse AB1 forstærker vi er ved at konstruere ønsker vi ikke at komme op i B2-området, driver/fasesplitter skal derfor klippe G1-signalet så det ikke kommer over 0V.

Hvis man holder anodestrømmen under 100mA befinder forstærkeren sig, som nævnt, i klasse-a-tilstand og det kunne jo være interessant at regne ud hvor meget effekt forstærkeren kan levere i klasse-a. Det kan man regne ud ved at anvende Ohms lov for effekt, men først skal spidsstrømmen på 0,1A regnes om til effektivværdi og det gør man ved at dividere med kvadratrod 2:

0,1/1,41 = 0,0707 ARMS

P = I^2 * R
P = 0,0707^2 * 4000 = 20W

Forstærkeren kan således levere 20W i klasse-a-tilstand, det kræver dog at højtaleren ikke spræller for meget i impedans. Hvis 8Ohms-højtaleren eksempelvis får lyst til at lege 4Ohms falder klasse-a-effekten til det halve.

Fasesplitterens skal kunne levere en spidsspænding der går fra biasspændingen (-25V) og op til 0V, det bliver en spids-til-spids-spænding på 50V.

Nu da vi har det spændingssving der skal bruges på pentodernes gitter1, kan vi også beregne hvor meget forstærkning der skal bruges i indgangstrin og fase splitter for et givent indgangssignal.
Så er det lige hvor meget linjesignal der skal regnes med?
https://en.wikipedia.org/wiki/Line_level
Lad os sætte indgangsspændingen 2,8vpp, for at gøre noget.

Vi kan nu regne forstærkningen:
50/2,8 = 17,9 gange eller 25db

Så langt så godt
MVH Henning