Radna karakteristika kod pojačala u klasi AB

[tom_hifi]

Samo naprijed. Ako i bude nešto netočno, ispravit će se, bitno da se zajednički uči i raspravlja. Bitnije od svega.

[Ivor]

Kad smo već ponovili neke osnovne dobro poznate grafičke metode konstruiranja radnih karakteristika SE pojačala u klasi A, red je da prijeđemo na slijedeći zadatak: simuliranje gore opisanih primjera. Usporedbom jednih i drugih rezultata moći ćemo provjeriti pravilnost ovog postupka.
Za simuliranje elektronki najprije su nam potrebni njihovi SPICE modeli. Mnogi su se bavili njihovom izradom. Jedni se nastoje što više približiti karakteristikama objavljenim od strane proizvođača. Budući da smo već od početka koristili samo tvorničke podatke, za sada ćemo koristiti takve modele jer želimo dobiti rezultate usporedive s onima dobivenim grafičkim postupkom.
Drugi polaze od podataka izmjerenih na vlastitim primjercima elektronki. Primjer takve prakse može se naći ovdje (LTspice library). Iz vlastite prakse opažam da se vrlo rijetki moji primjerci, prilikom mjerenja, mogu bar približiti tvorničkim podacima, čak i kad se radi o NOS i SQ primjercima. Možda ćemo ove druge modele koristiti kasnije jer daju realnije rezultate, bliže onim praktičnim.

Probajmo najprije kako se u simulatoru ponaša ranije promatrani sklop sa ECC83. Provjerimo najprije model ECC83. "Skinuo" sam ga ovdje.

ECC83 trans.png

Da bih provjerio valjanost mojih modela, na brzinu sam sastavio virtualni tester ("virtual tube curve tracer") u simulatoru. Koristio sam analizu DC SWEEP. Anodni napon se kreće od 0 do 400V, kao i kod tvorničkih podataka. Isto tako se Ug mijenja od 0 do -4V u skokovima po 0,5V (Monte Carlo).

ECC83 DC simul.png

Rezultat sam usporedio prekrivanjem dobivenih i tvorničkih krivulja u istom mjerilu. Nije osobito pregledno, ali bolje ne znam.
Da bismo nacrtali radnu karakteristiku cijevi, moramo kao i do sada, to uraditi u XY dijagramu. Na X osi imamo anodni napon Ua-Uk, a na Y osi anodnu struju. Kako se to radi zavisi od programa za simuliranje koji koristimo.
Radnu karakteristiku može se nacrtati simulatorom na više načina. Može se izvesti DC SWEEP ili koristiti Transient analizu i rezultat prenijeti u XY dijagram. DC SWEEP-om se može pokriti veće područje nego što ga elektronka može praktično pokriti (Ug>0!), ali karakteristika izgleda sličnije onoj dobivenoj grafički. Karakteristiku dobivenu Transient analizom probat ćemo idući put.
Konačni rezultat je na donjoj slici. Crvena radna karakteristika dobivena je grafičkom metodom (već viđeno), a plava simuliranjem. Zelenom bojom prikazane su simulirane krivulje kod Ug=konst ("virtual tube curve tracer").

ECC83 simul.png

Vidi se da se sve lijepo slaže.

[ilimzn]

99.999% modela cijevi NE simulira Ug>0, stovise moze biti neprecizno i za male Ug. Tocnije, Ug>0 krivulje cak mogu i izgledati ok ali Uak/Ik/Ug krivulje ista ne govore u struji Ig, i tu ce biti velikih gresaka. Recimo na modelu vec vidis za Ug=0 struja Ik tece i kod Uak=0, sto ima slicnosti sa stvarnoscu ali samo slicnosti. Modeli u pravilu nisu univerzalno primjenjivi, pa treba paziti da simulacija drzi radnu tocku u podrucju gdje je model dovoljno tocan.

Drugo, simulator nije panacea. I dalje se mora znati sto to znaci induktivitet, sto je kapacitet, sto je zapravo transformator i koja je razlika zimedju idealnog i neidealnog, sto je sidealni strujni izvor il iidealni naponski izvor, kao i osnove rada samog sklopa, jer simulator odradi svoje a kako ces tio interpretirati rezultate, jer to simulator ne radi.
Primjerice, kad u datasheetu pise Raa ili Ra kao specifikacija trafoa, to se u simulatoru NE odnosi na trafo!!! nego na opteretnu impedanciju cijevi, a trafo se preracunava iz te impedancije i one koju zelimo imati iza trafoa. Kada se sklop simulira prema datasheetu, najjednostavnije ga je napraviti pomocu anodnog induktiviteta (koji bi trebao teziti beskonacno a u stvarnosti dovoljno da ne unosi vecu gresku u simulaciju. S druge strane u simulatoru se lako dodaju karakteristike tipa otpor primara i induktivitet, pa se ako lako moze specificirati induktivitet koji je skroz nepraktican u stvarnosti ali eliminira dodatne valirable u simulatoru.
U toj verziji opteretni otpor ide u paralelu s induktivitetom.

[Ivor]

Simuliranje radne karakteristike elektronke već nam dobro ide od ruke. Prije nego što se uhvatimo ozbiljnijeg posla, simulirajmo za probu još naše SE izlazno pojačalo s EL84 i idealnim izlaznim transformatorom.
SPICE model za EL84 sam opet našao na istoj WEB stranici kao i ranije za ECC83. Radna točka je kao kod grafičke analize. Na ulaz dovedemo sinusni signal od 1kHz amplitude 10Vpp.

EL84 trans.png

Možda se ovaj rezultat simuliranja nekome neće baš svidjeti, ali za određivanje radne karakteristike elektronke je dovoljno dobar. Izibličenja signala nam pri tome nimalo ne smetaju. Dapače, na kraju će nam dulja krivulja dobro doći.
Simulirane izlazne karakteristike U-I/Ug1=konst. za EL84 bi prema ovom modelu izgledale ovako:

EL84 DC simul.png

Radnu karakteristiku ćemo ovoga puta nacrtati kotisteći Transient analizu. Na X osi opet je prikazan anodni napon (katoda je ovdje na masi), a na Y osi je i dalje anodna struja. Proces se ponavlja 10 puta (iscrta se čitavih 10 perioda izlaznog signala, jedna preko druge), zato je ovoga puta linija malo deblja i "dlakavija". Na početku i na kraju nedostaje jedan dio jer ga kod normalnog rada elektronke ne možemo dostići (Ug1 potitivan, u ovom spoje je teško potpuno zakočiti elektronku jer treba prevelik negativni Ug1). No dio koji nedostaje obično nam ne treba, a možemo ga i jednostavno zamisliti (ekstrapolirati).

EL84 simul res.png

Ovoga puta imamo nešto manje sreće s prekrivanjem dobivenih radnih karakteristika. Korišteni model daje, kod propisanih Ua=Ug2=250V i Ug1=-7,3V, preko 50mA mirne anodne struje, što je više nego što je predvidio proizvođač (48mA). Drugim riječima, modelirana lampa je čak nešto bolja od nove Philipsove. Ipak mislim da je ovo odstupanje tako malo da možemo slobodno reći kako je usporedba dala dovoljno dobar rezultat. Mirna struja bez signala je nešto veća, ali nagib krivulje (pravca) je pravi, kao što smo i očekivali.

[Ivor]

Sve ovo što sam gore napisao i nacrtao je čista teorija. Sve što premalo utječe na iscrtanu radnu karakteristiku sam zbog jednostavnosti zanemario. Do sada iznešeno služi samo za usporedbu garfičkog i simuliranog načina. Da ne bude poslije, kad pređem na pravi PP spoj u klasi AB, da sam nešto muljao po svoje i ne daj bože prilagodio rezultat onome što želim pokazati. Ug>0 mi je trebao samo zato da nađem sjecište s Y osi. Iskoristio sam manu modela da se ponaša jednako kod Ug<0 kao i kod Ug>0 iako sam svjestan da u stvarnosti nije tako. Ovo je samo prikaz alata za crtanje nekih idealiziranih krivulja, a za detaljnu analizu sklopa što ga želimo sagraditi, trabat će uzeti u obzir još mnogo drugih stvari.

[Ivor]

Uzeti otpor 0 ili beskonacno je jedino prakticno radi nagiba radnog pravca i tocaka kroz koje prolazi.

Upravo to mi treba i ništa drugo.

[Ivor]

Novi alat je isproban i provjeren, "nišanske sprave" su podešene. Idemo dalje! Nacrtajmo radnu karakteristiku elektronke EL84 u PP spoju u klasi AB.
Što zapravo znači klasa AB? U kojem je vremenskom intervalu jedno, a u kojem drugo? Kako prelazi iz jednog režima u drugi, naglo ili postepeno? Kako se to odražava na radnoj karakteristici pojedine elektronke?
Pojačalo u klasi AB u stvari nije ni jedno ni drugo. "Ni tić ni miš". O nekoj ravnoj radnoj karakteristici ne može više biti ni govora.
Za početak ćemo koristiti ovu shemu:

EL84 PP samo shema.png

Približno ćemo se držati ovih podataka, ali ne svih. Više se ne moramo držati predložene radne točke radi usporedbe s ranije dobivenim rezultatima. Krenut ćemo malo "po svoje". Prednapon Ug1 uzet ćemo -12V, a izmjenični ulazni napon neka bude 24Vpp. Tako ćemo pokriti cijelo područje Ug1 od 0V do -24V.

EL84 PP podaci.png

EL84 PP trans.png

EL84 PP simul res.png

Iako model nije osobito dobar, svejedno se vidi da radna karakteristika više nije ravna crta. Na početku lijevo ima velik nagib. Tu cijev radi u "čistoj" klasi B. Kako anodni napon raste, nagib pomalo pada i oko radne točke cijev prelazi u klasu A. Kasnije se nagib i dalje smanjuje i cijev se opet približava klasi B. Na kraju se cijev sasvim zakoči i sav teret preuzima druga cijev. To se deševa nešto prije maksimalnih Ug1=-24V, iz slike se ne može točno razaznati gdje.

[Bepone]

to je trebalo poc u tutorijal.. ma ca simetrix je toliko napredovao? ja ne koristin simulatore i ne volim "modele" osim brazilskih , a volin crtat po grafovima, klasu AB takodjer, u pol ure napravin ca mi treba

[Bepone]

ako ti je trafo 1:1 ne more bit opterecenje 2 k nego 8k tamo desno,

[Ivor]

to je trebalo poc u tutorijal.. ma ca simetrix je toliko napredovao? ja ne koristin simulatore i ne volim "modele" osim brazilskih , a volin crtat po grafovima, klasu AB takodjer, u pol ure napravin ca mi treba

Može li se prebaciti?
Malo je napredovao SIMetrix, a malo i onaj koji ga koristi.
Gdje su ti tvoji brazilski modeli, baš me zanima?
Kako onda nacrtaš po grafovima one krive karakteristike kod PP AB?