1 Я покажу на примере расчет однотактного (SE) каскада с параллельнм включением триодов (это уже сокращается как PSE). Расчет включает определение рабочей точки лампы, а также мощности и напряжения на ее нагрузке. Эти шаги выполнены при помощи программы Pspice student, которая использовалась автором как есть и поэтому никакими комментариями по поводу собственно программы не сопровождаются. Остальные шаги представлены как результат использования программы Tube TransCalc, которая является продуктом автора этих строк, и поэтому может быть использована как инструкция по ее использованию. В этой инструкции нет описания банальных манипуляций мышкой и клавиатурой, так как в наше время даже для пацанов, жующих жвачку и одновременно набирающих SMS-сообщение на мобилке, это не есть проблема. Выбор лампы выходного каскада ответственная задача. Я с ней справился, читая статьи в Интернете и прогуливаясь по радиобазару. Результатом прогулок было какое-то количество добытых экземпляров 6Н5С. Поскольку лучше сначала считать, чем строгать, мотать и паять, было принято решение смоделировать каскад на доступной Spice-модели SV6AS7. Вопрос об идентичности ламп SV6AS7 и 6Н5С мной не рассматривался. Даже при их расхождении параметры 6Н5С будут не лучше параметров SV6AS7. А уж для регулировки реального каскада на 6Н5С всегда есть средства в виде подстройки анодного напряжения и сеточного смещения. Схема на Pspice Schematics выглядит так: PSpice. 2 Это схема с фиксированным смещением, которое обеспечивается источником Vsin (здесь он также обеспечивает сигнал 1000Гц с уровнем 100V). ![]() Расчет однотактных каскадов. Алгоритм работы программы существенно не изменился. Была добавлена возможность задания нагрузочной линии при. Изменяя режим работы драйверного каскада, можно регулировать спектр выходного сигнала и достигнуть желаемого звучания. Разница между расчётом. ![]() Нагрузкой каскада служит резистор Ra=1,6K. Дело в том, что с одной стороны, классик Цыкин рекомендует выбирать сопротивление переменному току первичной обмотки в 3 7 раз больше внутреннего сопротивления лампы переменному току, а с другой стороны, трансформатор UBT-1 фирмы One Electron имеет R ~ =1,6K и рекомендован как раз для SV6AS7 в режиме PSE. (При внутреннем сопротивлении переменному току двух параллельно включенных баллонов, равным 225Ω, имеем 1600:225=7,(1).) Так что можно считать, что требование Цыкина подтверждено достойным современным производителем, и нам больше не о чем беспокоиться. Правда резистор Ra не похож на трансформатор, но ведь и это не принципиальная, а скорее эквивалентная схема, где индуктивность в нагрузке никак не влияет на работу каскада, а потому заменена активной нагрузкой. ![]() Значение напряжения источника постоянного тока Va выбрано равным 400V для обеспечения на анодах триодов напряжения 215V. Таким образом, при смещении -110V суммарный ток через оба триода будет равен 115mA. В реальной конструкции активное сопротивление первичной обмотки трансформатора (которое обеспечивает ток покоя) будет существенно меньше, а потому и напряжение источника тоже будет меньше. Так, если активное сопротивление первичной обмотки трансформатора равно 100Ω, а суммарный ток через триоды должен быть равен расчетному значению 115mA, то напряжение источника, питающего каскад в режиме полного молчания, должно быть равным x0,115=215+11,5=226,5V. Хочу подчеркнуть, что обеспечение расчетного тока, анодного напряжения и заданного смещения важны в равной степени, так как именно эта комбинация параметров обеспечивает расчетную мощность и коэффициент гармоник (здесь, кстати, он равен 2,6% на полной мощности). Запуск процесса моделирования этой схемы дает график максимальной мощности синусоидального сигнала с частотой 1000Гц: 3 8,5W на нагрузке Ra тоже неплохо. В виде переменного напряжения на концах нагрузки Ra это выглядит так: Запомним на будущее, что это составляет 165V. Tube TransCalc Теперь настала очередь разобраться с выходным трансформатором. Как обычно в таких случаях, я перед проектированием почитал Цыкина, походил по барахолкам, а также написал программу Tube TransCalc. Изучение конъюнктуры рынка (хождение по барахолкам в наши дни называется именно так) показало: кроме как на стержневые сердечники от трансформаторов ТС-270, ТС-180, ТС-100 и т.д. Расчитывать не приходится. Первым делом запускаем программу Tube TransCalc, выбираем страницу Предварительный расчет и сообщаем ей желаемые показатели трансформатора. 4 Здесь наименее очевидным является выбор топологии трансформатора на вкладке Симметрия и конструкция. Название мини-странички A/I обозначает, что данный трансформатор работает в однотактном каскаде с подмагничиванием, а радиокнопка Стержневой 3 показывает, что будет использован стержневой сердечник и половинки обмоток на разных катушках трансформатора будут соединены между собой как показано на соседнем рисунке. Скажем прямо указанные нами параметры трансформатора не ахти какие: спад частотной характеристики на краях диапазона Гц составляет -3dB. Но к большему сейчас лучше не стремиться, так как малый спад на верхней частоте достигается конструктивными приемами, которые решаются не здесь и не сейчас, а заказ малого спада на нижней частоте лишь приведет к сужению перечня рекомендуемых сердечников. Этот перечень можно увидеть на выпадающем списке справа от надписи Выбор из списка (чтобы список появился, нужно поставить галочку в маленьком окошечке между надписью и окном для списка). Я выбрал сердечник ПЛ 25x50x100, так как он ближе всего по размерам к сердечнику трансформатора ТС-270. На передвижной панели справа представлены многочисленные параметры, описывающие все мыслимые параметры трансформатора. Но не будем забывать, что это не более чем виртуальный трансформатор, пользы от которого ровно ноль. Все эти числа для меня были важны на этапе написания программы для контроля правильности расчетов, так как тогда было важно абсолютно все. Сейчас же все эти числа в совокупности могут быть важны только для человека, созерцающего подобно господу Богу свой пупок в течение бесконечного времени, прошедшего до сотворения мира. Нам для дальнейшего пригодятся только значения w& =801 (число витков первичной обмотки на одной катушке трансформатора). 7 Здесь задаем внутреннее сопротивление нашей пары триодов (в одном баллоне) SV6AS7 225Ω, и импеданс акустической системы (4Ω). Такое же значение R 2 я задавал и в предварительном расчете. Этот момент требует пояснений. Мои акустические системы Tannoy по паспорту имеют импеданс 6Ω, а на нижней частоте он опускается до 2Ω. В соответствии с рекомендацией Д.Андронникова я принял за основу при расчетах среднюю величину 4Ω. Далее переходим на вкладку Численные параметры, являющейся частью страницы Конструктивный расчет. 8 Здесь нужно задать материал сердечника (Э310) и выбрать подходящий сердечник. Поскольку сердечника ТС-270 в списке нет, придется обмерить штангенциркулем сердечник, катушку и ввести данные вручную. У меня в гараже была катушка провода, который после замера диаметра без изоляции дал значение 0,57mm, а использование также результата замера диаметра с изоляцией дало возможность по таблице проводов на странице Исходные таблицы и графики определить его как ПЭЛ, ПЭТ. В каждом слое катушки от щечки до щечки по расчетам (программы) можно было поместить 153 витка провода. Однако мой небольшой опыт подсказал, что лучше ограничиться значением 120. (Так впоследствии и оказалось.) Здесь сразу же я ввел толщину межслоевой прокладки 0,07mm. Это как раз толщина тетрадного листа в клеточку (тетрадные листы в линейку и в косую линейку я не обмерял). Данная страница предоставляет возможность заполнить таблицу слоев. Первым я положил в таблицу единственный слой вторичной обмотки, а после него 9 слоев первичной обмотки. Один слой вторичной обмотки в совокупности с первичной обмоткой дает старт внутренним процедурам расчета, а 9 слоев первички позволяют увидеть, что это уже близко к вожделенному значению R =1600 Ω. Теперь все остальное сводится к уточнению числа слоев первичной и вторичной обмоток, а так же способа их чередования. (Только не забывайте, что таблица показывает одну катушку трансформатора, а наматывать придется две такие катушки.) Вот результат некоторого колдовства со слоями: ~. 9 Здесь всего 10 слоев первичной и 8 слоев вторичной обмотки, сгруппированных по 2. На вкладке Топология вторичная обмотка показана как Последовательно соединенные группы, а в таблице слоев всем слоям вторичной обмотки присвоен номер 0. Это значит, что после намотки мы должны будем спаять параллельно все слои вторички в каждой катушке (а потом спаять параллельно и обе катушки). Аналогично слои первички каждой катушки (а так же и обмотки на катушках) нам придется соединить последовательно. Как видно на правой панели с расчетными параметрами, нами достигнут главный результат импеданс первички =1674 Ω. R ~ Возвращаясь на вкладку Магнитные и электрические параметры. 10 вводим максимальную индукцию 7000Gs на нижней частоте и расчетное (помните Pspice?) напряжение 165V. Правая панель с параметрами немедленно дает ответ, что введенная индукция будет иметь место на частоте 15Гц при мощности в акустической системе примерно 7,8W. Хотя мои Tannoy ниже чем 30Гц не звучат но, по крайней мере, на низах хрюкать не будут Теперь на той же вкладке зададим расчетный постоянный ток в нагрузке каскада (т.е. В первичной обмотке трансформатора) 115mA. 11 На панели параметров видно, что такой ток можно усмирить прокладкой между половинками сердечника толщиной 0,19mm. Так как в моем распоряжении имелись нормированные по толщине листы тетрадной бумаги, то 3 таких листочка дали 0,21mm. 12 Такое решение толщины зазора обеспечивает ток покоя 130mA (причем с некоторым запасом). Настало время, не обращая внимания на всякие там индуктивности и коэффициенты рассеяния, посмотреть на частотную характеристику: 13 Из нее следует, что на частоте 20Гц мы будем иметь спад частотной характеристики -0,42Db, индукцию чуть больше 5000Gs и угол поворота фазы примерно 18 град. Эти параметры вполне вписываются в самые жесткие ограничения. По этому поводу Herb Reichert писал следующее: Я уверен ультразвуковое и инфразвуковое поведение SE-усилителя должно быть тщательно изучено. Чрезмерный набег фаз или звон в этих областях могут наверняка скомпрометировать силовой потенциал усилителя. Если выходной трансформатор на частоте 100 Гц поворачивает фазу более чем на 40 градусов, то усилитель будет звучать тихо и покажется, что бас задвинут, испытывая недостаток в мелодичности. Низкочастотные излучатели басов будут звучать скучно. Подобно тому, что если в ультразвуковом диапазоне наблюдается звон, усилитель будет звучать тяжело и глухо. Я не могу сказать пока за весь усилитель в целом, но звучать тупо из-за потерь на верхах за счет повышенной индуктивности рассеяния он не должен график не позволяет. При намотке трансформатора я пропитывал (промазывал) каждый слой электротехническим лаком, а затем просушивал катушки при температуре 110 градусов в течение 10 часов. Такой подход обеспечивает хорошую электрическую прочность обмоток, но способствует увеличению емкости трансформатора. По вопросам емкости трансформаторов рекомендую читать монографию Г.С. Цыкина Трансформаторы низкой частоты 1955 г. TransCalc и Pspice вторая серия Вторая часть этого повествования была написана спустя два дня. После написания первой части я, как Господь Бог, решил насладиться созерцанием своего пупка. Этот важный процесс на сей раз выражался во внимательном прочтении мной написанного. Я отметил для себя, что там есть вещь несколько невнятно изложенная. А именно вопрос выбора в Конструктивном расчете способа соединения секций одной и той же обмотки в катушке трансформатора (в данном случае это секции вторичной обмотки; сколько катушек одна на броневом сердечнике или две на стержневом не имеет значения). С этой 14 целью я сравнил свое описание и реально намотанный трансформатор с уже спаянными секциями. И к своему ужасу обнаружил, что все не так. Здесь я хочу успокоить читателя. Описание действительно соответствует поставленной цели представить внутренне непротиворечивый проект PSE-каскада на лампе 6Н5С. Но лично себя я обманул. Мой реальный трансформатор на самом деле оказался совершенно другим. Однако я счел это хорошим поводом продолжить повествование и показать упорному и настойчивому читателю на моем примере, что даже в таком сложном деле, как проектирование оконечного каскада усилителя, иногда можно извлечь пользу из поражения. Итак в чем ошибка? Как вы помните, я сообщил программе Tube TransCalc, что секции вторичной обмотки в катушке я собираюсь соединить параллельно. С этой целью я установил на панели Топология радиогруппу Вторичная в состояние Последовательно соединенные группы. Что такое группа? Группа это совокупность всех слоев вторичной обмотки, которые имеют одинаковый номер группы. В данном случае всем слоям вторичной обмотки присвоен номер 0, следовательно все они принадлежат к одной и той же группе. На левой панели показаны три последовательно соединенные группы, каждая из трех слоев. Не имеет значения, сколько слоев в группе три (как на рисунке) или восемь (как в катушке). Точно так же не имеет значения, сколько групп соединены последовательно три (как на рисунке) или одна (в нашей катушке). Смысл один и тот же. Это видно из того, что параллельно соединенные слои по 120 витков каждый в итоге дают 120 витков на одной катушке и 120 витков во всем трансформаторе (на правой панели, где представлены все расчетные параметры трансформатора). Когда я мотал трансформатор, то каждую секцию, состоящую из двух соседних слоев на одной и той же катушке, я наматывал цельным куском провода (для избежания ненужных паек). Такой прием оказался совершенно логичным для первичной обмотки но, как выяснилось, нелогичным для вторичной. В итоге я получил на катушке четыре секции вторички каждая по два последовательно соединенных слоя. 15 четыре секции на каждой катушке я впоследствии соединил параллельно. Вот результат моего творчества с точки зрения Tube TransCalc: Не меняя численных параметров, я всего лишь изменил топологию вторичной обмотки на Последовательно соединенные группы, и присвоил всем четырем группам разные номера (от 0 до 3). Мой ужас начался когда я увидел, что импеданс первичной обмотки упал до значения R ~ =474Ω. С таким трансформатором к 6Н5С даже не подходи Оставалось только делить это число на внутренние сопротивления всех известных мне ламп. И когда я произвел вычисление 474:130=3.64 то понял, что еще не все потеряно. Ведь 130Ω это внутреннее сопротивление 6С33С. Теперь настала очередь PSpice Student. 19 R ~ Итак, я буду иметь на входе акустической системы 11,5W при 7000Gs, и это все на частоте меньше 10Гц! Вот если бы и коэффициент гармоник был такой, как обещал PSpice Ну да Бог с ним. Не все коту масленица. Кстати во вторичной обмотке трансформатора уже не 120, а 240 витков. Число витков увеличилось в два раза, а уменьшилось со значения 1674Ω до 474Ω то есть в 4 раза. По упрощенной теории, так как 2 2 = 4, то должно быть 1674:4=418,5Ω. Откуда же взялось 474? Дело в том, что в образовании значения R ~ кроме коэффициента трансформации так же принимают участие активные сопротивления обмоток и сопротивление нагрузки. А у нас с увеличением числа витков вторичной обмотки ее сопротивление чуточку выросло. Но это уже другая история а как сделать еще лучше? Посмотрим для начала на частотную характеристику последнего варианта. 20 График показывает, что на частотах 10Гц и 50КГц спад частотной характеристики лучше некуда всего -1Db. Конечно на частоте 100КГц он уже -3Db. Но кто видел это на экране осциллографа в усилителе, которого еще нет? Лично я не стал перематывать готовые трансформаторы в погоне за призрачным идеалом. Поэтому предлагаю Вам всего лишь посмотреть на другой вариант проекта. Моя идея проста поскольку на нижних частотах трансформатор и так ведет себя чудесно, то можно слегка там картину ухудшить, но за счет этого улучшить ее на верхах. Если я уберу по одному слою из крайних секций первичной обмотки. 21 то ее индуктивность уменьшится и спад на частоте 10Гц вырастет до -1,44Db. Но за счет уменьшения толщины крайних секций в полном соответствии с учением Цыкина улучшится эпюра рассеяния и сама индуктивность рассеяния станет меньше. Это можно видеть на графике: спад характеристики на частоте 100КГц уже не -3Db, а -1Db. Вам нравится? 22 Вот только при прежнем значении U 1max =114V почему-то мощность в первичной обмотке выросла до 21W. Но кто сказал, что при уменьшении нагрузки в анодной цепи лампы размах напряжения на концах этой нагрузки останется прежним? Так что пора Вам снова возвращаться к Pspice. Ну а я лучше пойду на базар. Ведь теперь нужно искать 6С33С.
0 Comments
Leave a Reply. |
AuthorWrite something about yourself. No need to be fancy, just an overview. Archives
September 2018
Categories |