Изчисление на НЧУ клас А - графичен метод с пример.

[ahedproductions]

Имаме нужда от изходна звукова мощност около 2.5W. Съпротивлението на говорителя по постоянен ток приемаме за Rт = 3Ω, нормална стойност за 4Ω импеданс на говорител. Нека приемем за най-ниска усилвана честота fн = 70Хц при пад 3дБ.



При такава мощност можем да използваме евтината и широко разпространена 6П14П. Нека проверим справочните данни за лампата, характеристиките и типовите режими, препоръчвани от производителя.



Пределната разсейвана мощност на анода е от порядъка на 14 вата, което е приемливо за нашите цели. В дясно виждате анодните характеристики на лампата. Леките извивки в началото на характеристиките са остатък от почти преодоляния динатронен ефект. Работата в зоната под штрихованата линия не се препоръчва, поради силните изкривявания, които бихме получили. Типовите режими ни показват, че лампата е способна и на по-голяма изходна мощност от търсената, което означава че ще работим с инженерен резерв за подобряване на динамиката на звука, особено в НЧ.
Нека сега пристъпим към изчислението на крайното стъпало, което ще ни даде в резултат правилния режим, предварителното електрическо изчисление на изходния трансформатор необходимото входно напрежение и коефициентите на усилване и нелинейни изкривявания.
За захранващо напрежение приемаме номиналното 250В. За да може да поддържаме лампата в разумни граници на отсечката, приемаме че Ua0 = 0.9Ua = 0.9*250=225В. Напрежението на екранната решетка ще бъде 250В. Нанасяме вертикална черта върху характеристиката при това анодно напрежение, която пресича семейството характеристики за различни решетъчни напрежения. Някъде по нея, ще се намира работната ни точка. След това обръщаме внимание на най-горната анодна характеристика, построена без преднапрежение (Uc = 0). В левия ѝ край, където характеристиката завива към хоризонтално положение, на върха на коляното, избираме една точка – точка 2. Слагаме линийка върху характеристиката, полагаме горния край на точка 2 и намираме такова положение, при което отсечките от линията „а“ и „б“ ще бъдат еднакво дълги. Такова построение ще гарантира режим на лампата с най-малко нелинейни изкривявания и минимален втори хармоник.



Построената от нас товарна права ни дава много информация. Първото, което забелязваме, е че необходимото за този режим преднапрежение на първата решетка се намира в средата на кривата за клас А – Uc0 = -5.5В. Второто – че токът ни на покой ще бъде Ia0 = 50мА.
В този момент от изчисленията трябва да се направят две проверки на избрания режим – за разсейвана мощност на анода и на втора решетка, които трябва да са в границите, препоръчани от производителя, че и с известен резерв надолу. Мощността, разсейвана на анода при този режим е равна на Pa0 = (Ua0*Ia0) / 1000 = 225*50 = 11.25W < Pmax = 14W с 19.6% инженерен резерв. Другата проверка ще ни покаже дали не надхвърляме максималната мощност по втора решетка. Нея ще изпълним с помощта на анодно-решетъчните характеристики на лампата.



От тях виждаме, че при Uекр = 250В, Iекр = 4.1mA, Pекр = 1.025W < Pекр.max. = 2W с инженерен резерв от 48,75%. Имайки пред вид фината структура на решетката, такъв резерв е желан и допустим.
От графиката, която построихме на анодните характеристики също така можем да отчетем, че:
Ia.max = 88mA , Ia.min = 12mA, Ua.max = 419В, Ua.min = 33В.
От тези гранични стойности можем да изчислим и очакваната променливотокова изходна мощност от стъпалото.
P~ = (η/8000) * (Ia.max - Ia.min) * (Ua.max - Ua.min) , където η е КПД на изходния трансформатор (0.7-0.75 при P~<5W, 0,8-0,85 при P~>5W).
P~ = (0.75*8000)(88-12)(419-33) = 2,73W, което покрива техническото задание 109.2%.
На графиката построяваме още една отсечка „в“. Тя има за център точка 1 и дължина, равна на решетъчното преднапрежение, т.е. от -2.75В до – 8.25В. Чрез трите отсечки ще определим графично нелинейните изкривявания на стъпалото.
Коефициента на втория хармоник е γ2 = 0.5 (а-б / а+б), %
Коефициента на третия хармоник е γ3 = 0.5 (2в – (а+б) / а+б+в), %
Общите изкривявания са γ = √( γ22 + γ32)
В нашия случай, отчитайки напрежения от абцисата, а = 103, б = 103, в = 126.
γ2 = 0,5 ( 103-103 / 206) = 0%
γ3 = 0.5 (2*126 – 206 / 332) = 6.9%
При така избрания режим и товарна права няма четни изкривявания и общия коефициент γ = 6.9%. Това число може да бъде драстично подобрено с подходяща честотнонезависима ООВ или ултралинейно свързване на лампата. За дадения вид усилвател коефициента е напълно приемлив.
Пресмятаме амплитудата на тока на променливата съставна Ima = 0.5 (Ia.max - Ia.min) = (88-12)/2 = 38mA.
Пресмятаме Амплитудата на напрежението на променливата съставка Uma = 0.5 (Ua.max - Ua.min) = (419-33)/2 = 193В.
От тук достигаме до заветното номинално товарно съпротивление за лампата!
Rа = 1000 * (193/38) = 5100Ω.
Пресмятаме катодния резистор, определящ режима на работа при дадените захранващи напрежения и избрана товарна права.
Rk = 1000 * Uc0 / Ia0 + Iекр = 1000 * 5.5 / 50 + 4.1 = 100Ω
Защо добавих Iекр в сметката? Защото и той тече през катода и ще добави пад който ще се отрази на преднапрежението.
Развързващия кондензатор Ck, паралелен на Rk, трябва да отговаря на условието:
Ck(uF) >= 1500 / (fн(Хц) * Rk(kΩ)) = 1500 / (70 * 0.1) = 214uF. Избираме Ck = 220uF. Прекаленото увеличение на тази стойност не е желателно, защото ще доведе до усилване на толкова ниски честоти, за които изходния трансформатор не е предвиден. Намаляването би довело до непредвидена честотнозависима ООВ по ток. И двата случая не са желани. Следва електрическото оразмеряване на изходния трансформатор.
Съпротивлението на първичната намотка по постоянен ток е r1 = 0.5 Rа (1 – η) = 0.5 * 5100 ( 1 – 0.75) = 637.5Ω
Съпротивлението на вторичната намотка по постоянен ток е r2 = 0.5 Rт (1 – η) /  η  = 0.5 * 3 ( 1 – 0.75) / 0.75 = 0.495Ω
За да усилваме добре НЧ е необходимо първичната намотка да притежава определена минимална индуктивност, която ще позволи трансформатора да бъде подходящ товар за лампата и при най-ниските честоти.
L1 = 130 Ra / fн = 130 * 5100 / 70 = 9.5H
Коефициента на трансформация е n = √ (Rt / Ra*η) = w2 / w1 = √ (3 / 5100*0.75) = 0.028, отношението на броя навивки в трансформатора.
С това завършваме електрическото изчисление на стъпалото. В следващите постове ще оразмерим трансформатора, предусилвателя и ООВ, с която ще постигнем ниски изкривявания и високо качество на звука.
Типови режими за някои лампи:

[ahedproductions]

Изчисление на изходния трансформатор
Разбира се може да си купите изходен трансформатор за усилвателя. Можете да си го поръчате с подходящо отношение, а можете да вземете и готов. В нашия случай можем да ползваме 5К траф, но ще трябва да се върнете назад по реда и да попреместите товарната крива на друго място. Промяната с 1.96% не е значителна, но винаги си заслужава нещата да се направят както трябва, особено за да си гарантираме равната дължина на двете отсечки „а“ и „б“, гарантираща ни липса на четен хармоник. Нека сега оразмерим трансформатора както подобава на един хубав лампов усилвател. Избираме Е-I магнитопровод, редова намотка, изолация между слоевете на първичната намотка от изолационна хартия 0,05мм, изолация между слоевете на вторичната намотка от изолационна хартия 0,12мм. Сечението на средната секция, на която ще бъде надяната макарата намираме така:
qC = (Ia02 * L1)/8000 = (2500*9.5)/8000 = 2.96 см2
По получената стойност избираме магнитопровод от таблиците по-долу.



Избираме сърцевина УШ-16 Х 24 (УШ е Уширенная, разширена. Може да видите типа по размерите за пластините в горната таблица), за който qC = 3.38см2, средната дължина на силовите линии lc = 9.03cm, средната дължина на намотката lM = 0.109m, височината на прозореца h = 28mm, широчината на прозореца b=10mm.
Намираме броя навивки в първичната намотка:
ω1 = 550 √ (L1 * (lc/qC)) = 550 √ (9.5 * (9.03/3.38)) = 2766.5, приемаме броя за 2770.
ω2 = ω1*n = 2770 * 0.028 = 77.5, приемаме броя за 78.
Диаметъра на проводника в мм за двете намотки намираме като:
d = 0.15√ ((lM * ω)/r), където r е сметнатото по-горе активно съпротивление на дадената намотка.
d1 = 0.15√ ((lM * ω1)/r1) = 0.15√ ((0.109 * 2770)/637.5) = 0.1мм (dИЗ1 = 0.115мм)
d2 = 0.15√ ((lM * ω2)/r2) = 0.15√ ((0.109 * 78)/0.495) = 0.62мм (dИЗ2 = 0.66мм)
Двата диаметъра в скобите са диаметрите на проводниците с изолацията! Тъй като трансформатора работи с подмагнитване на първичната намотка от постоянната съставка на анодния ток на лампата, то в сърцевината трябва да оставим междина между Е и I пластините, оразмерена по следния начин:
lз = ((ω1 * Ia0) / 16 ) * 10-5 = ((2770 * 50) / 16 ) * 10-5 = 0.09мм. За целта ползваме подходяща трансформаторна хартия.
Височината на намотката hН = h - ∆h = 28 – 3 = 25мм, където ∆h е дебелината на страниците на макарата, които сме избрали 3мм за здравина. Коефициента на запълване кЗ намираме от следната таблица:



Дебелината на намотката в (мм) се намира от следния израз:
A = (dИЗ * ω) / (кЗ * hН) , като dИЗ е диаметър на проводника с изолацията.
Броя на слоевете в случай на редова намотка с междуслойна изолация намираме така:
N = (dИЗ * ω) / hН
В нашия случай имаме редова намотка с междуслойна изолация с определена дебелина, за което можем да ползваме следната формула:
A = (1.2-1.4) (dИЗN + δиз(N-1)), където δиз е дебелината на проводника с изолацията.
Коефициент 1.4 избираме, когато проводника е тънък, слоевете много на брой и отношението на страните на макарата е близо до 1:2. Коефициент 1.2 избираме при дебел проводник, малко слоеве и отношение на страните на макарата близо до 1:1. От тук пресмятаме:
A1 = 1.4(0.115*13 + 0.05(13-1)) = 2.923мм;
A2 = 1.2(0.66*3 + 0.12(3-1)) = 2.664мм.
Общата дебелина на намотката в (мм) е равна на:
Атр = δ(m-1) + δk + A1 + A2 , където δ е дебелината на изолационните подложки в (мм), m е броя на намотките, δk е дебелината на стените на макарата в (мм). Пресмятаме:
Атр = 0.12(2-1) + 1.5 + 2.923 + 2.664 = 7.2mm < b = 10мм, следователно намотките ще се поберат свободно в прозореца. Ако последната сметка не излезе, трябва да изберете следващия по големина набор пластини и да пресметнете пак.
С това оразмеряването на трансформатора се смята за завършено.

[Валери]

Биляне, това е много ценна информация. Ако можеш накрая да го запишеш и като пдф-формат, ще е супер.
 

[ahedproductions]

Да, аз го пиша в един ДОК файл, накрая ще го пооформя и ще го кача с картинките, както обещах във Варвара. Много се надявам да поощря хората да четат и да смятат вместо да правят на око или да гледат от други. Това винаги води до много по-добри, бързи и очаквани резултати, както и до повече удоволствие в хобито. Губенето на време в безцелна борба с вятърни мелници винаги носи разочарование и недоволство, особенно като се вземе пред вид малкото време, с което разполагаме за хобито, поне повечето от нас. 
П.П. Като покрием основните видове НЧУ, еднотактен и двутактен, може да го подкарам бавно към антената, през детектор с АРУ, МЧУ, смесителки, ВЧУ. Така човек ще може да седне, и да си сметне цялото радио. Или ако не му харесва как са го направили преди 50 години в завода - да си го коригира на вкус, с каквато лампа и захранващи напрежения иска. Или да седне и да си сметне изцяло нов приемник, на който да си сложи името с гордост! Само да решим въпроса с намотките Универсал, но по това работя в момента.

[ahedproductions]

Туку-що фиксирах, че индексите не са излезли като хората! Ето ви линк към документа, по който работя, като добавям ще ви излиза допълнен, а накрая - ПДФ. Там се вижда всичко нормално!
https://www.dropbox.com/s/76lgwr2g8i7u1l8/%D0%98%D0%B7%D1%87%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5%20%D0%BD%D0%B0%20%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%B9%D0%BD%D0%BE%20%D1%81%D1%82%D1%8A%D0%BF%D0%B0%D0%BB%D0%BE.docx?dl=0

Исках да добавя следното. Ако ви попадне трансформатор, който знаете от/за каква лампа е бил, можете лесно да предположите режима на работа по обратен път и да го ползвате по най-добър начин. Като знаете приведеното съпротивление и типа на лампата ( а от него номиналното напрежение Ua0), можете да прекарате вертикалата през характеристиките и така да нагодите товарната права, че да получите липсващите параметри, Rk, Ck, Uc0, Ia.max, Ia.min, Ua.max, Ua.min и от тях всичко останало. А по габарита на магнитопровода може да отсъдите каква изходна мощност е била търсена, от индуктивността на първичната намотка - каква е била минималната честота, която дизайнерите са заложили да усилват. 

[Pichaga933]

Хубаво е да обясниш как се чертае цялата работна крива на режима във ВАХ, където си дал допирателната в 1вата графика.



Говоря за червената пунктирана крива, по която намираш от зелената допирателна- постояннотокова права, работната точка.

https://bgaudioclub.org/showthread.php?36733-%D0%9B%D0%B0%D0%BC%D0%BF%D0%BE%D0%B2-%D1%83%D1%81%D0%B8%D0%BB%D0%B2%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB-%D0%B7%D0%B0-%D0%BD%D0%B0%D1%87%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D0%B5%D1%89/page4

на 4 та страница в тази тема Mitko/Origo го обяснява, там е с ник Supraphon 

[ahedproductions]

Червената пунктирана линия не служи за изчисления, тя дава границата на максималната разсейвана мощност на анода+ тази в екранната решетка в триоден режим, такъв какъвто не обсъждаме. Но в моя пример, кайто си е за чист пентоден режим, тя не ни интересува, защото правим и без това проверка за тази мощност по изчислителен път. Обяснил съм точно как се изчертава кривата във всичките ѝ точки. Цялата ни сметка е разположеня в ляво/под нея. Близостта на товарната права до този пунктир е нежелателно и без това, така се усилва без никакъв мощностен резерв в режим на покой и лампата ще бъде "много топла" постоянно. Точно по тази причина горните сметки са с 19,6% резерв в този параметър. Това осигурява дълъг живот на лампата, запазване на емисията, ниска работна температура, малки изкривявания, запазване на вакуума и ниско отгазяване в електродите.

[styrshel]

 
Полезна информация, но на мен никога не ми се е получавал добър резултат. Може би става за някои много популярни лампи. От моят опит мога да кажа, че графичния метод е точен, само ако ти сам си свалил характеристиката на въпросната лампа. Ако се разчита на паспортни данни и графики, особено ако става дума за лампи произведени преди 50-60г., резултата няма да е добър. Често ползвам препоръчаните режими от производителя, като в тази картинка:

[ahedproductions]

Да, факт е че лампите не им съвпадат характеристиките често. Но пък методиката е хубаво да се следва, а човек може да си построи тези криви много лесно. Само трябва едно високоволтово захранване, каквото се предполага че има всеки, който ще строи усилватели, и 2 батерии по 9 волта с един потенциометър от 1М за да се подават преднапрежения. За 20 минути могат да се изградят точно тези характеристики за конкретната лампа и да се ползват те при сметките, вече с гарантирано добър резултат. Важното е да има разбиране, да се подхожда с яснота към нещата. Тогава всичко се изяснява бързо, дори нещо да не е по книжките. Между другото новите лампи за НЧУ, произведени наскоро, почти на 100% им отговарят характеристиките. Едно време са ги мерили по едни косвени методи, сега ги минават на автоматизиран измервател и ако се отклоняват повече от 3-5% ги премахват за брак. Той ги развърта за 7-10 секунди и им сваля анодните и решетъчно-анодните характеристики на момента.