Brzmienie a komputerowa symulacja

[Recon]

Hej!

Ostatnio zabrałem się za zabawy z symulacjami komputerowymi obwodów preampa. Jako eksperymentalny łańcuszek na pierwszy strzał poleciał kanał lead ze slo. Wszystko fajnie, symulacje się udały, ładne przebiegi itp.

Tutaj pojawia się pytanie o sensowność takich symulacji. Wiadomo, do ustalania punktów pracy lampy, wzmocnienia na stopniu, do określania jakim pasmem będzie grał amp (głośność w funkcji pasma częstotliwości). Jednak jak taki symulator pomaga w kreowaniu brzmienia - charakteru przesterowania, jego drapieżności, gładkości, czystości, czy spiewności itp?

Przeprowadziłem symulację napięcia w funkcji czasu, przebieg bardzo ładny, jak w różnych artykułach o gitarowcach itp. Jednak spodziewałem się widocznych zmian w przebiegu po modyfikacji rezystora w katodzie 3 stopnia z 39 na 10k. A tutaj niespodzianka, bo większych różnic nie ma (tymczasem w brzmieniu kolosalna), to jeden z kilku takich przykładów.

Podsumowując, jak patrząc na przebieg symulacji napięcia w funkcji czasu możemy go w wyobrazni przenosic na brzmienie?

Druga sprawa, to czemu mój sygnał na wyjsciu z preampa po symulacji ma Vpp prawie 120V ?

[Krzysiek16]

Obejrzyj sobie widma sygnałów dla 10k i 39k w katodzie. Jeżeli w dziedzinie czasu wiele się nie różnią, to może w dziedzinie częstotliwości będzie różnica?
Wysokie napięcie to nic dziwnego - przecież ten przedwzmacniacz jest zasilany z prawie 380V.

[Recon]

Dzięki za odzew! Okej, skoro tak duże wartości Vpp to normalka, to jakie są graniczne ? A jakie są optymalne ?

[Recon]

W międzyczasie kolejne pytanko:

Korzystam z LTspice do symulacji, w międzyczasie czytałem artykuł Valve Wizarda odnośnie elektroniki stopnia wzmocnienia. Chciałem zmontować symulację jednego z zaprezentowanych przykładów. Obliczyłem rezystor katodowy by odpowiadał biasowi takiemu jak w przykładzie, zmontowałem układ z takimi samymi parametrami, na wejście sygnał 500Hz, 2V amplitudy. Słowem, identycznie. Niestety wynik symulacji na wyjsciu ze stopnia mnie rozczarował, ponieważ 'widełki' nowej sinusoidy są inne, znacznie węższe... Co jest nie tak? Dane lampy (charakterystyka statyczna) w tym modelu są złe? Dużo ludzi korzysta z tego pliku więc wątpię...

Zamieszczam rysunek obrazujący problem, po lewej stronie wykres od Valve Wizard

[Einherjer]

Podajesz na siatkę 2V względem masy, a na charakterystykach zaznaczono 2V na siatce względem katody (i takie też napięcie wzmacnia lampa w Twoim układzie).

[Krzysiek16]

Nie wziąłeś pod uwagę USZ powstającego na rezystorze katodowym. Jeżeli dasz równolegle z nim kondensator redukujący to sprzężenie to wzmocnienie stopnia wzrośnie.

[Recon]

Faktycznie, przy typowym kondensatorze katodowym 22uF mam takie wzmocnienie jak chciałem

Ale czy dobrze rozumiem? Pierwotnie rezystor katodowy był sam i dzięki prądowi w układzie mógł zmienić potencjał katody wobedz siatki o powiedzmy -2V, które dzięki USZ były zależne od zmian prądowych - bias sam się doregulowywał. Po dodaniu kondensatora równolegle USZ zostaje zablokowane wiec bias jest teraz sztywny?

[piodabro]

Nie. W tej chwili bias też jest automatyczny, bo zależy od prądu płynącego przez lampę. Kondensator zwiera tylko składową zmienną prądu płynącego przez lampę. Natomiast stały prąd płynący przez lampę dalej powoduje odkładanie się napięcia na Rk, a zmiana tego prądu(np. zmniejszenie napięcia anodowego) powoduje zmianę napięcia polaryzacji siatki względem katody. Natomiast składowa zmienna gdy nie była zwierana do masy kondensatorem powodowała wahania napięcia odkładającego się na Rk wprowadzając ujemne sprzężenie zwrotne(USZ).

Sztywny bias jest wtedy gdy napięcie polaryzujące lampę jest nie zależne od warunków pracy lampy, np. zmiany napięcia anodowego.
To znaczy, że na przykład pochodzi z oddzielnego zasilacza, lub baterii.

[Recon]

Hej, dziękuję za pomoc, już rozumiem ten mechanizm

Pojawiło się natomiast kolejne pytanie - Przy wzorze Thevenina dla małych sygnałów (z kondensatorem w katodzie). Otóż wzór ten pozwala wyliczyć wzmocnienie A dla stopnia, w zasadzie podając jedynie rezystor anodowy (Ra), ponieważ ra (lampy) jest stałe. Czy oznacza to, że ten wzór służy do liczenia maksymalnego możliwego wzmocnienia na triodzie dla relatywnie małych sygnałów? Jakie ma w takim razie zastosowanie praktyczne? Operując jedynie rezystorem anodowym, mamy zwykle tylko 3 możliwości do wyboru 47k 100k lub 220k (standardy w gitarowcach).

[TooL46_2]

Ra nie jest stale. Zalezy od obranego punktu spoczynkowego. Zmienia sie z wysterowaniem i funkcji czestotliwosci.

http://www.valvewizard.co.uk/Common_Gain_Stage.pdf strona 6.

[Recon]

W takim razie jak je dobrać, skoro układ jest tak silnie uproszczony? Tutaj znowu pojawia się pytanie o praktyczne zastosowanie tego wzoru.

[piodabro]

Trochę o tym jest na stronie 29 i niżej.
Koledze Tool'owi chodziło zapewne o ra (rezystancji wewn, lampy).

Polecam przeczytać cały dokument, do którego link zamieścił Tool.
Jest tam w sumie wszystko co potrzebujesz na temat stopnia triodowego

Sam osobiście nie znam tego wszystkiego na pamięć więc ten link dodaję do ulubionych.

[TooL46_2]

Oczywiscie, ze ra, nie Ra... Mea culpa!

Na marginesie: mam pierwsze wydanie ksiazki Merlina na zbyciu. Pare notatek ode mnie wewnatrz sie znajdzie ale jest calkowicie uzyteczna. PW jesli ktos jest zainteresowany.

[Recon]

Okej, trochę nad tym pomyślałem i już mniej więcej rozumiem to równianie. Zależnie od kształtu krzywych na charakterystyce mamy trochę różniące się ra. Dla odcinków prostych w miarę jest to ok 62k, tak jak datasheety sugerują. W tym przypadku, gdy dobieramy Ra=100k uzyskujemy gain równy 60V. Wszystko się zgadza, lecz gdy jesteśmy w części charakterystyki bliżej napięcia siatki -3V, przyłożenie sygnału o amplitudzie 1V (żeby było łatwiej) powoduje spadek napięcia anodowego o spodziewane ok 60V (czyli mamy nasz gain 60), jednak w drugej połówce sinusoidy, ze wzgledu na spłaszczenie charakterystyki (mniejsze odległosci miedzy liniami siatki) gain wynosi znacznie mniej - przykładowo 45 (o tyle wzrasta napięcie anodowe). Średnia tego napięcia nie jest więc równa gainowi 60... Czemu wobedz tego ten parametr nazywany jest gainem? Czy chodzi jedynie o wzmocnienie jednej połówki sinusoidy ?

[Einherjer]

A może lepiej pisać po naszemu wzmocnienie? Wzmocnienie zwykle definiuje się jako parametr małosygnałowy, czyli dla sygnałów na tyle małych, żeby asymetrie wynikające ze zniekształceń nie miały istotnego znaczenia. Takie wzmocnienie powinieneś liczyć raczej dla np. 10mV na wejściu. Inna sprawa, gdy mamy do czynienia z dużymi sygnałami. Tutaj to również kwestia umowy. Jednym z rozsądnych podejść może być definiowanie wzmocnienia nie jako ilorazu amplitud, a ilorazu wartości międzyszczytowych. Chociaż jeśli mi chcę sprawdzić, czy nie przesteruję kolejnego stopnia to wolałbym znać amplitudę "większej połówki"