Mój Williamson

[jdubowski]

Williamson nie miał żadnego źródła prądowego. Miał dwa pierwsze stopnie połączone galwanicznie i dwa kolejne odseparowane kondensatorami. Nie było w tym nic dziwnego i trudnego do ustabilizowania.

Więcej informacji o oryginalnym Williamsonie znaleźć można tu:
http://www.xs4all.nl/~ideas/amps/

[Maciej Szczodrowski]

Dziękuję za tak liczny odzew. Nie wiem nawet od czego zacząć.
Wprowadziłem zmiany:
1. Rezystory 1K wpięte przed siatkami drivera. Efekt: Sygnał po stronie anod przy zwartym wejściu wygląda jak w załączniku (tak wyglądał też przed tymi zmianami, ale mam wrażenie, że jest minimalnie mniejszy - może to tylko złudzenie). Kilka uwag: korzystam z oscyloskopu Mini 4 (ale nie mam jeszcze dużego doświadczenia), nie wiem jaką on ma czułość, w każdym bądź razie zjawisko obserwuję jedynie wtedy gdy czułość ustawiam na maxa a potencjometr odpowiadający za wyświetlanie liczby okresów na ekranie na minimum - przy normalnym sygnale mam wtedy pojedyńczy okres - w tym wypadku zamiast prostej lini jest coś jak to, co zamieściłem w załączniku tylko, że nie jest to takie duże; nie wiem ile to mV, ale na tej czułości odchylenia w górę i w dół mają kilka mm). Taki też sygnał wchodzi na siatki EL34. Co ciekawe: na wyjściu kanału przy zwartym wejściu mimo opisanego zjawiska jest prosta linia, w głośniku (jak przyłożę do niego ucho) jest leciutki pomruk - nie szum, ale pomruk. Zostawię chyba te rezystory, bo na oscyloskopie pokazuje mi, że przed rezystorem, który wpięty jest w tor sygnału, który pobieram z anody odwracacza sygnał ma dodatkowo sporo malutkich pionowych kreseczek, a po rezystorze ich nie ma. Chyba o to chodziło.
2. Zmiejszyłem wartość rezystora siatkowego na wejściu do 100K i dodałem rerystor 4,7K: na driverze bez zmian, natomiast bias na pierwszym stopniu podskoczył mi z 2,12V na 2,83V To chyba dobrze. Kondensatora z wejścia na razie nie zdejmowałem.
3. Odnośni pętli sprzężenia zwrotnego: przy wartości rezystora 33K i kondensatorze 82pF sygnał jest czystszy. Chodzi mi o to, że jak podaję duży sygnał na wejście, to zaczyna mi zniekształcać (to logiczne) i w tym układzie mogę podać większy sygnał bez zniekształceń.
4. Jedna rzecz mnie jeszcze zastanawia. Badam pasmo przenoszenia. Mój generator podaje sinus od 20Hz do 20 kHz. Wzmocnienie (zacznając pomiar od 20Hz) jest równomierne aż do granicy 5kHz, od tego momentu zaczyna mocno wzmacniać górę. Co powiniennem zmienić, żeby wzmocnienie było równomierne w całym paśmie? Używam lampowy generator RC typ G501 firmy Elpo (taki jak w galerii). Czy to prawda, że on sam z siebie daje mocniejszy sygnał przy wyższych częstotliwościach? To by wiele tłumaczyło.

Przepraszam jeśli za mocno mieszam. Mam jeszcze problemy z terminologią. Mam nadzieję, że ten opis jest czytelny dla Państwa.
Pozdrawiam!

[mslawicz]

4. Jedna rzecz mnie jeszcze zastanawia. Badam pasmo przenoszenia. Mój generator podaje sinus od 20Hz do 20 kHz. Wzmocnienie (zacznając pomiar od 20Hz) jest równomierne aż do granicy 5kHz, od tego momentu zaczyna mocno wzmacniać górę. Co powiniennem zmienić, żeby wzmocnienie było równomierne w całym paśmie? Używam lampowy generator RC typ G501 firmy Elpo (taki jak w galerii). Czy to prawda, że on sam z siebie daje mocniejszy sygnał przy wyższych częstotliwościach? To by wiele tłumaczyło.

Sprawdź woltomierzem, czy generator nie podbija sygnału powyżej 5 kHz. Rozumiem, że sygnał na wyjściu rośnie aż do f=20 kHz. Warto by wiedzieć, co się dzieje również powyżej 20 kHz.
Niemniej jednak sprawdź najpierw generator.
Marcin

[OTLamp]

2. Zmiejszyłem wartość rezystora siatkowego na wejściu do 100K i dodałem rerystor 4,7K: na driverze bez zmian, natomiast bias na pierwszym stopniu podskoczył mi z 2,12V na 2,83V To chyba dobrze.

Nie jest to możliwe. Opornik siatkowy nie ma wpływu na wartość napięcia polaryzacji, bo praktycznie nie płynie przez niego prąd. W jaki sposób mierzysz napięcie polaryzacji? Zapewne mierzysz je dołączając woltomierz bezpośrednio do siatki i katody. Taka metoda pomiaru jest obarczona błędem wynikającym ze skończonej rezystancji wewnętrznej woltomierza. Po dołączeniu woltomierza obwód zamyka się przez ową rezystancję wewnętrzną i opornik siatkowy, a płynący prąd powoduje spadek napięcia na tymże oporniku. Napięcie polaryzacji mierz, dołączając woltomierz do opornika katodowego. Rezystancja wewnętrzna woltomierza jest wielokrotnie większa od rezystancji tego opornika, więc błąd pomiaru będzie o wiele mniejszy.

[Zibi]

Przypuszczam, że to, co oglądasz na oscyloskopie jest jest jakimś minimalnym przydźwiękiem sieciowym, skoro możesz go zaobserwować jedynie na najczulszym zakresie. Pewnie taki sam obrazek uzyskasz, jeżeli dotkniesz palcem do sondy oscyloskopu. Co do stałości amplitudy generatora, to możesz ją łatwo sprawdzić przy pomocy oscyloskopu.

[Maciej Szczodrowski]

A myślałem, że bias mierzy się na nóżkach lampy (siatka i katoda). Człowiek całe życie się uczy...
Odnośnie generatora. Podłączyłem go bezpośrednio do oscyloskopu i tu rzecz ciekawa: oscyloskop ma dwa wejścia (1:1 i 1:20). Normalnie używam wejścia 1:1, ale gdy podłączałem oscyloskop do wyjścia wzmacniacza to używałem podziałki 1:20. Tłumaczyłem to sobie tym, że mam dużą amplitudę sygnału i tak będzie go lepiej mierzyć, bo na podziałce 1:1 musiałem ostro redukować czułość aby odczyt zmieścił się na ekraniku. Kiedy podłączyłem generator do wyjścia 1:1 to sygnał był idealny w całym paśmie: żadnego dodatkowego wzmocnienia wysokich częstotliwości, czy czegokolwiek innego. Z kolei na podziałce 1:20 było tak jak pisałem: powyżej 5kHz oscyloskop fałszował wynik.
Tak więc podłączyłem generator i oscyloskop do wzmacniacza, tym razem użyłem wejścia 1:1 i okazało się, że wzmocnienie jest identyczne dla całego zakresu tj. od 20Hz do 20kHz. Powiniennem się chyba cieszyć, tylko jeśli tak jest co co z częstotliwościami ponad 20kHz? Przecież mogą być one szkodliwe dla zdrowia. Mam zasosowany filtr, który idzie równolegle do rezystora anodowego w przedwzmacniaczu (220pf i 4,7K) i mam nadzieję, że to wystarczy, bo nie mogę tego zbadać.
Nadal zastanawiam się co z driverem. Spróbuję odłączyć odwracacz fazy i zewrzeć wejścia drivera do masy. Jestem ciekaw jaki będzie odczyt. Jak się okaże, że jest czysto to by znaczyło, że powiniennem zmniejszyć rezystor anodowy i katodowy w odwracaczu. Teraz mam po 47K w odwracaczu. Może 22K coś zmieni. Przynajmniej tak mi się wydaje.

Pozdrawiam!
Maciek.

[Zibi]

Częstotliwosciami się nie przejmuj. Głośniki je odfiltrują

[Maciej Szczodrowski]

To dobrze. Przed chwilą czytałem opis budowy wzmacniacza Concertino Pana Slawiczaw dziale DIY. Tam (w drugiej części opisu) jest wynik pomiaru oscyloskopem pokazujący rożnice między układem Aikido a Williamsonem (dwa przebiegi na jednym ekranie). I ten przebieg podpisany jako Williamson jest identyczny z tym jaki ja obserwuję na wyjściu drivera przy maksymalnej czułości oscyloskopu. A może to wszystko jest w granicach normy a ja za bardzo się przejmuję?

Natomiast tak pięknego prostokąta jak na kolejnym rysunku w tamtym opisie nie udało mi się otrzymać. Pewnie muszę dobrać wartości tych kondensatorów, ale, jak pisałem Panu Slawiczowi, trudno jest mi pojąć metodę Turnera (brak wprawy).
Pozdrawiam!

[Zibi]

Myślę, że zbyt się przejmujesz. Przydźwięku na dobrą sprawę nie słychać skoro musisz przyłożyć ucho do głośnika, by stwierdzić jego obecność. Jeśli chodzi o prostokąt, to kondensatory tu nie pomogą. Concertino ma pasmo do 60 kHz przy 25W, a przy małej mocy : 1W nawet do 75 kHz co pozwala przenieść taki sygnał z małymi zniekształceniami. Nie jest to zasługą kondensatorów, a dobrych transformatorów wyjściowych.

[Maciej Szczodrowski]

Wiem, że się przejmuję, ale mimo wszystko chcę zrobić tą konstrukcję dobrze. Kiedyś wstawię tam lepsze transformatory, nowe lampy i będzie mi długo służył.
Odłączyłem wczoraj odwracacz fazy od drivera, a wejścia drivera zwarłem do masy. Efekt: zniekształcenia zniknęły. Myślę więc, że może jednak obniżę wartości rezystorów w odwracaczu z 47K do 22K. On przecież i tak ma wzmocnienie mniejsze niż 1. Ciekawe, czy będzie czyściej.
Podłączyłem wczoraj do wyjścia wzmacniacza kondensator 1uF oraz oscyloskop, następnie na wejście podałem sygnał prostokątny 1kHz. Był średnio zniekształcony na rogach. Odłączyłem układ kompensacji częstotliwości (220pf i 4,7K wpięte równolegle do rezystora anodowego pierwszego stopnia) i okazało się, że prostokąt był coraz dokładniejszy (mniej zniekształceń). Potem w pętli sprzężenia dałem kondensator 22pF i prostokąt miał już bardzo małe zniekształcenia. Stan ten niszczyło podłączenie jakiegokolwiek kondensatora w obwodzie kompensacji. Jak to rozumieć? A kondensator w pętli sprzężenia musi być, bo inaczej szczególnie na niskich częstotliwościach (jak podłączę sinus na wejście) pojawiają się zakłócenia: jak sinus na ekranie tworzy cienka linia, to przy braku kondensatora górne odcinki sinusa ulegają "pogróbieniu".
Trzeba bawić się dalej.
Pozdrawiam!

[mslawicz]

Czym więcej prób z elementami kompensacyjnymi wykonasz, tym lepiej. Jednak dobrze mieć ustalone wartości innych elementów (przede wszystkim tych, które wpływają na wzmocnienie poszczególnych stopni), aby zabawy nie musieć rozpoczynać od początku.
Układ RC równoległy do rezystora anodowego wprowadza ograniczenie pasma w otwartej pętli. Z założenia ma to być biegun dominujący. Nie spełni on w pełni swojej roli, jeśli jego częstotliwość nie będzie wyraźnie niższa od częstotliwości granicznej transformatora. Jego rolą jest ograniczenie wzmocnienia pętli do wartości mniejszych od 1 zanim przesunięcie fazowe zbliży się niebezpiecznie do wartości -180 stopni (co spowoduje powstanie oscylacji). Oczywiście ograniczenie pasma powoduje również zaokrąglenie przebiegu prostokątnego i zwiększone przerzuty (pętla sprzężenia działa "wolniej").
Kondensator w pętli (u ciebie 22pF) ma za zadanie "przyspieszyć" ją i ograniczyć ewentualne przerzuty. Jego działanie polega na wprowadzeniu zera na dość wysokiej częstotliwości (zwykle >100 kHz). Od tego miejsca charakterystyka amplitudowa opada co prawda wolniej, ale "zyskujemy" (docelowo) 90 stopni w charakterystyce fazowej, zwiększając stabilność układu. Ale tylko do pewnej wartości pojemności!!! Gdy się przesadzi z pojemnością układ może stac się ponownie niestabilny. Przy obciążeniu rezystancyjnym ta pojemność może być dość duża i w ten sposób można ładnie "wygładzić" przebieg prostokątny. Ale już bez obciążenia lub z obciążeniem pojemnościowym ten kondensator nie może być zbyt duży (u mnie max 56 pF).
Wartości powyższych elementów można oszacować teoretycznie, ale tak naprawdę tylko doświadczenia pozwolą dobrać je optymalnie. Ja na przykład we wspomnianym układzie RC założyłem początkowo 220p i 4k7, a skończyło się na 680p i 3k.
Tak, jak napisałeś - trzeba bawić się dalej.
Pozdrawiam,
Marcin

[Maciej Szczodrowski]

Powoli zaczynam rozumieć. U mnie układ kompensacji nie ma racji bytu. Gdy podłączę cokolwiek np. 4,7K i jakiś kondensator np. 56pF to sinus mi się zniekształca na dużych częstotliwościach. Natomiast sama pętla (bez układu kompensacji) daje bardzo dobre wyniki. Im większy kondensator tym większy sygnał mogę podać. Jeśli przy sygnale 450mV zaczyna mi zniekształcać sinusa przy wysokich częstotliwościach to dodanie kondensatora np. 82pF wygładza go idealnie. Niestety nie mogę przeprowadzić żadnych prób z sygnałem prostokątnym bo nie mam takiego generatora, a dziś mnie oświeciło i zbadałem bezpośrednio na oscyloskopie to co mi podawał komputer. Rety! Jakie zniekształcenia! (niech żyje SzumBlaster Live!). Patrząc na samego sinusa jest OK. Tak zostawię. Super efekt jest jak podłączę pętli 220pF a nawet więcej - mogę podawać większe sygnały, ale gdzieś przecież musi być granica.
Podsumowując: rezygnuję z układu kompensacji bo mi wprowadza tylko zniekształcenia do sinusa, chyba, że robię gdzieś indziej błąd, tylko gdzie?

Pozdrawiam i dziękuję!
Maciek.

[mslawicz]

Powoli zaczynam rozumieć. U mnie układ kompensacji nie ma racji bytu. Gdy podłączę cokolwiek np. 4,7K i jakiś kondensator np. 56pF to sinus mi się zniekształca na dużych częstotliwościach.

Co znaczy, że sinus ci się zniekształca? Jest obcięty? Pojawiają się harmoniczne i robi się ni to sinus, ni to piła, ni to prostokąt?
Trochę to dziwne, bo ten układ RC powinien po prostu ograniczyć pasmo bez wpływu na przenoszenie sinusa w pasmie akustycznym, a już na pewno nie powinien zniekształcać sinusoidy.

Super efekt jest jak podłączę pętli 220pF a nawet więcej - mogę podawać większe sygnały, ale gdzieś przecież musi być granica.
Podsumowując: rezygnuję z układu kompensacji bo mi wprowadza tylko zniekształcenia do sinusa, chyba, że robię gdzieś indziej błąd, tylko gdzie?

Granica pojemności powinna być określona doświadczalnie. Przy zbyt dużej wzmacniacz powinien się wzbudzać przy dołączeniu niektórych rodzajów obciążenia (kondensator, głośnik, zwrotnica głośnikowa, brak obciążenia).
Pamiętaj także, że przy wzmacniaczach w klasie AB, najlepsze warunki do wzbudzania wystąpią przy niewielkim wysterowaniu wzmacniacza. Wtedy bowiem układ pracuje cały czas w klasie A i jego pasmo jest najwyższe.
Stabilność wzmacniacza warto sprawdzić dla różnych sygnałów wysterowujących, w tym prostokąta o różnych amplitudach.
Dobrym testem jest podanie sinusoidy o dużej amplitudzie (około 50% maksymalnego wysterowania) i niskiej częstotliwości, tak aby transformator chwilami wchodził w nasycenie. W obserwowanym przebiegu nie powinny pojawiać się żadne "zgrubienia" (co byłoby objawem chwilowych oscylacji na wysokich częstotliwościach).
Kolejnym testem jest chwilowe przesterowanie wzmacniacza i nagłe odłączenie przebiegu wejściowego. Sygnał na wyjściu powinien się natychmiast uspokoić, bez oznak oscylacji wysokoczęstotliwościowych lub niskoczęstotliwościowych.
Pozdrawiam,
Marcin

[Maciej Szczodrowski]

Trochę choruję, więc mam urywany kontakt. Odnośni tego filtru RC to zniekształcenie pojawia się gdy wzmacniacz mam wysterowany maksymalnym sygnałem wejściowym. W połowie długości sinusa pojawiają się załamania. O zgrubieniach już pisałem: kondensator w pętli załatwia sprawę, teraz zamierzam przeprowadzić ten test z nagłym odłączaniem sygnału.

Pozdrawiam!

[Maciej Szczodrowski]

Test z gwałtownym odcięciem sygnału wejściowego wypadł pomyślnie. Przed chwilą zrobiłem z kumplem kilka fotek (proszę się nie śmiać). Przebiegi robiłem przy sygnale wejściowym 400mV (tyle wytrzymuje bez zniekształeceń), 700mV i 1V. Proszę o ocenę i opinię jakiego rodzaju zniekształcenia pojawiają się w tej konstrukcji. Mierzyłem przy 1kHz i 20kHz.
Pozdrawiam!