Inwerter z dzielonym obciążeniem - pomiary kontra legendy

[Romekd]

Witam.
Koledzy, w zeszłym tygodniu Kolega Andrzej (macska) podzielił się ze mną ciekawą informacją dotyczącą dziwnego zachowania się inwertera z dzielonym obciążeniem. W założeniach inwerter miał być zastosowany na wejściu wzmacniacza i sterowany bezpośrednio z wyjścia odtwarzacza CD (maksymalny poziom sygnału z tego odtwarzacza nie przekracza 2V). Dodatkowo w układzie miała zostać zastosowana bardzo ciekawa i dość oryginalnie wyglądająca (po zdjęciu zewnętrznego aluminiowego ekranu, co Kolega Andrzej zrobił po mistrzowsku) lampa 12Ż1Ł, będąca pentodą w.cz (fmax=200MHz, Uż=12,6V, Ua=150V, Ia=2,35mA, S=1,65mA/V) z cokołem oktalowym, pracując w inwerterze w układzie triody. Wybór nie był przypadkowy, gdyż chodziło o jakieś sensowne zagospodarowanie posiadanych przez Kolegę lamp.
Problem z inwerterem (schemat w załączniku) polegał na tym, że jeśli zmniejszyło się amplitudę sygnału doprowadzonego do wejścia układu do poziomu 0,7V, pojawiała się na wyjściu B dziwna modulacja niskiej częstotliwości. Widać to dokładnie na przedstawionym filmie (nowy, zmieniony adres):

http://www.zssokolow.edu.pl/kusko/macska/mov1.mpg

Wahania miały nieregularny charakter, przypominający szum o bardzo wąskim paśmie i niskiej częstotliwości. Co ciekawe fluktuacji wartości składowej stałej napięcia nie dało się zauważyć na wyjściu A (anodowym), na którym sygnał był zupełnie czysty:

http://www.zssokolow.edu.pl/kusko/macska/mov2.mpg

Po obejrzeniu filmów wydało mi się to nieprawdopodobne - by zmieniała się wartość napięcia na katodzie musiałby zmieniać się prąd wychodzący z lampy, ale wówczas wahania prądu musiałoby dać się zaobserwować również w obwodzie anody lampy, a tam nic nieprawidłowego się nie działo.
Gdyby wahało się napięcie zasilające układ to największe zmiany wystąpiłyby również na wyjściu A (na wyjściu B wahania napięcia byłyby co najmniej o rząd wielkości mniejsze).

Zjawisko zainteresowało mnie do tego stopnia, że postanowiłem przetestować przedstawiony układ w swoim warsztaciku (lampy do prób otrzymałem od Kolegi Andrzeja). Pomyślałem, że przy okazji toczącej się dyskusji w wątku "Układ inwertera różnicowego" na temat inwertera z dzielonym obciążeniem zbadam "to i owo" i może przekonam kilku Kolegów do zmiany poglądów na temat tego prostego układu (zastosowanego między innymi we wzmacniaczu Meloman-25 i Pionier SM-83).
Wykonałem układ i po podaniu na niego napięć zasilających zmierzyłem jego parametry. Przy podanych na schemacie wartościach rezystorów prąd anodowy lampy wyniósł ok. 3mA. Do wyjść układu podłączyłem mierniki zniekształceń i oscyloskop, a na wejście podałem sygnał sinusa 1kHz/1V (wartość skuteczna). Na wyjściu A uzyskałem 704mV, a na wyjściu B 793mV. Podniosłem częstotliwość do 40kHz, co jednak nie wpłynęło na poziomy sygnału na wyjściach układu. Przy częstotliwości 1kHz i napięciu wejściowym 1V układ wprowadzał ok. 0,5% zniekształceń nieliniowych. Poziom ten rósł do ok. 0,9% przy napięciu 2V, i spadał do ok. 0,28% przy napięciu 0,5V. Najdziwniejsze jednak było to, że nie wystąpiły u mnie opisane przez Andrzeja efekty z modulacją przebiegu na wyjściu B.
Przy napięciu wejściowym 0,5V wartość napięcia na wyjściu A wynosiła 0,352V, a na wyjściu B 0,396V i przy zwiększaniu częstotliwości sygnału wejściowego z 1kHz do 50 kHz nie ulegała żadnym zmianom, natomiast różnica napięć między wyjściami wynikała z nieco różnych wartości rezystorów w obwodzie anody i katody lampy 12Ż1ł (stosunek napięć odpowiadał dokładnie, stosunkowi rezystancji w obwodzie anody i katody układu - 3,3k/3,7k 5% ).
Bardziej dokładne pomiary wykonałem już po zmianie wartości rezystorów obwodzie anody i katody na 10k 0,1%.

Pozdrawiam,
Romek

[Romekd]

Po zmianie wartości rezystorów na 10k 0,1% uzyskałem idealnie równe amplitudy na obu wyjściach inwertera. Podłączyłem do niego dwa kanały oscyloskopu i zacząłem testować układ podnosząc częstotliwość sygnału wejściowego. Na ekranie oscyloskopu widziałem dwie piękne sinusoidy o dokładnie tych samych amplitudach. Układ zachowywał się zupełnie inaczej niż to opisywali autorzy różnych podręczników. Do częstotliwości kilkaset kHz nie udało mi się zaobserwować na ekranie oscyloskopu żadnej asymetrii przebiegów wyjściowych, których faza również pozostawała przesunięta dokładnie o 180 stopni. Zwiększenie wartości rezystorów spowodowało spadek zniekształceń harmonicznych do ok. 0,25% przy amplitudzie wyjściowej 2V i częstotliwości sygnału 1kHz. Przy zwiększeniu częstotliwości do kilku MHz zauważyłem niewielki spadek wartości amplitudy na wyjściach, co było zresztą do przewidzenia zważywszy, że były do nich podłączone sondy oscyloskopu, których składowa pojemnościowa coraz bardziej oddziaływała na zachowanie się lampy. Przy częstotliwości 15MHz amplitudy na obu wyjściach różniły się już dość znacznie, albowiem coraz bardziej zaczynały oddziaływać na przebiegi wyjściowe pojemności międzyelektrodowe samej lampy. Doświadczenie przerwałem przy częstotliwości 40MHz, przy której amplitudy sygnałów były nadal podobne, ale pojawiło się już niewielkie dodatkowe przesunięcie fazy między sygnałami.
Następnie do wyjść układu podłączyłem wejścia karty muzycznej i sprawdziłem poziom zniekształceń harmonicznych w paśmie do 100 KHz. Poziom ten okazał się większy niż wykazywały to mierniki analogowe, co wynikało z obciążenia wyjść układu stosunkowo niską impedancją wejściową karty (2 kom). Zaskoczyło mnie to, że poziomy amplitud na wyjściach A i B były jednakowe z dokładnością do 0,1dB w paśmie od 1kHz do 50kHz (co za potworna asymetria ).
Na koniec zbadałem układ podając na wejście falę prostokątną o amplitudzie 1V. W załączniku przedstawiłem zdjęcie ekranu oscyloskopu dla częstotliwości sygnału 2,5MHz. W zakresie do 100KHz przebiegi na wyjściach były niemal wzorcowe.

Pozdrawiam serdecznie,
Romek

[VacuumVoodoo]

Roznice w wynikach Twoich pomiarow i kolegi macska wynikaja z prostego faktu ze nie mierzyliscie tego samego objektu tymi samymi przyrzadami.

Z pewnoscia sa roznice w fizycznej realizacji obu objektow pomiarow lacznie z ich zasilaniem. Do tego dochodzi fakt ktory sam zauwazyles uzywajac karty dzwiekowej: przyrzad pomiarowy zmienia parametry badanego objektu.

Zrobiles solidna robote.

[Piotr]

Romku, napracowałeś się tęgo aby udowodnić prądowe prawo Kirchoffa
Ale bardzo dobrze, czasem pewne rzeczy trzeba pokazywać czarno na białym.

[pierwszy]

Piotrze!
Watek wbrew pozorom nie jest o prawie Kirchoffa.
Zdecydowalismy sie z Romkiem przeniesc z pw nasza luzna rozmowe w formie ucywylizowanej
na temat inwertera z dzielonym obciążeniem, zeby byla przeciwwaga do tego magla co sie ostatnio porobilo w innych watkach.
(Tak, wydalo sie, to ja sem cyklista, co kieruje Romkiem z tylnego siedzenia !)
Generalnie tak mnie to zjawisko zaintrygowalo, ze nakrecilem film aparatem cyfrowym.
VacuumVoodoo ma tez absolutna racje, robilem to w innych warunkach niz Romek i teraz
to ja powinnienem kontrolnie pomiary powtorzyc.
Niestety jak juz pisalem, jestem nie tylko cyklista, ale do tego mocno poturbowanym, i pomiary
bede mogl zaprezentowac najwczesniej za 3 tygodnie jak zdejma gips.

[Pyra]

Gratulacje Romku, kawał solidnej roboty.

W zasadzie to można by wrzucić wszystkie Twoje pomiary, a było ich trochę, do jakiegoś łatwo dostępnego miejsca, może osobna strona....

Pozdrawiam

PS: ciekawi mnie jeszcze wpływ obciążenia np.: jakąś "wredną" lampą na symetrię....

[Romekd]

Witam.
Dziękuję za miłe słowa Eksperyment nie miał na celu udowodnienie prawa Kirchoffa (wbrew pozorom ). Chodziło nam (mnie i Andrzejowi) raczej o sprawdzenie przydatności pewnych typów lamp, zwanych przez niektórych kolegów "śmieciowymi", do podstawowych układów spotykanych we wzmacniaczach m.cz. Mnie osobiście głównie interesowały zniekształcenia wprowadzane przez układy z tymi lampami, oraz skłonność tych układów do podwzbudznia się w zakresie wysokich częstotliwości.
W najbliższym czasie sprawdzę jeszcze (tylko tak dla zabawy, bo wyników tych pomiarów możemy być niemal pewni) wpływ zmian obciążenia obu wyjść na: poziom zniekształceń, symetrię napięć wyjściowych i pasmo przenoszenia, oraz możliwą do uzyskania (przy określonym poziomie zniekształceń) amplitudę sygnałów wyjściowych. Później zamierzam zbadać pogląd Piotra (z którym niestety nie do końca mogę się zgodzić) o znoszeniu się zakłóceń pochodzących z obwodów zasilania w układzie inwertera z dzielonym obciążeniem, sterowanym przez stopień wzmacniacza ze wspólną katodą, zasilanymi z tej samej gałęzi. W jeszcze dalszych planach mam zamiar przeprowadzić analizę wpływu wartości impedancji obciążenia na poziom zniekształceń wprowadzanych przez układy wzmacniaczy wykonane na popularnych triodach i pentodach m.cz i w.cz. Opracowałem już do tego celu przedwzmacniacz o bardzo dużej impedancji wejściowej i małych zniekształceniach nieliniowych do mojej karty muzycznej, oraz kilka układów skompensowanych temperaturowo źródeł prądowych o bardzo dużej impedancji wyjściowej.
To tyle jeśli chodzi o plany. Strony internetowej raczej nie stworzę ze względu ciągły deficyt wolnego czasu .

Pozdrawiam,
Romek

[Piotr]

Później zamierzam zbadać pogląd Piotra (z którym niestety nie do końca mogę się zgodzić) o znoszeniu się zakłóceń pochodzących z obwodów zasilania w układzie inwertera z dzielonym obciążeniem, sterowanym przez stopień wzmacniacza ze wspólną katodą, zasilanymi z tej samej gałęzi.

Chciałem tylko dodać, że chodzi o lekko zmodyfikowany układ, taki jak w załączniku.
Szkoda, że w dyskusji wytykając mi wady mojego układu nikt nie zadał sobie trudu zrozumienia jego działania.

1. Z punktu widzenia zasilania takie dwa stopnie zachowują się jak jeden stopień przeciwsobny. Punkty pracy obu lamp (Ua, Ia) są identyczne, tak samo jak obciążenia (Ra2+Rk2=Ra1), a wzmocnienie drugiego stopnia wynosi 1, więc suma chwilowych prądów pobieranych przez nie jest stała.
Powoduje to, że niezależnie od wysterowania nie następuje modulacja napięcia zasilania sygnałem.

2. Na anodzie pierwszego stopnia pojawiają się tętnienia. Przenoszą się one na wyjście katodowe. Jednocześnie na wyjściu anodowym pojawiają się tętnienia w tej samej fazie pochodzące wprost z zasilacza.

[arturdiy]

Witam,

Dowód, na prawdziwość słów Piotra:
http://www.tubecad.com/april99/page6.html

[MarekSCO]

Dziękuję za miłe słowa Smile

Do tych miłych słów i ja się dołaczam

W zasadzie to można by wrzucić wszystkie Twoje pomiary, a było ich trochę, do jakiegoś łatwo dostępnego miejsca, może osobna
strona....

Strony internetowej raczej nie stworzę ze względu ciągły deficyt wolnego czasu Sad .

A jednak będę usiłował przekonać Cię do zmiany zamierzeń i wygospodarowania kilkunastu minut
Zresztą oceń sam, jaką szansę w starciu z Twoim obecnym stanowiskiem mają następujące argumenty:

1. Nie sugeruję tworzenia "poważnej strony domowej" a dokładnie to o czym pisze Pyra. Zebranie opisu doświadczenia w jedną całość i opublikowanie w sieci, korzystając z dobrodziejstw protokołu http

Zdecydowalismy sie z Romkiem przeniesc z pw nasza luzna rozmowe w formie ucywylizowanej
na temat inwertera z dzielonym obciążeniem, zeby byla przeciwwaga do tego magla co sie ostatnio porobilo w innych watkach.

Proponuję po prostu "bardziej ucywilizować formę"
Korzyścią niewątpliwą będzie to, że tak "zakomponowany" artykuł stanowić będzie spójną całośc i łatwo będzie można "poruszać się" w jego treści... A nawet cytować wzorem kolegi arturdiy

Dowód, na prawdziwość słów Piotra:
http://www.tubecad.com/april99/page6.html

2. Podejrzewam, że poza moją osobą skromną są jeszcze inni żywo zainteresowani powstaniem artykułu w takiej formie... Moze to trochę egoistyczne podejście z mojej strony, ale rzecz widzę następująco:
- Skoro nie poświęcasz swój czas na prowadzenie doświadczeń, których wyniki upubliczniasz, to... Jeżeli zajdzie potrzeba będe mógł się oprzeć na Twoich pomiarach Sam już nie będę musiał ich powtarzać
Dlatego próbę przekonania Cię do zmiany planów w tym zakresie publikacji uważam za swój "święty obowiązek"
Zwłaszcza, że zapowiadasz całą masę smakowitych eksperymentów i szkoda by było, żeby ich wyniki "utonęły w tłoku"

3. Wreszcie kwestia "wolnego czasu"
Zauważ, że publikując wypowiedź na forum również musisz poświęcić trochę czasu... Ale odwalasz też "kawał roboty", który można z powodzeniem wykorzystać, przy tworzeniu artykułu w formie strony www
Wykonałem nawet doświadczenie z zegarkiem w ręku Zrobienie tego:
http://www.zssokolow.edu.pl/kusko/romekd
wraz z opublikowaniem zajęło mi... Całe 16 ( słownie: szesnaście ) minut
Czyli mniej więcej tyle, co napisanie tego postu... Fotografie na tej stronie są bezpośrednio polinkowane z serwera triody

I jak widzisz szanse takiej argumentacji ?

Przepraszam, że zamieszczam ten przykład bez autoryzacji...
W zamierzeniu ma on wyłącznie charakter ilustracyjny i zostanie usuniety tuż po kolejnej Twojej wypowiedzi w tym wątku

[Pyra]

Może się komuś narażę
Ale może zaproponujemy współpracę Romka, z kimś kto to wszystko "przeleje" na elektroniczny papier....

Może MarekSCO

Pozdrawiam

[pierwszy]

...Wykonałem nawet doświadczenie z zegarkiem w ręku Zrobienie tego:
http://www.zssokolow.edu.pl/romekd
wraz z opublikowaniem zajęło mi... Całe 16 ( słownie: szesnaście ) minut
Czyli mniej więcej tyle, co napisanie tego postu... Fotografie na tej stronie są bezpośrednio polinkowane z serwera triody ...

Podoba mi sie!
Jedna mala uwaga tylko, filmiki umiescilem na serwerze, poniewaz Forum Triody nie umozliwia cos takiego i ja doskonale to rozumiem.
Przegladajac statystyki troche mnie przerazilo ilosc sciagajacych, od godziny 9 rano 3% miesiecznego limitu na transfer zostalo juz wykorzystany!
W takim tempie za kilka dni provider zablokuje dostep.

[MarekSCO]

Pyra
Nie sądzę, żeby był to najlepszy pomysł...
Dużo szybciej i dokładniej taką publikację może przygotować sam autor
Sporo czasu zajęła tu by komunikacja autora z "redakcją"
Publikując ( bez zgody autora ) treść postów Romka w takiej formie chciałem pokazać, że niekoniecznie to co nazywamy stroną internetową musi zaczynać się od szczegółowego planu
Korzystając z protokołu http można po prostu wykorzystać te same elementy w nieco inny sposób, tworząc zwarty artykuł... Który może śmiało egzystować obok postu na forum...
Chciałem wykazać, że przeprowadzenie tych czynności nie zajmuje wiele czasu... W doświadczeniu użyłem prostego edytora języka HTML. Mozilla Composer ( występuje również w wersji dla windows ), chociaż na codzień używam do tego celu znacznie szybszych i wydajniejszych narzędzi
Tak, czy siak... O tym, czy zaistnieją w sieci takie publikacje, czy nie zaistnieją zadecyduje Romek...
Ja tylko gorąco Cię Romku do tego namawiam
Oczywiście jeśli będziesz potrzebował - obiecuję udzielić wszelkiej możliwej pomocy

macska

Przegladajac statystyki troche mnie przerazilo ilosc sciagajacych, od godziny 9 rano 3% miesiecznego limitu na transfer zostalo juz wykorzystany!

Nie przejmował bym się tym zbytnio... To normalne, że tuż po publikacji "ściągalność" osiąga apogeum... Podejrzewam, że jutro już niewielu sięgnie po te pliki
Ale mogę się mylić W takim wypadku, jak to powiadają: "Nikt nam łatwego zycia nie obiecywał. A słowa trzeba dotrzymać"

[Pyra]

Piotr
Mam pytanie:
Nie wiem czy dobrze rozumuję, ale dzielnik w siatce drugiej triody (330k + 330k), ma dostarczyć połowę wartości tentnień zasilania?
W takim wypadku, czy nie powinien dzielić napięcia zasilania czyli dolne 330k a "górne" 330k - Ra1 czyli 300k?
Bo jeśli ma on dzielić tentnienia zasilania na anodzie pierwszej triody to jest OK

Pozdrawiam

[Romekd]

Witam.

I jak widzisz szanse takiej argumentacji ?

Przepraszam, że zamieszczam ten przykład bez autoryzacji...
W zamierzeniu ma on wyłącznie charakter ilustracyjny i zostanie usuniety tuż po kolejnej Twojej wypowiedzi w tym wątku

Przekonałeś mnie Marku. Bardzo mi się podoba taki układ graficzny i funkcjonalność. Jeżeli tylko uważasz, że moje doświadczenia warte są umieszczenia na oddzielnej stronie internetowej, oraz możesz mi pomóc w jej tworzeniu, chociaż w początkowym okresie, to nie widzę najmniejszego problemu w realizacji takiego pomysłu.
Poza tym nie masz za co przepraszać – moje wypowiedzi na Forum są kierowane do wszystkich zainteresowanych tą tematyką, można więc je cytować, lub korzystać z nich w dowolny sposób.

Pozdrawiam serdecznie,
Romek