ผู้เขียน หัวข้อ: basic design by Karin  (อ่าน 1386 ครั้ง)

0 สมาชิก และ 1 บุคคลทั่วไป กำลังดูหัวข้อนี้

ออนไลน์ CreÃte_Lek ♫

  • BuRaPha_TeAm
  • Global Moderator
  • Hero Member
  • *****
  • กระทู้: 43602
  • ถูกใจกด Like+ 1260
  • เพศ: ชาย
  • DHT Crazy Club
basic design by Karin
« เมื่อ: 20 ตุลาคม 2015, 10:53:03 PM »
  เพื่อเป็นการไม่เสียเวลาผมเลยขอยกบทความบางส่วนของอ. karin ที่เขียนไว้ที่เว็บ thaidiyaudio มาเลยแล้วกันครับแล้วผมจะเพิ่มเติมให้บางส่วนเพื่อขยายความเท่าที่จำเป็น จะได้ไม่ต้องเขียนกันยาว อีกทั้งอ. karin ก็ออนไลน์ที่เว็บเกือบทุกวันอยู่แล้วครับ

     ผมจะเริ่มต้นจากหลักการทำงานของหลอด triode เกี่ยวข้องยังไงกับ curve  แบบสั้นๆ รูปแรก แสดงให้เห็นว่าหลอดมีการนำกระแสอย่างไร รูปที่สองคือ เมื่อนำกระแสแล้ว คุณสมบัติทางไฟฟ้าจะเป็นอย่างไร

รูปแรก สมมติว่าแท่งสีน้ำเงินคือ cathode มีหน้าทีปล่อย electron ออก ซึ่งการที่จะปล่อย electron ออกไปได้นั้น cathode จะต้องถูกเผาด้วยความร้อน ซึ่งถ้าเป็นหลอด direct heated หมายถึง cathode และไส้หลอดคือชิ้นเดียวกัน แต่ถ้าเป็นหลอด indirect heated หมายถึง cathode จะถูกเผาด้วยไส้หลอดอีกทีนึง เมื่อไส้หลอดร้อนได้ที่แล้ว electron พร้อมที่จะหลุดออกมา ในขณะเดียวกัน เมื่อเพลท ซึ่งในรูปสมมติว่าเป็นแท่งสีแดง มี voltage เป็นบวก (V > 0) อยู่ ก็จะดึง electron เข้าไป หาตัวมัน ตรงนี้คือหลอดเริ่มนำกระแสแล้ว

คราวนี้ grid ที่เห็นเป็นจุดสีเขียวๆมีไว้ทำไม? grid คือ เส้นลวดเล็กๆที่พันรอบ cathode (ภาพนี้สมมติว่าเป็นภาพหน้าตัดของเส้น grid) เพื่อควบคุมปริมาณ electron ที่จะวิ่งไปหา plate โดยใช้การป้อน voltage เป็นลบ (V < 0) เมื่อเทียบกับ cathode ทำให้สามารถควบคุมปริมาณ electron ได้ ซึ่งหมายความว่าสามารถควบคุมกระแสที่ไหลได้จากการควบคุม voltage ที่ grid

ความสัมพันธ์ของ curve กับการทำงานของหลอด triode เกิดขึ้นเมื่อมีการป้อน voltage ที่ grid ในปริมาณที่แตกต่างกัน การนำกระแสก็จะเปลี่ยนไปด้วย และเมื่อ แม้ voltage ที่ grid เป็นลบ แต่ voltage ที่ Plate มีไม่เท่ากัน การนำกระแสก็จะไม่เท่ากันด้วย

ถ้าไม่เข้าใจตรงไหนก็ post ถามได้เลยครับ

 

 

  รูปด้านล่างเป็นรูปแบบการทำงานของหลอด triode ทั่วไป  ความต่างศํกย์ค่าเท่ากับ V supply ทำให้เกิดสนามไฟฟ้า ระหว่าง Anode กับ Cathode และดึงเอา electron ที่ลอยอยู่บนผิวหน้าของ cathode ให้วิ่งไปหา Anode เกิดการไหลของ electron ขึ้นแผ่นตะแกรง grid ได้รับ V bias ซึ่งมีศักดิ์เป็นลบเมื่อเทียบกับ Cathode ทำให้ electron ที่พยายามวิ่งไปหา Anode ไม่สามารถวิ่งไปได้ทั้งหมด การเปลี่ยนแปลงของ v bias จะสามารถควบคุมจำนวนของ electron ที่วิ่งจาก cathode ไป anode ได้ และ ปริมาณการไหลของ electron จะสัมพันธ์กับแรงดัน bias ที่เปลี่ยนแปลงไป

 

 ตอนนี้ถึงเวลาที่จะเอาหลอดมาขยายสัญญาณแล้วครับ

สิ่งแรกที่ต้องเข้าใจคือความสัมพันธ์ของ plate curve กับ load line

แต่ก่อนหน้านั้นลองดูรูปหลอดที่มี resistor 10K ohm เป็น load ซึ่งมีกระแสไหลอยู่ปริมาณนึง สมมติว่า 5 mA ซึ่งทำให้วัด voltage คร่อม R ได้เท่ากับ 10Kohm x 5mA เท่ากับ 50V  คราวนี้เมื่อ voltage ที่ grid เปลี่ยนไปตามสัญญาณเสียงที่เข้ามา กระแสที่ไหลผ่าน resistor ก็จะเปลี่ยนไปด้วย สมมติว่ากลายเป็น 8mA ในขณะที่ resistor มีค่าคงที่ แต่กระแสเปลี่ยนไป หมายความว่า voltage ที่ตกคร่อม resistor ก็เปลี่ยนตามไป เท่ากับ 10Kohm x 8mA เท่ากับ 80V  ในทางตรงกันข้าม ถ้ากระแสลดลงเหลือ 2mA ก็จะมี voltage คร่อม R เท่ากับ 10Kohm x 2mA เท่ากับ 20V ณ.จุดนี้ เมื่อเราเอาเครื่องวัดสัญญาณมาวัด ก็จะพบว่า voltage ตรงจุดนี้เคลื่อนที่ไปตามสัญญาณที่ grid นั่นก็คือการขยายสัญญาณของหลอดนั่นเอง

คราวนี้จะเอาคุณสมบัตินี้มาใช้งานอย่างไร?

 

คำอธิบายสั้นๆของ loadline คือ เส้นความต้านทานที่หลอดจะทำงานอยู่บนเส้นนั้นๆ

คราวนี้กลับมาดูที่ curve กันใหม่ แกน X ของ plate curve แสดง voltage (V) และแกน Y แสดง current (I) จากสูตรพื้นฐาน

R = V / I  หรือ ความต้านทาน เท่ากับ แรงดัน (voltage) หารด้วยกระแส (I)

เราสามารถลากเส้นความต้านทาน บนกราฟที่มี แกน X เป็น แรงดัน และ Y เป็นกระแสได้

ตามรูปนี้ เส้นสีน้ำเงินคือ loadline 20K เพราะ voltage เปลี่ยนไป 100V, กระแสเปลี่ยนไป 5mA จะได้ loadline เท่ากับ 100V/5mA = 20Kohm  ส่วนสีแดงคือ 10K



แต่การลากเส้นความต้านทานซึ่งจะใช้เป็น loadline นี้ ยังไม่สามารถนำไปใช้งานจริงได้ เพราะเรายังไม่ได้กำหนดจุดเริ่มต้นการทำงานของหลอดเลย นั่นคือที่มาของสิ่งที่เรารู้ได้ยินกันบ่อย นั่นคือ "จุดไบแอส" หรือ "bias point"

หน้าที่ของ bias point คือ เป็นจุดตั้งต้นในการทำงานของหลอด เมื่อเรามี bias point แล้ว มี loadline แล้ว ทั้งสองสิ่งนี้ เมื่อรวมกับ plate curve จะทำให้เรารู้ว่าหลอดเริ่มทำงานที่ไหน voltage ที่หลอดทำงานได้จะมีตั้งแต่เท่าไหร่ถึงเท่าไหร่

ลองกลับมาดู curve ของ 12AU7 กำหนดจุด bias ที่ 200V 5mA (จุดแดง) ลากเส้น loadline 10K ตัดจุดนี้ลงไปตามรูป

สิ่งที่เห็นบอกอะไรเราได้บ้าง?



 มันบอกเราได้ว่า ถ้าเราใช้ resistor 10Kohm เป็น load และเมื่อหลอดถูก bias ที่ 200V 5mA แล้ว เมื่อมีสัญญาณเข้ามาที่ grid สมมติว่าเป็นด้านซีกบวก voltage ที่ grid ทำให้ voltage ที่ plate เปลี่ยนไปตามเส้นสีแดง เช่น ถ้า voltage ที่ grid เปลี่ยนจาก -8V เป็น -6V voltage ที่เปลี่ยนที่ plate จะเปลี่ยนจาก 200V เป็น 180V

ซึ่งหมายความว่า หลอด 12AU7 เมื่อใช้ plate load 10K และ bais ที่ 200V 5mA จะมีอัตราขยายประมาณ 10 เพราะ voltage ที่ grid เปลี่ยนไป 2V ทำให้ plate เปลี่ยนไป 20V

นอกจากนี้ยังบอกด้วยว่าจุด  bias และ loadline ที่ทดลองอยู่นี้ ไม่ค่อยดีเท่าไหร่ เพราะถ้าลองกลับมาอีกด้านนึ่ง grid เปลี่ยนจาก -8V เป็น -10V voltage ที่ plate กลับเปลี่ยนแปลงแค่ประมาณ 14V หมายถึง gain เท่ากับ 7 ถ้าเอาไปใช้งานจริง อาจไม่ดีเท่าทีควร เพราะ gain ของสัญญาณซีกบวก ไม่เท่ากับซีกลบ

ณ.จุด bias ตรงนี้ สามารถขยายสัญญาณซีกบวกได้ดี เพราะเมื่อ grid เป็น 0V จะได้ voltage ที่ plate เป็น 112V แต่ปรากฏว่าด้านลบไม่ดีเท่าไหร่ เพราะเมื่อ grid เป็น -16V หลอดนำกระแสน้อยมาก จนอาจจะไม่นำเลย และถ้ายังนำกระแสอยู่ ก็ได voltage ที่ plate เพียง 242V

เมื่อดูภาพรวมแล้ว bias จุดนี้และ load 10K ยังไม่ดีเท่าไหร่ เพราะ gain ขยายไม่เท่ากัน เมื่อใช้งานจริงจะเกิด distortion รวมถึง output อาจจะ clip ก่อนเวลาอันควรถ้าหลอดไม่นำกระแสเมื่อ grid เป็นลบมากๆ การ clip ทำให้เสียงแตกพร่า 
ไม่ต้องบินให้สูงอย่างใครเขา…
จงบินเอาเท่าที่เราจะบินไหว
ท่าที่บินไม่จำเป็นต้องเหมือนใคร
แค่บินไปให้ถึงฝัน เท่านั้นพอ
   

I don't understand why I have to sacrifice all the time. I don't understand myself how I like to do so?

>>> ข้อมูลส่วนตัวครับ

ออนไลน์ CreÃte_Lek ♫

  • BuRaPha_TeAm
  • Global Moderator
  • Hero Member
  • *****
  • กระทู้: 43602
  • ถูกใจกด Like+ 1260
  • เพศ: ชาย
  • DHT Crazy Club
Re: basic design by Karin
« ตอบกลับ #1 เมื่อ: 21 ตุลาคม 2015, 01:57:37 PM »
ที่นี้มาดูว่าการที่เราจะเลือกจุดทำงานอย่างไรจึงจะเหมาะสม โดยผมจะเลือก plate curve จากหลอดเบอร์เดียวกันคือ 12AU7 มาทำการอธิบายครับ



    plate curve  ของหลอด triode ทุกหลอดจะมีลักษณะดังรูปข้างต้น  โดยเส้นโค้งทแยงจากด้านซ้ายไปด้านขวาแต่ละเส้น คือ เส้น v control grid แทนค่าจุดทำงานของหลอด ณ. จุด V plate และ plate current ต่างๆ  ส่วนเส้นโค้งที่ลากจากมุมซ้ายบนลงมาตัดเส้น v grid เรียกว่า  Plate Dissipation limit คือ เส้นแสดงขอบเขตของการ Dissipate พลังงานของ plate ถ้าจุดทำงานของหลอดอยู่เลยเส้นออกไปทางด้านขวาบนอาจจะทำให้หลอดเสียได้

 

ไม่ต้องบินให้สูงอย่างใครเขา…
จงบินเอาเท่าที่เราจะบินไหว
ท่าที่บินไม่จำเป็นต้องเหมือนใคร
แค่บินไปให้ถึงฝัน เท่านั้นพอ
   

I don't understand why I have to sacrifice all the time. I don't understand myself how I like to do so?

>>> ข้อมูลส่วนตัวครับ

ออนไลน์ CreÃte_Lek ♫

  • BuRaPha_TeAm
  • Global Moderator
  • Hero Member
  • *****
  • กระทู้: 43602
  • ถูกใจกด Like+ 1260
  • เพศ: ชาย
  • DHT Crazy Club
Re: basic design by Karin
« ตอบกลับ #2 เมื่อ: 21 ตุลาคม 2015, 02:39:45 PM »


  การออกแบบ Graphical method ก็คือ การกำหนดจุดทำงานของหลอดบน plate curve  แล้วค่อยนำไปคำนวณเป็นค่า resistor ต่างๆในวงจร  เพื่อกำหนดให้หลอดทำงานตามที่ออกแบบไว้  ซึ่งทำได้โดยการเขียนเส้น load line  ลงบน plate curve  การกำหนดค่า load line  ควรจะดูจากช่วงการทำงานของหลอดในกราฟ  และ พยายามกำหนด load line  ให้อยู่ในช่วงที่หลอดทำงานเป็นเชิงเส้น  โดยดูจากเส้น V grid ที่ขนานกัน และ ห่างกันเป็นระยะที่เท่าๆกัน

     สมมุติกำหนดให้ V+ = 300v และ เลือกช่วง linearity ของหลอดที่ V grid = 4.0 และ plate voltage = 1/2 ของ V+  = 150v  ก็จะสามารถลากเส้น load line ระหว่างจุด 300v บนแกน X และจุดตัดระหว่างเส้น V grid -4.0v กับ plate voltage 150v  ได้ดังรูปครับ

   จุดในวงกลมสีเขียวนั้นเรียกว่า  Quiescent point  หรือจุดทำงาน ณ.สภาวะสงบ  คือ ไม่มีสัญญาณป้อนเข้ามาที่ grid ซึ่ง ณ. จุดนี้ plate จะมีแรงดัน 150v มีกระแสไหลผ่านหลอดประมาณ 7.5 mA.  และ grid มีแรงดันเป็น -4.0v เมื่อเทียบกับ cathode หรือก็คือแรงดัน bias นั่นแหละครับ

   เมื่อได้ข้อมูลเช่นนี้แล้ว ก็สามารถนำไปหาค่า Plate resistor และ cathode resistor ได้ต่อไปครับ
ไม่ต้องบินให้สูงอย่างใครเขา…
จงบินเอาเท่าที่เราจะบินไหว
ท่าที่บินไม่จำเป็นต้องเหมือนใคร
แค่บินไปให้ถึงฝัน เท่านั้นพอ
   

I don't understand why I have to sacrifice all the time. I don't understand myself how I like to do so?

>>> ข้อมูลส่วนตัวครับ

ออนไลน์ CreÃte_Lek ♫

  • BuRaPha_TeAm
  • Global Moderator
  • Hero Member
  • *****
  • กระทู้: 43602
  • ถูกใจกด Like+ 1260
  • เพศ: ชาย
  • DHT Crazy Club
Re: basic design by Karin
« ตอบกลับ #3 เมื่อ: 21 ตุลาคม 2015, 03:01:56 PM »
   หา plate resistor จาก plate curve และ load line ด้านบน

    Plate resistor สามารถหาได้จาก  ค่าความชันของ load line นั่นแหละครับ   R = V/I = 300 / 0.015 = 20000 ohm. หรือ 20K นั่นเอง  หรือ จะหาจากเส้น load line ที่เขียนบนกราฟนั่นก็ได้ครับ จาก แรงดันที่เปลี่ยนไป หารด้วยกระแสที่เปลี่ยนไป  จากรูปสามเหลี่ยมที่เกาะอยู่กับเส้น load line นั่นแหละครับ  ซึ่งคนส่วนใหญ่เค้าจะเขียนเล็กๆกัน ในช่วงแรกทำเอาผมมึนไปเหมือนกันกับการนับช่อง หลังๆผมจัดใหญ่ๆเลยครับ นับง่าย ดูง่ายครับ ตามนี้ครับ

 


 จากกราฟจะเห็นว่า voltage เปลี่ยนไป 100V กระแสเปลี่ยนไป 5mA จะได้ loadline เท่ากับ 100V/5mA = 20Kohm
« แก้ไขครั้งสุดท้าย: 21 ตุลาคม 2015, 05:49:56 PM โดย CreÃteHoUse ♫ »
ไม่ต้องบินให้สูงอย่างใครเขา…
จงบินเอาเท่าที่เราจะบินไหว
ท่าที่บินไม่จำเป็นต้องเหมือนใคร
แค่บินไปให้ถึงฝัน เท่านั้นพอ
   

I don't understand why I have to sacrifice all the time. I don't understand myself how I like to do so?

>>> ข้อมูลส่วนตัวครับ