Procedee, tehnici si modele utilizate in simulare

[gg101]

 Unde gasec un articol despre ecuatiile Marshall-Leach ca vad se pleaca de ceva de genul asta cu diverse variatii. Nu imi e clar daca ecuatiile astea ies de undeva sau sunt asa la inspiratie Divina ?.

Inspiratia este Divina. Restul este modelare matematica. Bineinteles ca totul pleaca de la Legea Child-Langmuir sau legea diodei . Reynolds si Marshall au fost printre primii care au dezvoltat ecuatiile triodei si a pentodei. Koren a preluat aceste formule si le-a imbunatatit (factorii exponentiali) aducand un caracter "pur comportamental" . Asa au fost apreciate la acele vremuri. Bineinteles ca au fost si multi altii care au contestat .

Mai jos un document interesant dar in limba franceza

http://oleate.free.fr/___/pong/Doc/2%20Doc%20Pr%E9pa/9.%20Tipe/SPICE/equations%20tubes.pdf

Editat Iunie 18, 2014 de gg101

[Vizitator]

Ce este in linkul acela, este o traducere - se pare incompleta. Originalul este in engleza si il poti gasi aici: http://www.normankoren.com/Audio/Tubemodspice_article.html - mult mai detaliat.

[gg101]

Corect. Asa este . Nici nu mi-am dat seama.

[Vizitator]

Despre principiile si ecuatiile tuburilor se poate studia si materialul: http://www.john-a-harper.com/tubes201/

[cristian1961]

Foarte interesant articolul . La biblografie am vazut unele carti interesante . una din ele am gasit-o aici https://archive.org/details/Spangenberg-_Vacuum_Tubes_1948 . E posibil sa fie si altele .

[cristian1961]

Sapamina asta am avut timp si m-am mai ocupat de simularea unui etaj PP cu EL34 si ECC83 . niste concluzii preliminarii.

Etajul defazor clasic cu amplificator diferential se comporta optim la un curent intre 1,5-2,5mA/ tub . In aceasta plaja distorsiunile sunt in jur de 0,06% la o amplitudine mult peste necesarul atacului etajului final . Am introdus si o mica reactie negativa locala in catozii tubului.

etajul final cu EL34 debiteaza 50W cu 1,5% si 70W 5% distorsiuni pe 8ohmi fara reactie negativa . lucrul acesta se poate obtine printr-un compromis intre nivelul de atac al tuburilor, tensiunea de negativare si rezistenta de sarcina in anod . pt valorile astea mi-a iesit un Ra=1280ohmi.

Fara simularea pe calculator era practic imposibil sa pot optimiza etajul. reactia negativa inbunatateste intruciva distoriunlle totale aducindu-le la 0,6%. traful de iesire este ideal in acest moment .  am vrut sa studiez comportarea doar a tuburilor.

Model tuburilor este adaptat si pentru tensiuni pozitive de grila . lucrul este absolut esential pentru a observa fenomenele care se petrec la supraincarcarea etajului cind toate amplificatoarele proiectate sumar se comporta anarhic. Impedanta de intrare a tubului perturba defazorul. In exemplele mele defazorul incarcat de tubul final are cam 80Khz banda . Functionind separat banda lui depaseste 700khz.

Mai jos am postat citeva exemple pe care am lucrat. cel cu generator de curent in catozi permite reglajul elegant al etajului defazor, fiind practic simetric. Nu am postat poze ca nu stiu cum e cu spatiul pt. posturi. oricum sunt rezultate peliminarii.

Dar fiecare poate lucra cu schemele postate de mine si optimiza. Studiul trafului de iesire cit si al reactiei negative le-am lasat pentru mai incolo fiind foarte complicate.

In concluzie cu un model bun se pot obtine multe informatii utile inainte de lucrul propriu zis practic. asta ca sa nu apara frustrari inutile.

Desii par banale montajele cu tuburi sunt destul de dificil de optimizat.

La mine am observat ca LTspice se blocheaza dupa citeva simulari . Mai bine merge cu cel de al doilea solver care crapa mult mai rar . Nu stiu care e cauza inca nu am intrebat pe forum .poate o fi de la win meu.

EL34_50W.zip

Editat Iulie 13, 2014 de cristian1961

[cristian1961]

Scuze s-a strecurat o eroare in libraria de modele . Am postat varianta corecta acum.

EL34_50W.zip

[cristian1961]

Am continuat sa studiez aceas configuratie cu EL34 . de data asta am folosit un model de transformator la care am introdus si un coeficient de cuplaj K=0,999 si K=0,9999 . Deocamdata nu am introdus si comportarea miezului magnetic. Deasemenea inductanta am ales-o L=20H mult mai aproape de realitate . An continuare am pus citeva poze cu rezultatele .In arhiva unde este si schema si bibilotecilor mai sunt alte citeva poze. Se observa ca pentru K=0,999 caracteristicile de amplificare sunt mult mai proaste practic de nefolosit fara reactie negativa . Deasemeni si distorsiunile cresc pentru aceas putere de 50W.

Deocamdata amplificatorul cu defazorul clasic ,l-am simulat fara reactie urmind sa studiez si acesta comportare ulterior . In etapa urmatoare in loc de sarcina ideala de 8ohm vreau sa introduc un model de difuzor real. Poate gasesc un model de boxa de 50W. Nu am inca unul , o sa vad daca gasesc ceva pe net.

In continuare restul de poze si schema.

EL34_50W_net.zip

[cristian1961]

Daca analizam numai defazorul observam ca cel cu generator de curent se comporta mult mai bine . ramine echilibrat intr-o plaja mare de curenti anodici iar diferenta dintre Va1+Va2 (partea variabila) ramine constanta si este foarte mica. Excursia de tensiune maxima este de 200Vvv la D=0,8% de 5 ori necesarul pentru excitarea etajului. Etajul clasic cu rezistenta in catod se comporta mai slab excursia de tensiune ceva mai mica si distorsiuni mai mari, iar tensiunile de iesire nu sunt perfect echilibrate in modul si faza. Nu am mai pus poze sa nu incarc inutil forumul. Fiecare poate sa faca studii pe baza schemelor postate de mine.

Editat August 6, 2014 de cristian1961

[Vizitator]

Reatasez aici o schema care a mai fost atasata pe acest topic, in legatura cu calculul raportului dintre puterea utila in sarcina si puterea disipata pe anozii tuburilor finale de amplificare in putere, raport pe care mai multi utilizatori l-au acreditat ca fiind "randamentul" acestui etaj final. Prima Imagine este un printscreen dupa simularea acestei scheme care a fost mutata de catre moderator pe un alt topic, astfel incat acest topic sa nu fie "poluat" cu interventii offtopice.

Cei implicati (in loc sa clarifice chestiunile legate de "randament") acuza o greseala in schema (in zona marcata de mine cu verde) apreciind si faptul ca semnalul de la iesire este prea apropiat de o sinusoida. Cu alte cuvinte, nu ar fi rezultatul unei simulari, ci probabil o sarlatanie. In realitate, la Multisim 11, traseele se repozitioneaza in mod automat, oridecate ori una sau mai multe componente sunt repozitionate. Cei care au practica simularii schemelor electrice sunt deprinsi cu astfel de "erori". Deci schema este corecta, iar rezultatele prezentate sunt cele obtinute la simulare. In imaginea urmatoare Este dat un nou printscreen al aceleiasi scheme, dupa ce a fost inlaturata aparenta suprapunere de trasee.

Se pot compara rezultatele simularii, cu cele de la imaginea initiala. In ceea ce priveste chestiunea formei semnalului la iesire, atasez o noua imagine, in care cu trasa albastra este prezentata sinusoida de la intrare. Cei interesati, pot vedea prin comparatie in ce masura trasa rosie seamana cu cea albastra, la o valoare THD=6,366 %, stabilita dupa o perioada de tranzitie de 0,074 secunde.

Pentru cei interesati de verificarea simularii pe un alt program decat Multisim, am adaugat in imaginea a doua valorile tensiunilor si curentilor anodici si pe grila ecran, astfel incat sa se poata aprecia in ce masura corespund modelele utilizate pentru tubul 6L6GC.

[Patefon]

Multumesc domnului Nicolas pentru invitatia de a discuta despre metode si modele de lampi.

 

Un mic istoric.

 

Pentru inceput am incercat sa gasesc un model pentru lampa 6N2P-EV folosind metoda propusa de Dmitry Nizhegorodov si descrisa aici: http://www.dmitrynizh.com/tubeparams_image.htm . 

 

Precizari:

 

Imaginea sursa este preluata dintr-un pdf gasit pe site-ul domnului Frank: http://www.mif.pg.gda.pl/homepages/frank/sheets/112/6/6N2PEV.pdf . Nu cunosc anul de publicare a catalogului.

Versiunea paint_kit.jar utilizata (fiindca exita doua versiuni) este cea de a doua, care este in beta si foloseste modelul imbunatatit Koren.  Voi testa daca in versiunea initiala curbele sunt identice cu cele generate de versiunea beta pentru acelasi set de parametrii.

 

Ce am obtinut cu paint_kit.jar:

http://i61.tinypic.com/14no4zq.jpg 

 

modelul generat de programel:

 

**** 6N2P_EV2 ******************************************

* Created on 11/29/2014 00:32 using paint_kit.jar 2.9 

* www.dmitrynizh.com/tubeparams_image.htm

* Plate Curves image file: 6n2p-ev.png

* Data source link: 

*----------------------------------------------------------------------------------

.SUBCKT TRIODE_6N2P_EV2 1 2 3 ; Plate Grid Cathode

+ PARAMS: CCG=3P  CGP=1.4P CCP=1.9P RGI=2000

+ MU=107 KG1=1493.4 KP=598.5 KVB=267.5 VCT=0.556 EX=1.41 

* Vp_MAX=480 Ip_MAX=4 Vg_step=0.5 Vg_start=1 Vg_count=12

* Rp=4000 Vg_ac=55 P_max=0.48 Vg_qui=-48 Vp_qui=300

* X_MIN=116 Y_MIN=3 X_SIZE=773 Y_SIZE=518 FSZ_X=1374 FSZ_Y=748 XYGrid=false

* showLoadLine=n showIp=y isDHT=n isPP=n isAsymPP=n showDissipLimit=y 

* showIg1=n gridLevel2=n isInputSnapped=n  

* XYProjections=n harmonicPlot=n harmonics=y

*----------------------------------------------------------------------------------

E1 7 0 VALUE={V(1,3)/KP*LOG(1+EXP(KP*(1/MU+(VCT+V(2,3))/SQRT(KVB+V(1,3)*V(1,3)))))} 

RE1 7 0 1G  ; TO AVOID FLOATING NODES

G1 1 3 VALUE={(PWR(V(7),EX)+PWRS(V(7),EX))/KG1} 

RCP 1 3 1G   ; TO AVOID FLOATING NODES

C1 2 3 {CCG} ; CATHODE-GRID 

C2 2 1 {CGP} ; GRID=PLATE 

C3 1 3 {CCP} ; CATHODE-PLATE 

D3 5 3 DX ; POSITIVE GRID CURRENT 

R1 2 5 {RGI} ; POSITIVE GRID CURRENT 

.MODEL DX D(IS=1N RS=1 CJO=10PF TT=1N) 

.ENDS 

*$

 

 

 

Apoi am utilizat (folosind aceeasi poza) o alta metoda propusa de Derk Reefman si descrisa de dumnealui aici: http://www.dos4ever....cer3_pag14.html

 

Modelul generat de programelul extractmodel.exe (versiunea  1p992) este:

****************************************************

.SUBCKT 6N2P 1 2 3; A G C;

*      Extract V1.992

* Model created: 27-Nov-2014

* NOTE: LOG(x) is base e LOG or natural logarithm.

* For some Spice versions, e.g. MicroCap, this has to be changed to LN(x).

X1 1 2 3 TriodeK MU=118.52 EX= .797 KG1= 343.6 KP= 603.2 KVB= 2378. RGI=2000

+ CCG=2.35P  CGP=0.8P CCP=2.5P  ;

.ENDS

 

****************************************************

.SUBCKT TriodeK 1 2 3; A G C

E1 7 0 VALUE=

+{V(1,3)/KP*LOG(1+EXP(KP*(1/MU+V(2,3)/SQRT(KVB+V(1,3)*V(1,3)))))}

RE1 7 0 1G

G1 1 3 VALUE={0.5*(PWR(V(7),EX)+PWRS(V(7),EX))/KG1}

RCP 1 3 1G    ; TO AVOID FLOATING NODES IN MU-FOLLOWER

C1 2 3 {CCG}  ; CATHODE-GRID

C2 2 1 {CGP}  ; GRID-PLATE

C3 1 3 {CCP}  ; CATHODE-PLATE

D3 5 3 DX     ; FOR GRID CURRENT

R1 2 5 {RGI}  ; FOR GRID CURRENT

.MODEL DX D(IS=1N RS=1 CJO=10PF TT=1N)

.ENDS TriodeK

 

Pe langa cele doua aproximari de mai sus domnul Nicolas mi-a propus un nou set de parametrii:

µ=100, KG1=787,246, KP=703,926, KVB=245,016, VCT=0,548, EX=1,396

 

Acum am sa incerc sa fac o comparatie a curbelor intre cele 3 modele propuse asa cum sunt ele generate in Multisim. Intre timp il rog pe domnul Nicolas sa-mi confirme daca ecuatiile generate de pait_kit.jar sunt compatibile cu valorile propuse de dumnealui si, eventual, daca are un alt grafic de caracteristici pentru lampita impricinata sa-l faca cunoscut.

[Vizitator]

Modelul cu MU=107, KG1=1493,4, KP=598,5, KVB=267,5, VCT=0,556, EX=1,41, este departe de realitate. In primele doua imagini, am reprezentat curbele separat pentru tensiunile de grila de 1, 0, -1, -2, -3, -4 si respectiv 0,5, -0,5, -1,5, -2,5, -3,5, -4,5, din motivul ca generatorul grafic al MathCAD-ului nu admite mai mult de 16 trase. Curbele originale, au fost transpuse numeric si se pot vedea cu trasa neagra punctata. Celelalte curbe sunt definite pe culori si precizate in dreapta graficului. In urmatoarele doua imagini sunt reprezentate curbele pentru parametrii MU=118.52 EX= 0,797, KG1= 343,6, KP= 603,2, VCT=0, KVB= 2378. Se remarca faptul ca inafara curbelor pentru tensiunile de grila de -3,5 V si -4 V, celelalte curbe se suprapun destul de bine. Problema este ca factorul de amplificare admis de calcul μ=118,52 (eu am neglijat zecimalele) este mult peste ceea ce indica producatorul μ=100 plus o toleranta de 15, iar exponentul este mult subunitar. In ultimele doua imagini, am dat suprapunerea curbelor pentru cazul MU=100 KG1=795,81, KP=704,47, KVB=241,5, VCT=0,555, EX=1,40433. Exista doi indicatori, care ne spun ca acest calcul poate fi utilizat. Valoarea μ=100 si valoarea exponentului apropiata de 1,5. Va trebui in permanenta sa corelati simbolurile calculului original (MU, KG1, KP, KVB, VCT, EX) care au ramas asa de pe vremea vechilor calculatoare numerice, care nu admiteau simboluri indexate fie inferior, fie superior, cu notatiile utilizate de mine (respectiv μ, k_g, k_a, k, U_ct, x). Asupra mijloacelor utilizate de Patefon, nu ma pot pronunta, deoarece nu le-am studiat. Eu utilizez propria mea metoda, dupa ce ani intregi am incercat diverse variante propuse de altii pe Internet. Ceea ce pot sa spun, este faptul ca nu pot fi determinate niste solutii adecvate ale ecuatiilor lui Koren, incercand sa impunem un numar mic de puncte de corespondenta intre curbele caracteristicilor originale si cele ale modelului, asa cum fac marea majoritate a celor care propun sisteme de calcul pe Internet. De aceea cele mai multe modele sunt in general eronate (inclusiv cateva modele atribuite chiar lui Koren) si eu le verific de fiecare data inainte de a le prelua pentru utilizare. Pentru obtinerea setului de parametri subliniati cu font maron, s-au utilizat in calcul nu mai putin de 213 puncte de coincidenta dupa curbele originale, plus 3 conditii care definesc punctul static indicat de producator in fisa de date.

O problema deosebita, pe care vreau sa o aduc in discutie, este aceea ca metoda compararii prin suprapunerea unor imagini prelucrate prin utilizarea unor programe grafice nu este corecta. Prelucrarea imaginilor prin marirea diferentiata dupa doua directii in scopul suprapunerii duce la deformarea tot diferentiata a curbelor omologe si deci o suprapunere a doua imagini prelucrate nu este in general relevanta. Pentru o suprapunere corecta, trebuie prelucrate curbele originale intr-un program de design asistat de computer (spre exemplu in AutoCAD) de unde se citesc valori discrete de puncte care se vor lua in calcul la determinarea solutiilor ecuatiilor Koren. Tot acele seturi de puncte vor sta la baza trasarii grafice a curbelor originale in acelasi program utilizat la rezolvarea ecuatiilor.

[Vizitator]

Exista unele probleme in legatura cu modelul propus de mine mai sus. Revin dupa ce le remediez, inclusiv cu corecturile de riguare

[Patefon]

Intre timp am bagat in Multisim cele doua modele si am facut un grafic DCSweep pentru a vedea ce caracteristici prezinta fix acolo unde e nevoie de modelele respective:

Cu albastru modelul Derk. Cu rosu modelul Dimitry.

 

As comenta ca in zona uzuala de utilizare caracteristicile sunt suficient de apropiate.

 

Apoi am luat cele doua caracteristici si le-am suprapus prin transparenta peste documentul referinta:

 

[Patefon]

Si o comparatie in curent alternativ: