Rørteori
Praktisk bruk at lastlinjer
For en konstruktør er lastlinjer et at de mest nyttige redskapene man kan bruke for beregning av rørkonstruksjoner. Det betyr ikke at matematikk og formler er ute av bildet, men for å studere selve arbeidspunket for røret, er lastlinjer uten tvil den tilnærmingen som gir mest bang for minst arbeid..
Felles katodetrinn.
Et mye brukt trinn når det gjelder rørkonstruksjoner er felles katode. Kretsen kalles felles katode fordi katoden er felles for inn og utgangssignal. Signalet mates inn på gitteret (og katode) og tas ut fra anode (og katode).
Foruten anodelasten (Ra) er det på skissen også noen flere komponenter, jeg kommer tilbake til disse.
Forsterkningen i et (avkoblet) felles katodetrinn er gitt av rørets forsterkningsfaktor, rørets indre motstand og anodelasten. Ut i fra definisjonen av forsterkningsfaktor (mu) husker vi at mu = d Ua / d Ug, eller sagt på en annen måte d Ua = d Ug x mu.: spenningssvinget over anoden er lik spenningssvinget på gitteret gange forsterkningsfaktoren. (dette gjelder per definisjon ved konstant strøm, men det lar vi passere i eksemplet nedenfor) Når anoden arbeider mot en last (motstand), utgjør lasten og rørets indre motstand en spenningsdeler. Siden strømmen som går gjennom røret og strømmen som går gjennom lasten er den samme kan dette betraktes som en spenningsdeler og trinnets forsterkning kan oppsummeres i følgende ligning: F = mu x Ra / (Ri+Ra), hvor Ri er indre motstand og Ra er anodelast.
Jeg kunne ha stoppet her. Hadde jeg ønsket meg et trinn med en forsterkning på 30 ganger kunne jeg valgt et rør ala ECC83, som har en indre motstand på 62k ohm og mu på 100 sammen med en anodelast på 42k ohm. Dette vil gi F = 100 x 42 / (62+42) = 40ggr.
Lastlinjer:
En annen måte å begrene forsterkningen på er ved hjelp av lastlinjer. De vil i tillegg gi en god del mer informasjon.
For å tegne en lastlinje trengs et diagram som sier noe om hvordan det valgte røret oppfører seg. Til det er Ia/Ua-karateristikken er din venn. Vi trenger også å vite litt om miljøet røret skal arbeide i. I vårt eksempel en last på 42k ohm, og vi kan bestemme oss for at vi har 200 volt til rådighet (B+).
Siden lastlinjen er en rett line (som følger ohms lov) trenger vi kun to punkter for å fullføre den. Vi pleier å velge ytterpunktene ved at røret enten er helt åpent eller kortsluttet. I det første tilfellet er strømmen 0mA og anodespenningen lik tilførselsspenningen. I det andre tilfellet, ved kortsluttet rør, er anodespenningen 0 volt og anodestrømmen begrenset av anodelasten. I vårt tilfelle er dette B+/Ra = 200V/42kohm = 4.8mA.
Tegner vi en linje mellom disse to punktene, har vi det som kalles lastlinjen for røret:
Vakkert hva? Og nå starter egenlig moroa.
Ut i fra denne linjen kan vi bestemme rørets arbeidspunkt, men da trenger vi å vite litt mer, som for eksempel maks inngangssignal. Siden de fleste småsignalrør ikke er beregnet på positiv gitterspenning må vi velge arbeidspunket, eller rettere sagt gitterforspenningen større (i absoluttverdi) enn inngangssignalet. Hvis maks signal i vårt tilfelle er 0.7V kan det være fornuftig å velge en forspenning på 1V. For å ha vært på den sikre siden med henhold på overstyringsmargin kunne vi for eksempel ha valgt 3 volt gitterforspenning, men lastlinjen forteller oss at det ikke er mulig. Så ut i fra lastlinjen velger vi 1V gitterforspenning som arbeidspunkt:
Arbeidspunket (Q) forteller oss flere ting: Uten signal vil røret trekke en anodestrøm (Ia) på 1.2mA og anodespenningen vil ligge på 150 volt. Disse opplysningene gjør oss i stand til å beregne katodemotstanden (Rk på skjemaet).
For å få et spenningsfall på 1 volt over Rk bruker vi igjen ohms lov, Rk=Uk/Ik, og siden Ik=Ia blir dette: Rk=1V/1.2mA=833ohm.
Denne måten å gjøre ting på, å heve spenningsnivået på katoden, istedenfor å tilføre negativ spenning til gitteret, kalles ofte for automatisk gitterforspenning eller autobias. For å sikre at gitteret befinner seg på jordpotensial, forbindes gitteret til jord med en motstand (Rg). Maks tillatt verdi for denne finnes i rørets datablad.
I en avkoblet felles katoden kobling legges katoden signalmessig til jord ved hjelp av en avkoblingskondensator (Ck).
Hva mer forteller lastlinjen?
Lastlinjer er også et godt utgangspunkt for å fortelle noe om hva som skjer med signalet. I vårt eksempel kan vi finne maksimum spenningssving og si noe om forvrengningen.
Hvis vi påtrykker maksimum mulig signal på gitteret (2Vp-p) ser vi at anodespenningen svinger mellom: 105V og 185V, eller -45/+35V. Altså svinger signalet 10 volt, eller 30% mer negativt enn positivt. Denne ulineariteten er forvrengning og 30% høres bokstavelig talt ikke bra ut.
Ut i fra grafisk analyse, kan vi med rimelig grad av sikkerhet, fastslå at en anodelast på 42k sammen med ECC83 enten er feil valg av last, eller feil valg av rør i vårt oppsett!
Et gammelt jungelordtak sier at en anodelast på 2-5 ganger indre motstand er en god ting for rør som i dette eksemplet. (trioder med relativt høy Ri)
Hvis du har giddet å lese helt hit, bør du vurdere å kjøpe deg en lærebok eller tredve innen rørteori.
Praktisk bruk at lastlinjer
For en konstruktør er lastlinjer et at de mest nyttige redskapene man kan bruke for beregning av rørkonstruksjoner. Det betyr ikke at matematikk og formler er ute av bildet, men for å studere selve arbeidspunket for røret, er lastlinjer uten tvil den tilnærmingen som gir mest bang for minst arbeid..
Felles katodetrinn.
Et mye brukt trinn når det gjelder rørkonstruksjoner er felles katode. Kretsen kalles felles katode fordi katoden er felles for inn og utgangssignal. Signalet mates inn på gitteret (og katode) og tas ut fra anode (og katode).
Foruten anodelasten (Ra) er det på skissen også noen flere komponenter, jeg kommer tilbake til disse.
Forsterkningen i et (avkoblet) felles katodetrinn er gitt av rørets forsterkningsfaktor, rørets indre motstand og anodelasten. Ut i fra definisjonen av forsterkningsfaktor (mu) husker vi at mu = d Ua / d Ug, eller sagt på en annen måte d Ua = d Ug x mu.: spenningssvinget over anoden er lik spenningssvinget på gitteret gange forsterkningsfaktoren. (dette gjelder per definisjon ved konstant strøm, men det lar vi passere i eksemplet nedenfor) Når anoden arbeider mot en last (motstand), utgjør lasten og rørets indre motstand en spenningsdeler. Siden strømmen som går gjennom røret og strømmen som går gjennom lasten er den samme kan dette betraktes som en spenningsdeler og trinnets forsterkning kan oppsummeres i følgende ligning: F = mu x Ra / (Ri+Ra), hvor Ri er indre motstand og Ra er anodelast.
Jeg kunne ha stoppet her. Hadde jeg ønsket meg et trinn med en forsterkning på 30 ganger kunne jeg valgt et rør ala ECC83, som har en indre motstand på 62k ohm og mu på 100 sammen med en anodelast på 42k ohm. Dette vil gi F = 100 x 42 / (62+42) = 40ggr.
Lastlinjer:
En annen måte å begrene forsterkningen på er ved hjelp av lastlinjer. De vil i tillegg gi en god del mer informasjon.
For å tegne en lastlinje trengs et diagram som sier noe om hvordan det valgte røret oppfører seg. Til det er Ia/Ua-karateristikken er din venn. Vi trenger også å vite litt om miljøet røret skal arbeide i. I vårt eksempel en last på 42k ohm, og vi kan bestemme oss for at vi har 200 volt til rådighet (B+).
Siden lastlinjen er en rett line (som følger ohms lov) trenger vi kun to punkter for å fullføre den. Vi pleier å velge ytterpunktene ved at røret enten er helt åpent eller kortsluttet. I det første tilfellet er strømmen 0mA og anodespenningen lik tilførselsspenningen. I det andre tilfellet, ved kortsluttet rør, er anodespenningen 0 volt og anodestrømmen begrenset av anodelasten. I vårt tilfelle er dette B+/Ra = 200V/42kohm = 4.8mA.
Tegner vi en linje mellom disse to punktene, har vi det som kalles lastlinjen for røret:
Vakkert hva? Og nå starter egenlig moroa.
Ut i fra denne linjen kan vi bestemme rørets arbeidspunkt, men da trenger vi å vite litt mer, som for eksempel maks inngangssignal. Siden de fleste småsignalrør ikke er beregnet på positiv gitterspenning må vi velge arbeidspunket, eller rettere sagt gitterforspenningen større (i absoluttverdi) enn inngangssignalet. Hvis maks signal i vårt tilfelle er 0.7V kan det være fornuftig å velge en forspenning på 1V. For å ha vært på den sikre siden med henhold på overstyringsmargin kunne vi for eksempel ha valgt 3 volt gitterforspenning, men lastlinjen forteller oss at det ikke er mulig. Så ut i fra lastlinjen velger vi 1V gitterforspenning som arbeidspunkt:
Arbeidspunket (Q) forteller oss flere ting: Uten signal vil røret trekke en anodestrøm (Ia) på 1.2mA og anodespenningen vil ligge på 150 volt. Disse opplysningene gjør oss i stand til å beregne katodemotstanden (Rk på skjemaet).
For å få et spenningsfall på 1 volt over Rk bruker vi igjen ohms lov, Rk=Uk/Ik, og siden Ik=Ia blir dette: Rk=1V/1.2mA=833ohm.
Denne måten å gjøre ting på, å heve spenningsnivået på katoden, istedenfor å tilføre negativ spenning til gitteret, kalles ofte for automatisk gitterforspenning eller autobias. For å sikre at gitteret befinner seg på jordpotensial, forbindes gitteret til jord med en motstand (Rg). Maks tillatt verdi for denne finnes i rørets datablad.
I en avkoblet felles katoden kobling legges katoden signalmessig til jord ved hjelp av en avkoblingskondensator (Ck).
Hva mer forteller lastlinjen?
Lastlinjer er også et godt utgangspunkt for å fortelle noe om hva som skjer med signalet. I vårt eksempel kan vi finne maksimum spenningssving og si noe om forvrengningen.
Hvis vi påtrykker maksimum mulig signal på gitteret (2Vp-p) ser vi at anodespenningen svinger mellom: 105V og 185V, eller -45/+35V. Altså svinger signalet 10 volt, eller 30% mer negativt enn positivt. Denne ulineariteten er forvrengning og 30% høres bokstavelig talt ikke bra ut.
Ut i fra grafisk analyse, kan vi med rimelig grad av sikkerhet, fastslå at en anodelast på 42k sammen med ECC83 enten er feil valg av last, eller feil valg av rør i vårt oppsett!
Et gammelt jungelordtak sier at en anodelast på 2-5 ganger indre motstand er en god ting for rør som i dette eksemplet. (trioder med relativt høy Ri)
Hvis du har giddet å lese helt hit, bør du vurdere å kjøpe deg en lærebok eller tredve innen rørteori.
