Versterking voorversterker trap berekenen...

[Dolf]

Ik ben hier aan het lezen in The Ultimate Tone van Kevin O' Connor (gekregen van een vriend). Bij het bespreken van de basis van de voorversterker wordt een voorbeeld aangehaald waar de anodeweerstand Ra 100k is en de kathodeweerstand Rk 1k is bij een voedingsspanning van 150V bij een 12AX7. Dit zou een veelgebruikte instelling zijn van de 12AX7 bij gitaarversterkers. Hierbij wordt beweerd dat de versterking van de spanning 10,7 bedraagt aangezien een spanning van 3Vptp aan de grid resulteert in een spanningsverschil van 32Vptp.

Ik zou dit willen narekenen, maar ik slaag er niet in om dit tot een goed einde te brengen. Iemand die mij kan helpen?

De redenering die ik tot nu toe gevolgd heb is de volgende;
Ik heb een loadlijn opgesteld (Va=150-100k*Ia) tussen de punten [Ua=0V;Ia=1,5mA] en [Ua=150;Ia=0mA]. Als je bij deze loadlijn een symmetrisch signaal wilt wordt Vgk ongeveer -1V (aangezien Vgk -2V dan al ongeveer op een Ia van 50µA komt is een lagere Vgk niet echt mogelijk dus nemen we de midden tussen Vgk 0V en -2V). En hier geraak ik niet verder aangezien aangehaald wordt dat er 3Vptp aan de grid wordt aangelegd en ik met mijn loadlijn enkel 2Vptp kan aanleggen.
Stel nu dat ik toch verder reken en uitga van 2Vptp ingangsspanning, dan lees ik op de loadlijn
Vgk= -2V Ia=50µa =>Ua=145V
Vgk= 0V Ia=1,05mA =>Ua=45V
2Vptp resulteert dan in 100Vptp of een versterkingsfactor van 50
Waar loopt het fout?

[nico verduin]

Ik ben hier aan het lezen in The Ultimate Tone van Kevin O' Connor (gekregen van een vriend). Bij het bespreken van de basis van de voorversterker wordt een voorbeeld aangehaald waar de anodeweerstand Ra 100k is en de kathodeweerstand Rk 1k is bij een voedingsspanning van 150V bij een 12AX7. Dit zou een veelgebruikte instelling zijn van de 12AX7 bij gitaarversterkers. Hierbij wordt beweerd dat de versterking van de spanning 10,7 bedraagt aangezien een spanning van 3Vptp aan de grid resulteert in een spanningsverschil van 32Vptp.

Ik zou dit willen narekenen, maar ik slaag er niet in om dit tot een goed einde te brengen. Iemand die mij kan helpen?

De redenering die ik tot nu toe gevolgd heb is de volgende;
Ik heb een loadlijn opgesteld (Va=150-100k*Ia) tussen de punten [Ua=0V;Ia=1,5mA] en [Ua=150;Ia=0mA]. Als je bij deze loadlijn een symmetrisch signaal wilt wordt Vgk ongeveer -1V (aangezien Vgk -2V dan al ongeveer op een Ia van 50µA komt is een lagere Vgk niet echt mogelijk dus nemen we de midden tussen Vgk 0V en -2V). En hier geraak ik niet verder aangezien aangehaald wordt dat er 3Vptp aan de grid wordt aangelegd en ik met mijn loadlijn enkel 2Vptp kan aanleggen.
Stel nu dat ik toch verder reken en uitga van 2Vptp ingangsspanning, dan lees ik op de loadlijn
Vgk= -2V Ia=50µa =>Ua=145V
Vgk= 0V Ia=1,05mA =>Ua=45V
2Vptp resulteert dan in 100Vptp of een versterkingsfactor van 50
Waar loopt het fout?Er vanuitgaande dat je de loadlijnen correct hebt getekend, klopt je redenering. Maar je moet wel dezelfde instellingen van het boek gebruiken om een vergelijking te kunnen trekken. Nu heb je de buis warmer ingesteld.

[Dolf]

Even ter illustratie de loadlijn bijgevoegd die ik getekend heb voor Vcc=150V en Ra=100k (een beeld zegt soms zoveel meer...)

http://img263.imageshack.us/img263/6369/30317749.jpg (http://img263.imageshack.us/i/30317749.jpg/)



Dan zie ik niet echt hoe je een instelling kunt bepalen die 3Vptp gridspanning kan verwerken...
(toch niet zonder serieuze vervorming)

Verder staat in het boek dat bij Rk=1k we een Ia (plate current) krijgen van 230µA. Wat overeenkomt met een instelpunt van Vgk=-1,5V (logisch als je er 3Vptp op wilt plaatsen), maar dan zie ik de versterker eigenlijk niet echt lineair functioneren. Het DC instelpunt (Va) ligt dan op (150V-23V) 127V. De pieken van het signaal stemmen dan overeen met:
Vgk=0V, we lezen op de grafiek een stroom Ia van ongeveer 1120µA dus krijgen we een spanningsval van 112V oftewel Ua=38V
Vgk=-3V, op de grafiek lezen we hierbij 20µA af op de loadlijn wat overeenkomt met een spanningsval van 2V oftewel Ua=148V
We krijgen dan een sterk asymmetrisch signaal met als DC instelling 127V en een positieve piek van 148V en een negatieve piek van 38V.
De versterkingsfactor hier zou dan 110/3=37 bedragen.

Dus dan kom ik nog altijd niet uit op een uitganssignaal van 32Vptp of een versterkingsfactor van 10,7

[fredjuh]

Hallo,

Ik snap niet echt waar Kevin 'O Connor t over heeft als ie zegt wat jij zegt dat hij zegt. :???: Haha.
Het is zeker mogelijk om de gain te bepalen met de I/U-grafiek van een buis, maar het probleem is dat de buis via de kathodeweerstand wordt tegengekoppeld, waardoor de gain vermindert.
Als de kathodeweerstand overbrugd wordt door een condensator wordt dit effect opgeheven. Dan kun je, als je het biaspunt ongeveer weet in de grafiek zien wat er gebeurt met de anodespanning en stroom.
Meestal wordt de gain gewoon berekend met een formule. Als je de parameters mu en Ra weet kun je deze formule gebruiken: A=((mu*anodeweerstand)/(Ra+anodeweerstand+(mu+1)*kathodeweerstand)
Zo wordt de gain zonder terugkoppeling 61 en met 38

[Dolf]

Ja, die formule had ik ook al geprobeerd en die geeft ook niet hetzelfde resultaat...

Misschien dat de afbeelding uit het boek het iets duidelijker maakt?
http://img94.imageshack.us/img94/972/img124420.jpg (http://img94.imageshack.us/i/img124420.jpg/)
Het gaat hier dus om afbeelding A met de overeenkomende gain (die 11 is 10,7 afgerond)

[nico verduin]

Ja, die formule had ik ook al geprobeerd en die geeft ook niet hetzelfde resultaat...

Misschien dat de afbeelding uit het boek het iets duidelijker maakt?
http://img94.imageshack.us/img94/972/img124420.jpg (http://img94.imageshack.us/i/img124420.jpg/)
Het gaat hier dus om afbeelding A met de overeenkomende gain (die 11 is 10,7 afgerond)Dit schema is anders als wat je in de post verteld. Er zit nog een RC belasting bij.
Verder staan de TUT's bekend om hun fouten.

[tommus42]

Die 10K kathodeweerstand ga ik in mijn 'plexi' proberen in het hightreble kanaal.:strat:

[Dolf]

Dit schema is anders als wat je in de post verteld. Er zit nog een RC belasting bij.
En hoe verwerk je dat dan in de berekening?


Verder staan de TUT's bekend om hun fouten.
TUT staat hier voor tutorial?
Het zou mij toch sterk verbazen als het boek fout is aangezien het hier toch om een boek gaat dat volgens mij redelijk hoog staat aangeschreven. Ook ben ik nergens anders in het boek al fouten tegengekomen.

[nico verduin]

Het zou mij toch sterk verbazen als het boek fout is aangezien het hier toch om een boek gaat dat volgens mij redelijk hoog staat aangeschreven. Dat recht heb je. En volgens mij heb je hier de eerste te pakken.

Ten eerste heb je hier een spanningsdeler met de koppelcap en de weerstand naar GND.
Ten tweede is de capaciteitswaarde niet gegeven dus kan je ook de wisselstroom weerstand niet berekenen en dus ook de spanningsval niet.
Ten derde weet je de frequentie niet en dus ook niet wat de wisselstroom weerstand wordt.
Ten vierde wordt gesuggereerd dat de 1K gangbaar is in versterker schakelingen als kathode weerstand. Ik had dan eerder de 1K5 (fender lijn) of 820 ohm (marshall lijn) als gangbaarder genomen.
De meeste amps hebben een B+ van rond de 300V bij de preamps en niet rond de 150V.
In het schema wordt de spanning gegeven in het midden van de spanningsdeler terwijl jij het over de spanning op de anode hebt. Dat zijn 2 verschillende meetpunten.

Dus als tutorial?..... niet echt.

Maar zoals ik net al aangaf. Jij hebt alle recht om het boek als hoogstaand te beschouwen. Ieder zijn mening.

[tommus42]

@nico
Kun je iets vertellen over het omlaag brengen van de gain in een versterkingstrap?
Zat te denken aan een gedeelde anodeweerstand, een ecc81 ipv een ecc83, of een hogere kathode weerstand.
Vind nog steeds de gain van V1 in mijn 'plexi' te hoog.

[nico verduin]

De te hoge versterking wordt ten eerste veroorzaakt door het input signaal. Het splitsen van de 10K naar 2 x 47K houd de buis redelijk in dezelfde instelling (de anode ziet nog steeds 100K), echter het signaal wordt gehalveerd. Wel veranderd de impedantie naar de volgende trap iets. Maar daar zou ik me minder druk over maken.
Wat wel relevant is, is dat de eerste trap er juist voor is om de SNR (signal Noise Ratio) zo goed mogelijk te maken. M.a.w. het signaal wordt voldoende versterkt om ver van het ruis nivo af te blijven. Door het signaal te verkleinen, wordt de ratio slechter (kan dus verhoudingsgewijs meer ruis veroorzaken).

Je kan ook het volume wat lager zetten?

[tommus42]

.....Je kan ook het volume wat lager zetten?

Ja, laat ik het daar maar bij. Is eventueel een 100K volumepot een goed idee?

Volume op een derde vind ik mooi klinken (gaat ie al oorverdovend luid), daarboven wordt het naar mijn gevoel snel te 'hard', in negatieve zin. Of zou dat aan de trap erna kunnen liggen? (standaard 1959slp)

[Dolf]

Hoi Nico,

Eerst en vooral wil ik duidelijk stellen dat ik op dit forum al heel wat van je opgestoken heb en je mening sowieso sterk op prijs stel.


Dat recht heb je. En volgens mij heb je hier de eerste te pakken.
Dat ik verbaasd zou zijn dat het boek fout is staat daar totaal los van, het is namelijk aangeraden door mensen die een workshop versterkers bouwen geven waardoor ik dacht dat het toch wel een deftig boek zou zijn.


Ten eerste heb je hier een spanningsdeler met de koppelcap en de weerstand naar GND.
Oké, dat is waar, maar dat beïnvloedt toch de DC-instelling van de 12AX7 niet gezien de koppelcap deze blokkeert?


Ten tweede is de capaciteitswaarde niet gegeven dus kan je ook de wisselstroom weerstand niet berekenen en dus ook de spanningsval niet.Ten derde weet je de frequentie niet en dus ook niet wat de wisselstroom weerstand wordt.
Die zaken zijn hier inderdaad niet gegeven, maar ik denk dat het veilig is om te veronderstellen (gezien we hier toch over gitaarversterkers bezig zijn) dat de waarden van het passief RC-filter door de koppelcap en de belasting RL zo gekozen zijn dat de gitaarfrequentie doorgegeven worden aan de volgende trap (die denk ik hier voorgesteld wordt door RL).

Ten vierde wordt gesuggereerd dat de 1K gangbaar is in versterker schakelingen als kathode weerstand. Ik had dan eerder de 1K5 (fender lijn) of 820 ohm (marshall lijn) als gangbaarder genomen.
Oké, maar de grootteorde voor een gangbare Rk zit toch al juist, dus hier zou ik het werk toch zeker niet op durven afbreken.

De meeste amps hebben een B+ van rond de 300V bij de preamps en niet rond de 150V.
Oké, dat is mijn fout, het boek vermeld enkel dat 100k een typische waarde is voor Ra en 1k een typische waarde voor Rk. Die 150V wordt niet als typisch aangehaald. My bad...


In het schema wordt de spanning gegeven in het midden van de spanningsdeler terwijl jij het over de spanning op de anode hebt. Dat zijn 2 verschillende meetpunten.
Hmmm, oké, hier kan ik niet echt volgen. Als ik over Va sprak bedoelde ik hetzelfde punt als aangeduid op de figuur.


Dus als tutorial?..... niet echt.

Maar zoals ik net al aangaf. Jij hebt alle recht om het boek als hoogstaand te beschouwen. Ieder zijn mening.
Misschien is het inderdaad geen te beste tutorial, zeker aangezien de bijbehorende berekeningen in dit stuk weggelaten werden.

Verder wil ik toch zeker nog eens zeggen dat ik jouw mening/inbreng zeker sterk apprecieer.

[Dolf]

Voor alle onduidelijkheden te vermijden heb ik de tekst uit het boek es overgetypt die hoort bij deze figuur, misschien heb ik ergens iets over het hoofd gezien?




BASIC GAIN STAGES

In tube guitar amps, the most popular gain stage is the common cathode. Here, the signal is applied to the grid, taken off the plate, and the cathode is tied to signal ground so it is common to both the input and output circuits.
The plate signal will be inverted, or 180° out of phase with respect to the input. These points will be true for all common-cathode stages in guitar amps. The obvious question now is, if all the stages are essentially the samen, why do they sound different? To find the answer, we must look closely at the common-cathode amplifier.

The usual common-cathode stage is a self-bias arrangement. This means that the tube detemines its own operating point based on the circuit values and voltage applied. The figure shows examples that illustrate these variations.

In circuit A, the cathode resistor Rk is 1k and the anode resistor R_A is 100k. These are typical values. The gain of this stage is less than we might expect at a low value of 11. We are able to get a clean 32Vpp signal out of this stage from about a 3Vpp input. If we replace the kathode resistor with 10k as in B, the gain drops to 5.3 and the maximum output also goes down to half of what we had before. This is a lot of effect merely from changing one resistor value, and the reasons relate tot the self-bias arrangement.

With Rk=1k, the tube settles to a plate current of approximately 230µA. This creates a 23V drop across the 100k anode resistor. The transconductance of the tube at this current is a certain moderate value, as is the internal AC plate resistance of the tube. When Rk is changed to 10k, the plate current is reduced to 130µA. The transconductance actually decreases, ande the plate resistance increases by a larger amount. The result is less overall gain than the original circuit. The reduced plate current creates a smaller voltage drop across the 100k, thus reducing the available swing for output voltage.

...Verdere alinea's bespreken dan wat er gebeurt als Ra of B+ wijzigen...

[nico verduin]

Dolf,
Zoals ik al eerder aangaf maakt het mij niet uit wat iemand vind van het boek. Zelf ben ik er niet zo kapot van. Maar velen wel want hij doet er wel lekkere handel ermee.:seriousf:

Jou uitwerking is zoals ik al eerder aangaf juist. Het voorbeeld klopt niet met de realiteit. Daarnaast ontbreken er parameters om een juiste berekening te maken. Je hebt de waarde nodig van de cap en de frequentie om de gain op het punt Rl en C te bepalen. De gain die hij berekend is op basis van Vi en Vo. Jij hebt het over Va en dat is iets anders. Als de wisselstroom weerstand zodanig is dat Rl = Zc (wisselstroom weerstand bij cap bij bepaalde frequentie), dan heb je nog maar 50% van Va over.

De dc instelling geeft aan waar je op de grafieken instelt. Het AC signaal er boven op geeft de variatie aan. Maa op het moment dat je doorkoppelt naar de volgende trap, heb je nog maar een deel van dat signaal over.

Vandaar dat ik meer gecharmeerd ben van dat boek over preampschakelingen dat ik een tijdje terug had beschreven.

[erwin_ve]

TUT staat voor :The Ultimate Tone. Dit zijn een serie boeken

Er staan zeer zinnige dingen in de boeken van Kevin O Connor maar ook zaken die meer vragen oproepen dan antwoorden.:crazyhappy:
Het hele power scaling gebeuren wordt er uitvoerig in 1 vd delen uitgelegd.

[Dolf]

TUT staat voor :The Ultimate Tone. Dit zijn een serie boeken

Er staan zeer zinnige dingen in de boeken van Kevin O Connor maar ook zaken die meer vragen oproepen dan antwoorden.:crazyhappy:
Het hele power scaling gebeuren wordt er uitvoerig in 1 vd delen uitgelegd.

lol TUT, ik had de link niet gelegd, wist niet dat dat een begrip was...


Dolf,
Zoals ik al eerder aangaf maakt het mij niet uit wat iemand vind van het boek. Zelf ben ik er niet zo kapot van. Maar velen wel want hij doet er wel lekkere handel ermee.:seriousf:

Jou uitwerking is zoals ik al eerder aangaf juist. Het voorbeeld klopt niet met de realiteit. Daarnaast ontbreken er parameters om een juiste berekening te maken. Je hebt de waarde nodig van de cap en de frequentie om de gain op het punt Rl en C te bepalen. De gain die hij berekend is op basis van Vi en Vo. Jij hebt het over Va en dat is iets anders. Als de wisselstroom weerstand zodanig is dat Rl = Zc (wisselstroom weerstand bij cap bij bepaalde frequentie), dan heb je nog maar 50% van Va over.

De dc instelling geeft aan waar je op de grafieken instelt. Het AC signaal er boven op geeft de variatie aan. Maa op het moment dat je doorkoppelt naar de volgende trap, heb je nog maar een deel van dat signaal over.

Vandaar dat ik meer gecharmeerd ben van dat boek over preampschakelingen dat ik een tijdje terug had beschreven.
Ik heb het topic over dat boek ondertussen teruggevonden:
http://ww.gitaarnet.nl/forum/showthread.php?t=132726

Op zijn site staat het eerste hoofdstuk over de common-cathode:
http://www.freewebs.com/valvewizard1/gainstage.html
Ik heb het afgedrukt en ik ga het maar eens beginnen door te nemen. Ik veronderstel dat ik daar al even zoet mee ga zijn...