Rekenen aan een Triode buis

[nico verduin]

Nu steeds meer leden eigen ontwerpen maken heb ik hier even in een aantal stappen proberen uit te leggen hoe te rekenen met de instellingen van een triode. Ik maak hierbij gebruik van de curves van een moderne 12AX7. Maar in feite kun je dit toepassen op elke triode waavan je de hand kan leggen op curve grafieken.

Uitgangspunten:
Voedingspanning Vb=300V
Ra (anode weerstand) = 100 Kohm
Rk (kathode weerstand) = nog te bepalen

basis schema:


figuur 1: standaard 12AX7 curves


De grafiek geeft aan wat de stroom is (verticale as) bij een spanning op de anode (horizontale as) bij een bepaald negatieve roosterspanning (Ug).

Stap 1: teken de loadlijn op de grafiek
De loadlijn is een rechte lijn die een functie aangeeft van de spanning op de Anode die weer in serie staat met de Anode weerstand (Ra) op de hoogspanning. M.a.w. Als er 0 mA stroom loopt, dan staat er dus 300V op de Anode. Immers er loopt geen stroom door de weerstand. Ura = R*I = 100.000*0 = 0. Ua - Ura = 300V - 0V = 300V.

Als de volledige hoogspanning over de weerstand valt, dan is Ua=0V. En dit gebeurt in dit geval bij 3mA. Immers 300V / 100.000 ohm = 0.003A = 3mA.
Deze functie kun je als een rechte lijn op de grafiek zetten zoals in figuur 2.

Figuur 2: Loadlijn van 100k


Stap 2: Bepaal het bias instel punt
Om de kathode van een triode zit een klein raster van fijn draad dat negatief geladen moet zijn tov. de kathode. Dit om dat door de hitte de electronen los komen van de kathode en worden aangetrokken door de zeer positieve anode. De curves op de grafiek geven de negatiev spanning aan tov. de kathode. In de grafie zie je dat als het roster een spanning krijgt van -4V dat dan de stroom 0mA is. Of bij 160V anode spanning en een roosterspanning van -1V loopt er een stroom van 1.4mA.

Verder als je in de buurt van de rode lijn en de curves kijkt zie je dat de onderlinge afstanden niet altijd even gelijk zijn. Op het moment dat de afstanden ongelijk zijn, krijg je vervorming. Waarom komt later.

Maar het is gebruikelijk om een gebied te zoeken waar de afstanden gelijk zijn. Het ingangssignaal dat wordt opgeteld bij het stuurrooster loopt langs de rode lijn tov. het BIAS (B) punt dat we nu gaan bepalen.

In figuur 3 heb ik punt B zo gekozen dat dat ik in een zgn. redelijk lineair gebied zit. Dit punt kun je in feite arbitrair kiezen. In dit voorbeeld wil ik een negatieve roosterspanning hebben van -1V. Hoe bereik je nu die -1V tov de kathode. Gewoon door de kathode positief te maken. En dat bereik je door een kathodeweerstand te nemen waar stroom doorloopt. In de grafiek loopt er door de schakeling volgens de grafiek 1.4mA. De kathode weerstand staat tussen de kathode en GND. Dus loopt er ook 1.4mA door deze weerstand. Het rooster zit met een hoogohmige weerstand aan GND. Daar loopt practisch geen stroom door, dus het Rooster hangt zelf in feite aan GND. Dus als er een stroom door de kathode weerstand loopt, staat de kathode straks op X-volt. Het rooster is 0V (=GND). Dus is het rooster negatief tov. de x-volt.

Ik had gesteld dat we willen instellen op -1V dus heb ik een weerstand nodig van 1V / 1.4mA = ongeveer 715 ohm.

Tevens kan ik nu berekenen dat bij een stroom van 1.4mA er 140V valt over de weerstand van 100K. We hadden 300V beschikbaar, dus blijft er nog 160V over op de Anode.

In de grafiek zit dit er zo uit.

Figuur 3: Bias Punt bepalen


Stap 3: We voegen signaal toe
Stel we gaan nu een signaal toevoegen van 1V pp (peak-2-peak). Als we dit signaal op een grafiek zouden zetten, dan betekent dit dat het signaal beweegt tussen -0.5V en 0.5V. Dit signaal tellen we op bij de negatieve roosterspanning van -1V. Het rooster gaat zich nu bewegen tussen -1.5 (-1 + -0.5)V en 0.5 (-1 + 0.5)V. Ik heb dit getekend op de grafiek in figuur 4 (zie groene lijnen). Deze punten kunnen we ook uitzetten op de stroom as en de spannings as.

Op de stroom as zie dat bij -1.5V, er ongeveer 1.1mA stroom loopt en bij -0.5V er ongeveer 1.8mA loopt. In feite kun je nu bekenen dat er bij -1.5V, er 100000* 0.0011A = 110V over de Anode weerstand loopt. Blijft er nog 190V over. Bij een spanning van -0.5V loopt er 100000*0.0018A = 180V over de Anode weerstand. Blijft er nog 120V over.

Samengevat: Bij een bias instelling van -1V en een signaal van 1V pp op het rooster, beweegt de Anode tussen de 120V en 190V. Er komt dus een signaalspanning uit van 70V. Interessante in deze is dus dat er nu een berekende versterkingsfaktor is van 70V / 1V = 70. En dus geen 100 zoals we altijd roepen bij een 12AX7. Dat is dus niet zondermeer waar. Maar de instelling waar dat opgaat kun je wel bepalen (ga maar eens spelen met de grafieken).

Figuur 4: Signaal toevoegen


Vervorming
Stel je had nu een instelpunt gekozen op -2.5V. Dan had het signaal bewogen tussen de -3V en -2V. De bias zorgt er dan voor dat er 50V over de Anode weerstand viel en dat het signaal tussen de 220 en 270V beweegt. Echter op het Bias punt zelf (het middelpunt) is de Anode spanning 250V. dus is er een ongelijkheid in versterking tussen de positieve kant van de puls en de negatieve kant (250V - 220V) = 30V en 270V-250V = 20V. Dus terwijl je een gelijk signaal erin gooit, komt er een ongelijk signaal uit. En in dit geval met een fikse vervorming.

Daar ik beperkt ben aan het aantal tekens (10000) ga ik maar over op het volgende onderwerp (Rekenen aan een Triode buis : Cathode Bypass condensator)

[Chris Winsemius]

Is dit dan met of zonder stroomtegenkoppeling*?

* niet capacitief overbrugde kathode-weerstand

[nico verduin]

Een stap tegelijk Chris en graag een constructieve bijdrage.

Het effect van een kathode bypass komt nog. Eerst moet dit kwartje vallen.

[fredjuh]

Ik ben laatst een artikel tegengekomen en toen ik dat gelezen had, zijn er heel veel kwartjes die zo'n beetje net boven de grond zweefden gevallen. echt iets van 30 euro in totaal ofzo echt gaaf.
hier issie:
http://www.freewebs.com/valvewizard1...Gain_Stage.pdf
echt gewoon alles wat ik half snapte, maar niet helemaal wordt feilloos uitgelegd. ik heb trouwens in het afgelopen halfjaar sowieso superveel geleerd over buizentechniek in gitaarversterkers. Ik weet nog wel dat ik dan een buizenversterker had ontworpen, mijn eerste ontwerp was echt grappig gewoon zo fout. over die toekomstige buizenversterker trouwens, ik ben aan t sparen, t ding moet zo'n 300 euro kosten, de eindtrap is van een P1x en de voorversterker die ik ga ontwerpen wordt een kruising tussen een 5E7 Bandmaster en een Jcm 800 met een biasschakelaartje erin waarmee je het geluid dus kunt veranderen. Eigenlijk gewoon een bandmaster, maar dan een mastervolume en dat je de kathodeweerstanden kunt schakelen naar JCM800 stijl. Niet dat ie dan helemaal gaat klinken als een jcm800 hoor

[nico verduin]

Goed verhaal en uitgebreid. Dus ik kan weer stoppen

[SimonS]

bedankt Nico, erg heldere uitleg! Geen nieuwe dingen, wel even kennis opfrissen. Erg fijn dit in de moerstaal te kunnen lezen.

[cluseau]

Dus ik kan weer stoppen

Welnee joh, is juist gezond om onze hersens (indien aanwezig) hierover te breken.
Ik dacht eigenlijk dat er iets zou komen als... "Ua +12v, Uvg +6v Uk +0,5v".
Nog geen tijd gehad om me in daar in te verdiepen, uhhhh....ik bedoel "ik snap zulke instellingen nog niet zo".
Misschien komt het nog, maar wel interessant he?

mvg
Frans.

[iWishmaster]

Bedankt voor je post. Hoewel ik dit verhaal grotendeels al wist is er toch weer 'een kwartje bij gevallen'.

Eén ding snap ik overigens niet helemaal (heeft niet direct met dit verhaal te maken). Soms zie ik in schema's dat twee triodes aan elkaar gekoppeld zijn, zonder koppelcondensator. Ofwel rechstreeks van de anode van de eerste, naar de grid van de tweede. Onder welke voorwaardes kan ik dit gebruiken en wat zijn voor- en nadelen hiervan? Voordeel is natuurlijk sowieso dat je een (frequentiebepalend) component minder in je signaalpad hebt, maar de nadelen?

[Arvoitus]

Goed verhaal en uitgebreid. Dus ik kan weer stoppen

Hartstikke bedankt!

Ik had het bovenstaande pdfje al een keer doorgelezen maar dat drong niet helemaal door me. Maar nu ik jouw stuk lees wordt het een stuk duidelijker.

[erwin_ve]

Hoi Nico,

Heel helder en duidelijk! Hier heb ik wat aan.
Wat mij betreft moet hier een sticky van worden gemaakt met de mededelingen dat je weet hoe de wet van Ohm werkt en dat op de grafiek Ug= U grid= U rooster is.

Gr.Erwin