หัวข้อ: ออกแบบ single stage triode ด้วยตนเอง

[Eak-tubeamp]

อธิบายได้ละเอียดทีเดียว   ส่วนที่ 5mA จะเหมาะสมหรือไม่นั้น ผมก็ไม่แน่ใจครับ เพราะการคำนวณ โหลดไลน์ก่อนหน้านี้ ไม่เหมาะสมในการนำมาใช้วาน แต่กับโหลดไลน์อีกเส้นหนึ่ง(เส้นสีเหลือง)ดูดีกว่า เดี๋ยวท่าน karin มาให้ความกระจ่างครับว่าเหมาะสมกับการใช้งานหรือไม่ หรืออย่างนั้นคงต้อลากโหลดไลน์ใหม่จนกว่าจะหาค่าที่เหมาะสมได้ 

[jp74]

ขออนุญาตคับ (ยกมือด้วย)

ขออนุญาตแบบ Slow นิ๊สนึงนะคับ

Rk=8V/5mA=1.6k    หา R คาโทด จากกราฟที่เรากำหนด bias ที่ 200V grid -8v   5mA

+Vcc = VRp+Vp+VRk =100+200+8=308v 
หาไฟ B+ ที่จะใช้ในวงจร
โดย  VRp = 20k*5mA  คือ voltage คร่อม R plate มาจากเส้น loadline ที่เราลาก กับจุดไบอัส
        Vp  = 200   จากจุดไบอัส
        VRk = 8      จากจุดไบอัส เหมือนกัน




อันนี้ถูกต้องใช่ป่าวคับ
แต่ผมสงสัย ที่ 5mA เป็นค่าที่เหมะสมที่ใช้กำหนดจุดไบอัสคร่าว ๆ โดยทั่วไปใช่ป่าวคับ
 
คราวนี้ตั้งใจจะเอาให้จบหลักสูตร เหมือนกันคับ จะเอาให้เคลียเลย

[Eak-tubeamp]

ต่อไปเป็นการคำนวณหาอัตราขยายของวงจรใช่มั้ยครับ จะเรียนให้จบหลักสูตรเลยครับ(เกียรตินิยมด้วย) 

[gooner]

 

[Karin Preeda]

เส้นสีเหลืองครับ 

จริงๆตอนนี้ก็เอาไปออกแบบ gain stage ได้แล้วนะครับ

ตอนต่อไปจะเป็นวิธีการคำนวนอีกแบบครับ

[Eak-tubeamp]

ขอโทษทีครับ รีบไปหน่อย แต่ก็ดูดีกว่า โหลดไลน์เส้นแรกใช่มั้ยครับ

[Karin Preeda]

สงสัยลืมหารสอง  , คำตอบคือ 12.5 กับ 10 ครับ 

[Eak-tubeamp]

gain ซีกบวกประมาณ 25 ซีกลบ ประมาณ 20 

[Karin Preeda]

ลืมถามไปว่า gain เท่าไหร่ครับ? 

[Karin Preeda]

หาV=Vplate+Vk=200+8=208V. Rk=8V/5mA=1.6k เดานะครับ

Rk 1.6K ถูกต้องแล้วครับ

อย่างจารย์เอกมีเดาอีกหรือนี่ ถ้าเป็น V ที่จ่ายให้วงจร +Vcc = VRp+Vp+VRk =100(20k*5mA)+200+8=308v ใช่มั้ยครับ

ส่วน V จากรูป คุณเอก-tubeamp คำนวนถูกต้องแล้วครับ

[aphiphot]

อย่างจารย์เอกมีเดาอีกหรือนี่ ถ้าเป็น V ที่จ่ายให้วงจร +Vcc = VRp+Vp+VRk =100(20k*5mA)+200+8=308v ใช่มั้ยครับ

เรื่องอย่างนี้ใหม่สำหรับผมครับ แต่ถ้าตู้controlถึงไหนถึงกัน

[Eak-tubeamp]

อย่างจารย์เอกมีเดาอีกหรือนี่ ถ้าเป็น V ที่จ่ายให้วงจร +Vcc = VRp+Vp+VRk =100(20k*5mA)+200+8=308v ใช่มั้ยครับ

[aphiphot]

หาV=Vplate+Vk=200+8=208V. Rk=8V/5mA=1.6k เดานะครับ

[Eak-tubeamp]

v ตรงไหนครับ v ในกรณีที่ แรงดันกริดเปลี่ยนแปลงหรือเปล่าครับ ส่วน Rk=-8/5mA=1.6k ครับ

[Karin Preeda]

คุณ jp74 วาดได้ถูกต้องแล้วครับ 

คราวนี้มาดูวงจรในรูปกัน

เราได้ RL เท่ากับ 20K แล้ว

จะคำนวนหา V และ Rk ยังไงดี? 

[Eak-tubeamp]

มีเพื่อนเรียนอีกคนแล้ว ผมมองรูปไม่ค่อยถนัดครับ เพราะออนไลน์ผ่านมือถือ มุมมองจึงถูกจำกัด 

[jp74]

ขอเรียนเป็นเพื่อนด้วยคนคับ

ลอง 20K คับ  ถูกป่าวไม่รู้ แต่ดูก็ไม่ค่อยดี

[Eak-tubeamp]

อยู่เรียนเป็นเพื่อนผมหน่อยป๋า คน เดียวมันยังงัยชอบกล

[Karin Preeda]

ถูกต้องแล้วครับ คราวนี้จะมีใครลาก loadline ให้ดูหน่อยไม๊ครับ?

เอาซัก 20K แต่จุด bias ที่เดิม 

[Eak-tubeamp]

ลากเส้นโหลดไลน์ใหม่ครับ(เดา)

[Karin Preeda]

เกือบถูกครับ ยังมีอีกวิธีนึงที่ทำคู่กันไปด้วย

อะไรเอ่ย 

[Eak-tubeamp]

คงต้องหาจุดไบแอสใหม่ ที่ -6v ดูดีกว่าครับ

[Karin Preeda]

ถูกต้องจ้า 

คราวนี้ทำยังไงให้การขยายมันเท่ากันทั้งสองด้านมากกว่านี้ครับ?

[Eak-tubeamp]

voltage ที่เพลตเปลี่ยนไป 14v (200v-214v) ครับ เกนประมาณ 7 เท่า (14v/2mA) ดูแล้วไม่ค่อยสมมาตรเท่าเพราะ ทางด้านบวก 10 เท่า แต่ทางด้านลบ 7 เท่า ใช้งานได้ไม่ดี ถูกหรือเปล่านะ

[Karin Preeda]

ต่อไปเป็นคำอธิบายว่าหลอดทำงานได้อย่างไร

จากจุด bias 200V, 5mA, grid -8V หมายความว่า เมื่อวัด voltage ระหว่าง plate และ cathode ของหลอดแล้ว จะได้ voltage เท่ากับ 200V

แล้วทำไมถึงบอกว่า grid เท่ากับ -8V ทั้งๆที่ในรูปเขียนไว้ 0V

ก็ต้องกลับมาที่คุณสมบัติของหลอดครับ การนำกระแสของหลอดนั้น เกิดขึ้นจากการควบคุมของ grid ซึ่ง grid จะผลัก electron กลับไป เนื่องจากมันมีประจุลบมากกว่าประจุบวก ซึ่งจากรูป grid เป็น 0V ในขณะที่ cathode มี 8V ดังนั้น เมื่อเทียบกันระหว่าง grid และ cathode แล้ว grid จะมีประจุลบมากกว่า

ถ้าพูดกันแบบคณิตศาสตรคือ แรงดันที่ grid จะต้องเทียบกับ cathode เสมอ

ดังนั้น ถ้า grid คือ 0V และ cathode คือ 8V หมายความ Vgrid เมื่อเทียบกับ cathode คือ 0V-8V = -8V

คราวนี้นึกถึงภาพ slow motion ของการทำงานของหลอด

คอยดูลูกศรสีม่วงไว้นะครับ

• เมื่อมี voltage เข้ามาทาง grid สมมติว่าเป็นสัญญาณเสียงครึ่งบวก มีค่า +2V
• หมายความว่า voltage ที่ grid เมื่อเทียบกับ cathode จะเท่ากับ 2V - 8V = -6V
• ซึ่งทำให้กระแสที่ไหลผ่าน R ที่เป็น load (ซึ่งมีค่าเท่ากับ loadline) เปลี่ยนไป ซึ่งมากขึ้น 2 mA หรือเท่ากับ 7mA ที่ grid เท่ากับ -6V
• voltage เท่ากับเท่าไหร่? ก็ต้องดูว่า ที่ grid เท่ากับ -6V และกระแสเป็น 5mA + 2mA เท่ากับเท่าไหร่ จากรูปคือ 180V
• และนั้นคือการขยายสํญญาณ เพราะมี voltage เข้ามาที่ grid 2V ทำให้ voltage ที่ plate เปลี่ยนไปถึง 20V (จากจุด bias เมื่อไม่มีสัญญาณเท่ากับ 200V แต่มี voltage เข้ามา กลับเหลือ 180V)
• เพราะฉนั้น gain คือ 20V/2V = 10

มีใครตอบได้บ้างไม๊ครับว่าถ้าสัญญาณด้านลบเข้ามา -2V voltage ที่ plate จะเปลี่ยนไปเท่าไหร่ และ gain คือเท่าไหร่?

[Karin Preeda]

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

[aphiphot]

ขอบคุณมากครับอาจารย์ผมติดตามตั้งแต่ในเวปเพื่อนบ้านเรา ดีใจจังที่อาจารย์มาเขียนบทความที่เป็นประโยชน์ที่นี่ครับ

[Karin Preeda]

เมื่อเข้าใจเรื่อง loadline แล้ว การนำหลอดมาใช้งาน และการคำนวน gain รวมของวงจร สามารถทำได้ 2 วิธี คือ

• ลาก loadline และวัดตรงๆจาก loadline
• คำนวนเอาจาก model ทางคณิตศาสตร

ซึ่งผลลัพธ์จะใกล้เคียงกัน เดี๋ยวค่อยๆแสดงให้ดูทีละแบบ ใครชอบแบบไหนก็ทดลองกันดูครับ

[Karin Preeda]

ทำไม loadline ถึงเอียงซ้าย ไม่เอียงขวา?

ลองดูเส้น loadline 20Kohm เส้นแรกนะครับ สมมติว่าเรา bias หลอดที่ 250V 40mA ถ้าใช้ RLoad 20Kohm หมายความว่ามี voltage ตกคร่อม R 20Kohm เท่ากับ

จากสูตร V = I x R
จะได้ V = 40mA x 20Kohm = 800V

เพราะฉนั้น Voltage ที่ตกคร่อม R บวกกับของหลอด ซึ่งก็คือ B+ เท่ากับ 800V + 250V = 1050V

คราว นี้ B+ ก็ยังเท่าเดิม คือ 1050V แต่กระแสที่ผ่านหลอดเปลี่ยนไป เนื่องจาก voltage ที่ grid เป็นบวกมากขึ้น ซึ่งทำให้กระแสมากขึ้น สมมติว่าเป็น 45mA แต่ B+ ยังเท่าเดิมจะได้ voltage ตกคร่อม R 20Kohm เท่ากับ 20Kohm x 45mA = 900V ซึ่งทำให้ voltage ตกคร่อมหลอดเหลือเท่ากับ 1050V - 900V = 150V

และ ถ้า grid เป็นลบมากขึ้นเป็น 35mA ทำให้มี voltage ตกคร่อม R 20Kohm เท่ากับ 20Kohm x 35mA เท่ากับ 700V และ voltage ที่หลอดเท่ากับ 1050V - 700 = 350V

คราวนี้ลองลากจุดสามจุดเข้าด้วยกัน จะเห็นว่าเส้น loadline จะเอียงขวาเสมอ

[Karin Preeda]

ต่อไปเป็นเรื่อง loadline ซึ่งสา่มารถอฺธิบายสั้นๆได้ว่า 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

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

[Karin Preeda]

สิ่งแรกที่ต้องเข้าใจคือความสัมพันธ์ของ plate curve กับ load line

แต่ ก่อนหน้านั้นลองดูรูปหลอดที่มี 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

[Karin Preeda]

เริ่มต้นจากหลักการทำงานของหลอด 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

คราว นี้ 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

[jp74]

ขออนุญาตแทรกคับ        

ดีใจมากคับ  ผมยังสงสัยหลายอย่างมากๆ

 เช่น การออกแบบ หลอดdrive กะ การออกแบบหลอด power เอามารวมกันอย่างไร

 ไม่จบกะที่เก่า  เดี๋ยวคอยอ่านคับ

มาขอเรียนใหม่ คราวนี้จะตั้งใจให้หนักคับ

ขอบคุณอาจารย์มากคับ 

[Karin Preeda]

ส่วนประกอบของ single gain triode มีดังรูปนี้ครับ

การออกแบบ ต้องการข้อมูลสองส่วนคือ

1.คุณสมบัติของหลอด เช่น อัตราขยาย, ความต้านทานภายในหลอด (internal plate resistance หรือ Rp), การทนกระแสและช่วงการทำงาน เป็นต้น
2.ความต้องการของผู้ออกแบบ ซึ่งหลักๆคือ อัตราขยายของวงจร, input impedance/output impedance

จากรูป สิ่งที่เราต้องการหาคือ RL, Rg, Rk, C ouput,  Ck และ อัตราขยายของวงจร

[Karin Preeda]

จากที่คุณลำน้ำได้คุยกับผมเรื่องการเขียนบทความพื้นฐานเกี่ยวกับหลอด ซึ่งผมได้เขียนลงไปบ้างแล้วใน web เพื่อนบ้าน แต่เนื่องจากบางท่านไม่ได้เป็นสมาชิกที่นั้น ผมเลยมีความคิดที่จะเรียบเรียงใหม่ให้เป็นหัวข้อที่มีความแตกต่างกัน แต่จริงๆแล้วเนื้อหาเหมือนกัน ซึ่งในหัวข้อนี้ จะเน้นการเอาไปใช้งานจริงโดยอาจจะข้ามรายละเอียดเรื่องเหตุผลว่าทำไมถึงทำแบบนี้ แต่จะเป็นลักษณะที่ว่า ถ้าจะออกแบบวงจรขยายที่ใช้หลอด จะทำอะไรบ้าง เป็นหัวข้อๆไป

ซึ่งในหัวข้อนี้ จะทำให้เสร็จภายในช่วงสงกรานต์นี้ครับ