MAP-last för rör

Elektronikrelaterade (på komponentnivå) frågor och funderingar.
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

MAP-last för rör

Inlägg av Spisblinkaren »

Hej!

Jag undrar vad som är optimal last för rör när det kommer till maximal utgångseffekt (MAP, Maximum Available Power).

Jag vet att det är RL=2rp, men jag kan inte bevisa det.

Det här är vad jag lyckats komma upp med (kopierat från min bok i Wikibooks, låt Umax vara lika med B+):

\(I(rp(0))=1/rp(0)\cdot U\)

\(I(R_L)=I_0-1/R_L\cdot U=B_+/R_L-1/R_L\cdot U=\frac{1}{R_L}(B_+-U)\)

sätter vi

\(I(rp(0))=I(R_L)\)

får vi

\(U_{min}=\frac{rp(0)}{R_L}(B_+-U_{min})\)

eller

\(U_{min}(1+\frac{rp(0)}{R_L})=\frac{rp(0)}{R_L}B_+\)

eller

\(U_{min}(\frac{R_L}{rp(0)}+1)=B_+\)

som ger

\(U_{min}=\frac{B_+}{\frac{R_L}{rp(0)}+1}\)

eller

\(U_{min}=B_+\frac{rp(0)}{R_L+rp(0)}\)

skillnaden är sen

\((B_+-U_{min})=\Delta U=B_+(1-\frac{rp(0)}{R_L+rp(0)})\)

som vi kan skriva om enligt

\(\Delta U=B_+\frac{R_L}{R_L+rp(0)}\)

strömmens maximum är

\(I_{max}=1/rp(0)\cdot U_{min}\)

som ger

\(I_{max}=\frac{B_+}{R_L+rp(0)}\)

Den normaliserade utgångseffekten blir då

\(P_{out}=R_L \cdot (\frac{1}{R_L+rp(0)})^2\)

och omskrivet

\(P_{out}=R_L(R_L+rp(0))^{-2}\)

sen kan vi sätta

\(\frac{dP_{out}}{dR_L}=(R_L+rp(0))^{-2}-2R_L(R_L+rp(0))^{-3}=0\)

eller

\(1-2R_L(R_L+rp(0))^{-1}=0\)

eller

\(1=\frac{2}{1+rp(0)/R_L}\)

Vilket kallas för impedansmatchning men är fel i det här läget :D

MVH/Roger
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Nerre
Inlägg: 27300
Blev medlem: 19 maj 2008, 07:51:04
Ort: Upplands väsby

Re: MAP-last för rör

Inlägg av Nerre »

Generellt får man väl högst verkningsgrad när lasten är lika stor som utgångsimpedansen?

Med ökat strömuttag ökar ju spänningsfallet. Det innebär att vartefter strömmen ökar så sjunker spänningen.

Enkla exempel.

10 V tomgångsspänning, 1 ohms utgångsimpedans.

Vid 0 A last har vi 10 V och 0 A, d.v.s. 0 W
Vid 1 A last har vi 9 V och 1 A, d.v.s. 9 W
Vid 2 A last har vi 8 V och 2 A, d.v.s. 16 W
Vid 3 A last har vi 7 V och 3 A, d.v.s. 21 W
Vid 4 A last har vi 6 V och 4 A, d.v.s. 24 W
Vid 5 A last har vi 5 V och 5 A, d.v.s. 25 W
Vid 6 A last har vi 4 V och 6 A, d.v.s. 24 W, nu börjar det sjunka igen.

5 A får vi med totalt 2 ohm på 10 V, d.v.s. om lasten är 1 ohm.

Fast rör har kanske en impedans som varierar med lasten?
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: MAP-last för rör

Inlägg av Spisblinkaren »

Hej Nerre!

Ditt exempel är klockrent allmänt sett, impedansmatchning ger högst uteffekt.

Impedansen hos rör varierar inte med lasten, så det kan vi räkna bort.

Men när det just gäller "MAP" som jag kallar det så handlar det om hur mycket effekt man kan kräma ur röret, om man säger (för låga anodspänningar blir det som du beräknat men där behöver man inte ta hänsyn till maximal anodförlust).

Detta är beroende på last (RL vs rp), anodspänningen och anodförlust på nåt klurigt sätt (jag hade en gång en stencil som beskrev detta mycket pedagogiskt men har förlorat den i samband med en flytt).

Alltså, det handlar här inte om ren impedansmatchning utan hänsyn måste tas till både anodförlust och den höga anodspänningen och när man man gör det så hamnar MAP på som mest vid RL=2rp, det vet jag från stencilen (och annat).

Frågan är hur man bevisar det?

MVH/Roger
PS
Anodförlust=Effektförlust
Nerre
Inlägg: 27300
Blev medlem: 19 maj 2008, 07:51:04
Ort: Upplands väsby

Re: MAP-last för rör

Inlägg av Nerre »

Ja, nu är jag med, det handlar alltså mer om "interna" förluster. Ungefär som om man på en transistor skulle har stora förluster på grund av basströmmen.

Jag är för dåligt insatt i hur rör fungerar för att kunna komma fram till nåt vettigt där. Finns det nån ekvivalent för rör som man kan kolla på?
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: MAP-last för rör

Inlägg av Spisblinkaren »

Din fråga och mitt svar gav mig en ide'.

Säg att ditt rör tål 500V (B+), 50W och 100mA (praktisk gränsström)

rp säger vi är på 1k och om vi då kör impedansmatchning så använder vi RL=1k också.

Umin blir då

\(U_{min}=B_+\frac{rp(0)}{R_L+rp(0)}\)

dvs B+/2 pga liksidig "triangel", dvs 250V

Nu har vi alltså 250V kvar att teoretiskt svinga signalen, sen blir

\(I_{max}=\frac{B_+}{rp+R_L}\)

dvs 500V/2k=250mA

Anodförlusten blir 500V*Imax/2=63W, dvs vi är redan över gränsen.

Man får alltså gå ner lite i spänning för att gå under 50W men när man gör det så har man inga problem med att köra RL=rp.

Å andra sidan, vilket är mest intressant här, så kan man öka RL något så att man kan köra på den höga spänningen men med lägre anodförlust ty lägre "Klass-A"-ström, det är här RL=2rp kommer in på nåt sätt.

Sättet det kommer in har egentligen med hur mycket sving man kan pressa ur röret spännings och strömmässigt och det känns logiskt att hög anodspänning och hög effektförlust ger största möjliga "triangel-yta" men vad som är optimalt i form av last, det kan jag tyvärr inte bevisa.

MVH/Roger
Senast redigerad av Spisblinkaren 9 juni 2016, 19:44:55, redigerad totalt 1 gång.
Nerre
Inlägg: 27300
Blev medlem: 19 maj 2008, 07:51:04
Ort: Upplands väsby

Re: MAP-last för rör

Inlägg av Nerre »

Ah, ok, om man kollar på bilden så är alltså den "yttre" triangeln det teoretiska (som man skulle få med ren impedansmatching och fullt sving), men på grund av rörets begränsningar måste man hålla sig inom den blåa triangeln?
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: MAP-last för rör

Inlägg av Spisblinkaren »

Njae, det finns inga begränsningar hos rör säger jag då med ett leende :)

Begränsningarna som finns är inte ett dugg märkvärdigare än hos transistorer, ingen skillnad mest bara bättre :D

En rolig SS-analogi till rör är emellertid JFET som kan biaseras på exakt samma sätt som rör.

Bara för att jag gillar att skriva, jag har faktiskt byggt en ren JFET-förstärkare (4W).

Nåväl till din kommentar, utgångseffekten hos Klass A definieras av den blå triangeln (oavsett rör eller transistor).

Den blå triangeln visar nämligen att du dels har ett peak-sving i ström (vertikalt) och ett peak-sving i spänning (horisontellt) som sedan multipliceras men att allt måste delas med två för sinus uteffekt, alltså triangelns area definierar uteffekten.

MVH/Roger
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: MAP-last för rör

Inlägg av Spisblinkaren »

Jag håller nu på att läsa en bok av Gunnar Markesjö (Elektronrörsförstärkare, 1962) där jag äntligen hittade hur man härleder den optimala lasten för rör och då speciellt trioder i Klass A.

Refererar till min bild:

Om vi tecknar
\(i(t)=i_a*sin(wt)\)
\(u(t)=u_a*sin(wt)\)

samt inser av bild att
\(i_a=I_a\)
\(u_a=U_a-2R_iI_a\)

så kan man teckna uteffekten som
\(P=u_a*i_a/2=U_aI_a/2-R_iI_a^2\)

vilket deriverat map Ia blir
\(\frac{dP}{dI_a}=U_a/2-2R_iI_a=0\)

med maxima för
\(I_a=\frac{U_a}{4R_i}\)


\(P_{max}=\frac{U_a^2}{8R_i}-\frac{U_a^2}{16R_i}=\frac{U_a^2}{16Ri}\)

Av bild inses sen att
\(U_a=2R_iI_a+R_aI_a=I_a(2R_i+R_a)=\frac{U_a}{4R_i}*(2R_i+R_a)\)

där Ua kan förkortas bort och vi får
\(1=1/2+\frac{R_a}{4R_i}\)

eller
\(2=1+\frac{R_a}{2R_i}\)

dvs
\(2R_i=R_a\)

VSV.

Äntligen var det bevisat att optimal last för trioder i Klass A är dubbla inre resistansen (förutsättningen är att det är spänningen och inte effektförlusten som härskar, för höga spänningar behöver nämligen Ra ökas).

Intressant är också att verkningsgraden i detta fallet är 25%, det är bara att jämföra

\(P_a=U_a*I_a=U_a^2/4R_i\)
med
\(P_{ut}=i_a*u_a/2=I_a*(U_a-2R_iI_a)/2=\frac{U_a}{4R_i}(U_a-2R_i\frac{U_a}{4R_i})/2\)
\(P_{ut}=\frac{U_a^2}{4R_i}(1-1/2)/2\)
varför
\(\frac{P_{ut}}{P_a}=1/4\)

VSV.

MVH/Roger
PS
Det går att lösa Ra=2Ri snabbare om man kikar i bild och inser att
\(u_a=U_a-2R_iI_a=U_a-R_aI_a\)
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Skriv svar