LTSpice ja päätemuuntajan mallinnus

[teemumm]

Tuli tuossa rakennettua PP-EL84 -vahvari ja nyt alkoi kiinostaa miten tuon saisin LTSpiceen mallinnettua. ECC83:n ja EL84:n mallit jo sain LTSPiceen lisättyä, mutta mitenkähän nuo Twinlabin päätemuuntajat saisi mallinnettua? Netistä en löytänyt mitään esimerkkejä joissa olisi tuollaista ultralinear-kytkentää käytetty.

Muuntajat ovat vehkeessä jo juotettuna kiinni joten noiden mittaaminen ei onnistu. Jos nuo ottaisi irti, niin riittäisikö mallinnukseen se, että mittaisi kunkin muuntajan käämin induktanssin ja resistanssin erikseen ja sitten lisäisi LTSpiceen vastaavat induktanssit ja asettaisi niille keskinäisinduktanssin kertoimella 1?

[artosalo]

Tuo muuntaja näyttää olevan varustettu 50 % UL-väliulosotoilla. Ensiö siis muodostuu neljästä identtisestä käämistä.
Ensiön induktanssi pitäisi tietää, tai edes yhden neljänneksen, josta voi sitten laskea muut arvot. Samaten ensiön resistanssin voisit mitata..
Jos vielä saisit mitattua hajainduktanssin niin aina parempi.
Olisipa valmistaja ajatellut myös suunnittelijoita ja ilmoittanut nuo arvot.

Minkälainen induktanssimittari sinulla on ?

En ole mikään mestari työstämään LTspice muuntajamalleja, mutta jonkinlaisen mallin tekoon voisin kyetä.
Keskinäisinduktanssi ei tietysti ole ihan yhtä, vaan se on käsittääkseni sen verran yhtä pienempi kuin hajainduktanssi edellyttää. Sehän on iduktanssi joka on keskinäisinduktanssin “ulkopuolella”.
Eli olisiko se jotakin Lkesk = (Lpri – Lhaja)/Lpri ??

[teemumm]

Tällä hetkellä ainoa induktanssimittari on skooppi. 🙂

Tuossa muuntajan piirustuksessa on ensiöpuolen käämeille merkitty 0.75kohm ja toision 3ohm. Äkkiseltään tuosta laskisin, että muuntosuhde on 1:15,81. Koetin laittaa arvoiksi ensiöpuolelle 0.12H ja toisioon 0.5mH. Ainakin simuloinneissa pääsin juuri 10W:n tehoihin ennenkuin säröä alkoi ulostulossa näkymään 8ohmin kuormalla.

Onnistuisiko tuo mallinnus ihan niin, että jättäisi muuntajan toisiokäämit auki, ja mittaisi ensiöpuolen käämin induktanssin. Sitten laskisi sen perusteella tuolla edellä mainitulla muuntosuhteella vastaavan induktanssin toisiopuolelle? Samalla voisi mitata käämien resistanssit ja spice-kuvaan laittaa vastaavan resistanssin sarjaan induktanssi kanssa?

Ilmeisesti rautasydämen kyllästymistä ei tarvitse näissä putkihommissa miettiä kun koetetaan pysyä lineaarisella alueella?

Tuo muuntaja näyttää olevan varustettu 50 % UL-väliulosotoilla. Ensiö siis muodostuu neljästä identtisestä käämistä.
Ensiön induktanssi pitäisi tietää, tai edes yhden neljänneksen, josta voi sitten laskea muut arvot. Samaten ensiön resistanssin voisit mitata..
Jos vielä saisit mitattua hajainduktanssin niin aina parempi.
Olisipa valmistaja ajatellut myös suunnittelijoita ja ilmoittanut nuo arvot.

Minkälainen induktanssimittari sinulla on ?

[artosalo]

Valitettavasti pelkällä skoopilla ei pysty mittaamaan induktansseja.
Muuntajan impedanssimuuntosuhde on selkeästi kerrottu: 8k/8 ohmia (1000) tai 8k/2 ohmia (4000).
Näistä saa jännitemuuntosuhteen ottamalla impedanssisuhteesta neliöjuuren, eli ovat 31,6 tai 63,2.
Nämäkään eivät kerro mitään ensiön induktanssista, ainoastaan ensiön ja toision induktanssien suhteesta.

Jos tarvitset vain sellaista muuntajamallia, jolla voit simuloida tehoja ja säröjä vahvistimen taajuusalueen keskellä (1 kHz),
niin sellaisen voi “rakentaa” arvioimalla ensiön induktanssin kokemusperäisesti.

Tässä kuva, josta voit ottaa muuntajamallin tiedot. Laitoin malliin kaikki käämit erillisinä.
Ensiöinduktanssi on 20 H ja toision 20 mH sarjaankytkettynä. Mitään sarjaresistanssia en ole malliin sisällyttänyt.

[teemumm]

Kiitokset. Pitää jatkaa kokeiluja tuontapaisella.

Siis tietty skoopin lisäksi löytyy funktiogeneraattorit yms., mutta kieltämättä tuolla on hieman työlästä mitata noita induktansseja. Mikähän olisi hinta/laatusuhteeltaan hyvä LCR-mittari jos sellaisen hankkisi?

Valitettavasti pelkällä skoopilla ei pysty mittaamaan induktansseja.
Muuntajan impedanssimuuntosuhde on selkeästi kerrottu: 8k/8 ohmia (1000) tai 8k/2 ohmia (4000).
Näistä saa jännitemuuntosuhteen ottamalla impedanssisuhteesta neliöjuuren, eli ovat 31,6 tai 63,2.
Nämäkään eivät kerro mitään ensiön induktanssista, ainoastaan ensiön ja toision induktanssien suhteesta.

[artosalo]

Minäkin mittailen yli 2H  induktansseja, joita LCR-mittarini ei näytä, skoopin ja taajuusgeniksen avulla.
Rakentelen tunnetun kapasitanssin ja tutkittavan induktanssin avulla jonkinlaisen rinnakkais- tai sarjaresonanssipiirin ja etsin geniksellä resonanssitaajuuden. Tästä sitten voi helposti laskea induktanssin arvon.

En tunne kunnollista LCR-mittaria. Induktansseja pitäisi voida mitata 200 H asti ja konkkia alkaen 1p.
Tässä olisi omat vaatimukseni.

[teemumm]

Itse olen induktansseja mittaillut siten, että olen laittanut induktanssin kanssa sarjaan esim. 1k vastuksen. Sitten olen laittanut kanttiaaltoa piiriin ja mitannut skoopilla vastuksen yli olevan jännitteen. Sitten tuosta olen katsonut miten pitkä aika kuluu, että jännite nousee 63% loppuavosta, ja sitten laskenut kaavalla L=t*R.

Koetinpa vähän hahmotella proseduuria miten tuo muuntaja mittaamalla mallinnetaan LTSpiceen.

1. Kaikki käämit auki. Mitataan yhden ensiökäämin resistanssi R1 ja induktanssi L1.
2. Yksi toisiokäämi oikosuljetaan ja mitataan yhden ensiökäämin induktanssi Ls.
3. Lasketaan keskinäisinduktanssikerroin k = sqrt(1-Ls/L1)
4. Mitataan yhden toisiokäämin resistanssi R2.
5. Lasketaan toisiokäämin induktanssi L2 muuntosuhteesta. (pitäisiköhän muuntosuhdekin mitata, vai riittääkö valmistajan ilmoittama arvo?)
6. Spiceen laitetaan sitten ensiökäämeihin arvot L1 ja R1 ja toisiokäämeihin R2 ja L2 sekä kaikkien käämien välille kouplaus kertoimella k.

Menisiköhän jotenkin noin?

Yksi asia joka jäi mietityttämään, että voidaanko olettaa että kaikien käämien välillä on sama kerroin k, vai pitäisikö erikseen vielä määrittää kerroin ensiökäämien välille?

Minäkin mittailen yli 2H  induktansseja, joita LCR-mittarini ei näytä, skoopin ja taajuusgeniksen avulla.
Rakentelen tunnetun kapasitanssin ja tutkittavan induktanssin avulla jonkinlaisen rinnakkais- tai sarjaresonanssipiirin ja etsin geniksellä resonanssitaajuuden. Tästä sitten voi helposti laskea induktanssin arvon.

[artosalo]

Noin se kai menee. En ole hirveän syvällisesti perehtynyt tähän mallinnukseen.
Kun puhut “yhdestä ensiökäämistä”, niin tarkoitatko siis yhtä neljästä identtisestä ensiökäämistä ?

Odottelen mielenkiinnolla tuloksia.

[teemumm]

Koetinpa nyt tehdä noita mittauksia tuolle muuntajalle. Mitään tarkkoja näistä tullut.

Ensiön käämit. Ensin resistanssi, sitten induktanssi toisio auki, ja lopuksi induktanssi kun toision yksi käämi on oikosuljettu. Käämien pituuksissa on ilmeisesti eroja tuossa toroidissa vaikka induktanssit ovatkin suht samoja.

BK-BN 45,3ohm 2,24H 2,52mH
RD-YL 43,5ohm 2,24H 2,04mH
GR-GY 36,5ohm 2,24H 2,52mH
OR-WT 35,5ohm 2,32H 2,52mH

Resistanssit on mitattu Fluke 77:lla joten ne ovat melko tarkkoja. Induktanssit vain karkeita mittauksia, joten pyöristetään kaikille arvot 2,3H ja 2,4mH. Tästä voitaisiin laskea kertoimeksi k = 0,999652.

Mittaisin myös OR-WT:n kun ensiön BK-BN oli oikosuljettu, tulos oli 4,8mH, eli kerroin noiden välille olisi k = 0,998904

Toision käämien resistanssit olivat 0,08ohm (mitattu Fluke 1507:lla). Toision induktanssia ja hajainduktanssia en saanut oikein kunnolla mitattua.

Mittasin muuntosuhteen ensiön BK-BN:n ja toision BK-BN:n väliltä 100Hz:lla arvo oli 14,29. Tästä voisi sitten laskea toisiokäämeille 11,26mH:n arvon. Muuntajan spekseissä on tosin käämeille ilmoitettu 750/3ohm arvot, josta muuntosuhteeksi tulisi 15,81.

Menisiköhän kamalasti pieleen jos laittaisi kouplauksen kaikkien käämien väliin k = 0.9995? Varmaankin tuo ensiön ja toisien välinen kouplaus on tärkeämpi olla oikein kuin ensiökäämien välinen.

Olisi mielenkiintoista tietää millaisia k:n arvoja saisi mittaamalla pakkamallisesta päätemuuntajasta. Toroidissahan hajavuo on hyvin pieni, joten tuo kerroinkin on sitten lähellä ykköstä.

Noin se kai menee. En ole hirveän syvällisesti perehtynyt tähän mallinnukseen.
Kun puhut “yhdestä ensiökäämistä”, niin tarkoitatko siis yhtä neljästä identtisestä ensiökäämistä ?

Odottelen mielenkiinnolla tuloksia.

[teemumm]

Ajelin nyt tuolla muuntajamallilla simulointeja. THD:ksi sain 1W teholla 8ohm resistiiviseen kuormaan 1kHz:lla n. 0.087% ja 10W teholla 0.32%.

Putkimalleina käytin Norman Koren JJECC83S ja JJEL84 -malleja. Parametroin vielä LTSpiceä parametreilla .OPTIONS plotwinsize=0 ja OPTIONS numdgt=7. Maximun stepsize oli 1u.

Ajoin simulointeja n. 1sec ennenkuin THD laskettiin. Varmaankin transientit ovat poistuneet tuohon mennessä.

Olisiko tuollaiset THD-lukemat järkevän kuuloisia tuollaisen putkivahvarin simuloinnille?

[artosalo]

Mielestäni vain yhden ensiön induktanssin mittaaminen riittää, sillä valmistajahan on speksannut ne samaksi, eli kierrosmäärät ovat samoja. Resistanssien eron selittää se, että vaikka kierroksia on ensiöissä yhtä paljon, on niissä lankaa eri määrä, jos ensiö on alimmaisena tai ylimmäisenä kääminä. Hajainduktanssiarvokin vaikuttaa ihan järkevältä.

Toision induktanssin mittaaminen ei ole mielestäni tarpeen, koska muuntajan muuntosuhde on kerrottu, ja varsinkin, jos mittausmenetelmä ei ole ehdottoman luotettava. Eli kannattaa mennä lasketulla arvolla.
Toision hajainduktanssi lienee myös merkityksetön samoin kuin resistanssi.

[artosalo]

Ajoin simulointeja n. 1sec ennenkuin THD laskettiin. Varmaankin transientit ovat poistuneet tuohon mennessä….
Olisiko tuollaiset THD-lukemat järkevän kuuloisia tuollaisen putkivahvarin simuloinnille?

Sinähän voit lyhentää simulointiaikaa ja seurata missä vaiheessa tulokset alkavat muuttua.
Minä en ole käyttänyt yli 100 ms “viivettä”.

Särölukemat vaikuttavat aika normaaleilta. Kytkennässä on ilmeisesti mukana jonkin verran pitkää vastakytkentää ?

[teemumm]

Periaatteessahan tuo toisionkin hajainduktanssi tulee huomioitua tuossa kun ensiön induktanssi mitataan toisio oikosuljettuna. Tällöinhän virta kiertää toisiossa ja toision hajainduktanssikin näkyy mittaustuloksessa.

Jossain 200-300ms:n välillä tuo THD alkoi tasaantumaan tuohon arvoonsa. 200ms:ssä vielä lukema oli isompi mitä pidemmällä ajalla.

Tuossa on takaisinkytkentä vahvarin (toision) ulostulosta ECC83:lle. Ilman takaisinkytkentää vahvistus on n. 30 1kHz:ssa ja takaisinkytkennän beta on 0,0685. Piirustuksissa takaisinkytkennän arvoksi on ilmoitettu 6dB. Kytkimellä voi muuttaa takaisinkytkennän arvoon beta = 0,1282. Piirustuksissa tuo on merkitty 10dB:nä. Täytyy tunnustaa etten keksi miten nuo dB-lukemat saadaan laskettua tuosta avoimesta vahvistuksesta ja betasta.

[Sissi A3]

Betan ja vastakytkennän määrän desibeleinä sitoo pari kaavaa. Ensiksi vastakytketyn vahvistimen vahvistus Anfb on

Anfb = A0/(1+bA0),

jossa A0 on avoimen silmukan vahvistus ja b on beta (foorumi ei hyväksy kreikkalaisia aakkosia eikä alaviittoja) ja

nfb(db) = 20log10(A0/Anfb).

Tietysti nuo vahvistukset jälkimmäisessä kaavassa ovat toisinpäin, mutta näin laskenta sujuu mukavammin-

[Julkaisija]

Artikkelit