Headroom y Análisis sistemico del amp

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Re: Headroom y Análisis sistemico del amp

Notapor Negrito » Sab Mar 17, 2012 2:56 pm

Supongo que el sitio que quizo poner Chopoloco es http://www.ampbooks.com/ SDi no saben este sitio es de Richard Kuehnel quien tiene editados varios libros de amp valvulares y es un colaborador asiduo en la IEEE. Una bestia del análisis de amplificadores valvulares y una excelente persona a la hora de compartir conocimientos que ha aportado mucho a los hobbistas del tema.

Por otro lado se considera que un oido joven y sano tiene un rango de audición que vá mas o menos de los 20Hz a los 20KHz como bien indica Juanro.
80Hz es perfectamente aidible para el humano y se detecta muy facilmente, prueben si tienen oportunidad de generar una onda pura sinusoidal de 80 Hz y me cuentan.
Ahora cuando consideramos la cuerda de E grave de la viola hay que tener en cuenta que si bien la fundamental está alrededor de los 80Hz, la señal está también cargada de diferentes sobretonos y armónicos que le dán el caracter (o timbre) al sonido y lo diferencian de una piano o de otro instrumento.

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Re: Headroom y Análisis sistemico del amp

Notapor Ericjake » Sab Mar 17, 2012 5:41 pm

Tema interesante y muy bien tratado Negrito, te felicito. No se si ya hay mucho para agregar, sólo que recuerdo a un personaje de la tele que se llamaba Max Headroom. Esa es la leyenda que se usa para indicar la altura máxima que tiene una puerta o puente. La traducción literal sería Espacio máximo para la cabeza. De ahí se la tomó para usarla como parámetro en los amplificadores.
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Re: Headroom y Análisis sistemico del amp

Notapor Negrito » Dom Mar 18, 2012 6:38 pm

Muchas gracias Eric por tus comentarios.

Despues de estar toda la semana afuera grabé nuevamente los videos de las dos primeras etapas de cada canal.

Entonces conecté un generador de funciones con una onda sinusoidal a la entrada del amp y medí con un osciloscopio de esta manera:
Medicinprimeraetapa.jpg


Canal Brillante:

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Canal Normal

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Ahora pasemos a la siguiente etapa.
Vamos a analizar la segunda etapa. Voy a tomar la segunda etapa junto con el seguidor catódico y el tonestack para el análisis(aunque este último no entró todavía).

Okubresegundaetapa.jpg


Veamos primero el primer triodo de V2. Es un triodo en configuración cátodo común con resistor de cátodo parcialmente bypaseado y dado que la placa está conectado a la grilla del seguidor, la carga es de 100K (recuerden que mientras no sature la grilla del seguidor no drenará corriente).
Hagamos la recta de carga entonces:
curvasegundaetapa.jpg


El punto de reposo del triodo es VCG=1,1V, VP=170V, y Ic=1,34mA

Si miramos la excursión posible para la señal de entrada vemos que tenemos 1,1V para saturación y mas o menos 2,4 para corte, o sea que el headroom de entrada está alrededor de 1,1 Vpp.

Ahora vamos a calcular la ganancia. Del gráfico calculamos rp, gm y u.

rp=(168V-150V)/(1,5-1,2)mA= 60KOHMS
gm=(1,55-0,76)mA/(1,5-1)V= 1,58mMHOS

Entonces el factor de amplificación u queda
u=gm*rp=94,8

Aquí tenemos nuevamente un capacitor de Bypass parcial de la resistencia de cátodo por lo que.

Ah=u*R10/(R10+rp) o sea 94,8*100K/(100K+60K)= 59,2 o 35,5DB.

La ganancia para bajas frecuencias Al (considerando inexistente el cap de bypass ) es:

Al=u*R10/(R10+rp+uR11) o sea 94,8*100K/(100K+60K+94,8*0,820) = 40 o 32DB

Fc=1/(2Pi*R3*C2) que dá aprox 285Hz

Entonces Para la tercer etapa tenemos

Headroom de entrada: 1,1V pico o 2,2Vpico-pico
Ganancia: Ah=59,2 y Al=40 Fc=285Hz
Máxima salida limpia: 2,2Vpp*49=108Vpp

En este punto podemos comparar esta etapa con las anteriores en términos de headroom.
Si esta etapa empieza a recortar señal de salida cuando en su entrada se aplica una señal de 2,2Vpp y las dos etapas anteriores (en paralelo) tienen capacidad de llegar a una señal de salida de 119Vpp y 147Vpp es obvio que esta etapa recortará antes que las etapas precedentes.

Veamos el Seguidor catódico ahora:

La recta de carga es
rectaseguidor.jpg


El punto de reposo del triodo está en VCG= 0,6 Ip= 1,7mA

Ahora vamos a calcular la ganancia. Del gráfico calculamos rp, gm y u.

rp=(141V-110V)/(2-1,4)mA= 52KOHMS
gm=(2,81-0,91)mA/1V= 1,9mMHOS

Entonces el factor de amplificación u queda
u=gm*rp=98,8

La ganancia entonces es:

A=u*R12/(rp+uR12) o sea 98,8*100K/(52K+98,8*100K) = 0,99

Lógico ya que es un seguidor catódico.

Ahora cuando vamos a analizar la máxima excursión de señal, vemos que este triodo tiene gran realimentación dada por la resistencia de cátodo alta (100K) con lo que en realidad el punto de Bias se mueve con la señal de entrada incrementando notablemente el headroom de entrada.
Si miramos la recta de carga vemos que el triodo satura cuando la tensión Catodo-Grilla sea 0,6V. Vemos que para el lado de corte hay espacio de sobra.
Entonces, la tensión de entrada al seguidor es Vi=Vgc+IpR12.

De nuestro modelo de alterna para el triodo sabemos que rp*ip+R12ip=uVgc o lo que es lo mismo ip=uVgc/(rp+R12).

Si Vcg= 0,6 entonces ip=98,8*0,6V/(52K+100K) = 0,39mA por lo que Vi=-0,6+39=38,4V

O sea que el headroom de entrada del seguidor es de 38,4 V pico. o 76,8Vpp
Si la comparamos con la máxima salida de la segunda etapa que es de 108Vpp vemos que el seguidor recorta un poco antes que la segunda etapa.

Entonces para el seguidor catódico tenemos:
Headroom de entrada: 76,8Vpp
A= 0,99
Maxima salida limpia: 76,8Vpp


Veamos entonces que vemos en el osciloscopio.
Los puntos medidos son los siguientes:
Medicin2daetapa.jpg


Segunda etapa

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Seguidor

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Re: Headroom y Análisis sistemico del amp

Notapor trapiche » Dom Mar 18, 2012 8:00 pm

a la pipeta! QUE BUEN TRABAJO!.....
saludos y Suerte!!!
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Re: Headroom y Análisis sistemico del amp

Notapor GV2Valve » Dom Mar 18, 2012 9:54 pm

Impecable!, por ahora voy entendiendo todo, los videos demuestran bien todos los fenómenos, al verlos me cierra más todo. Gracias!
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Re: Headroom y Análisis sistemico del amp

Notapor nacu62 » Mar Mar 27, 2012 3:01 pm

nada para acotar, muchisimo que leer...


excelente post
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Re: Headroom y Análisis sistemico del amp

Notapor Tato » Jue Mar 29, 2012 3:16 pm

:shock:
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Re: Headroom y Análisis sistemico del amp

Notapor Negrito » Mar Abr 03, 2012 9:08 am

Pasemos ahora al PI
PI.jpg


La recta de carga para el PI es la siguiente
CurvaPI.jpg


Para trazar la recta de carga consideré que R20 y el pote de presencia conformaban una fuente continua.

Entonces el punto de reposo es Ip=1,19mA Vgc=-1V.

Del gráfico calculamos rp, gm y u.

rp=(160V-140V)/(1,36-1,03)mA= 60,6KOHMS
gm=(2,11-0,48)mA/1V= 1,63mMHOS

Entonces el factor de amplificación u queda
u=gm*rp=98,7

Si las resistencias de carga fueran iguales y la resistencia de R20 considerada infinita podríamos calcular la ganancia como.
A=gm*rp*Rl/(2Rl+rp)= 28,4

Ahora si consideramos que las resistencias de carga de ambas ramas no son idénticas y que la resistencia R20 no es infinita, las ganancias de cada rama son levemente diferentes.

Las ecuaciones de ganancia de cada rama son realmente largas y complicadas y están afectadas por la posición del pote de presencia, por lo que no veo mucho sentido en ponerlas todas aquí.
Yo la calculé considerando el control de presencia en 0 y en 10 y saqué las siguientes ganancias: En la rama con carga de 82K A1=-25,2 y -27,6. y en la rama de 100K A2=28,5 y 31,5 por lo que tomando la ganancia de 28,4 con la formula general de arriba es una buena aproximación de la ganancia cuando no consideramos la carga de la etapa de potencia sobre el PI. Al conectar la etapa de potencia, la ganancia del PI baja aprox. un 15% a un 20%. O sea a unos 22,8

Veamos ahora cual es el headroom de entrada. Las ecuaciones a manejar aquí, otra vez, no son muy felices y son más bien largas.

Vi=Vg1-(Zp+Rc)*Vg2/Rc

Vg1=-Vg2*[(R1+Zp+Rc)*R2+(Zp+(u+1)*Rc))R1]/(u*R2*Rc)

Donde Vi: Tensión de alterna de entrada al PI; Vg1 Tensión de alterna aplicada al primer par, Vg2: Tensión de alterna aplicada al segundo par, Zp impedancia del circuito de realimentación; Rc Resistencia colgada de los cátodos del par, R1 es la resistencia real de carga que vé el modelo del primer Triodo (RL1+rp) y R2 la resistencia real de carga que vé el modelo del segundo triodo (RL2+rp).

Pero lo importante a considerar es que del par diferencial es el segundo triodo quien primero va a exceder su rango lineal, ya que normalmente es mayor la amplitud sobre el segundo triodo que en el primero (lo vemos con la segunda ecuación de arriba). Por lo tanto, si reemplazamos Vg1 en la primera ecuación con lo que tenemos en la segunda, y consideramos Vg2=-1V (tensión necesaria para que entre en saturación el segundo triodo) vamos a encontrar la Vi que produce la saturación del segundo triodo.

Fíjense que a medida que aumentamos la presencia (subimos el pote de presencia) el headroom se achica. Esto es lógico ya que al aumentar la presencia reducimos la realimentación negativa para las frecuencias altas haciendo que el conjunto aumente su ganancia para estas frecuencias.
Por consiguiente la situación de menor headroom para esta etapa se da con el pote de presencia al máximo. Resolviendo las ecuaciones de arriba me da aprox. 1,98V de tensión pico de entrada para el PI como headroom de entrada.

Entonces para el PI Tenemos:

Headroom de entrada: 1,98Vp
A prox 22,8
Maxima salida limpia aprox: 45Vp

Vamos a ver en la práctica si se cumple.

Estos son los puntos de medición:
MedicionPI.jpg



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En este punto y a efectos de analizar el headroom no tiene mucho sentido realizar una modelización de la parte de potencia del amp por dos razones.

Primero la modelización completa de la etapa de potencia no es simple ya que empezamos por tener que adaptar las curvas de transferencia para la tensión de pantalla que tiene nuestro circuito. Y por otro lado, ésto hay que corregirlo con el sag que tenga nuestra fuente, que en este caso encima es valvular.

Como esta es la última etapa, no es tan crítico, siempre a efectos de analizar el headroom, conocer su ganancia ya que será la última etapa que consideremos.
Por esto, nos basta con saber que el Headroom de entrada de la etapa de potencia es 29V, ya que es el valor ajustado del bias (en realidad este amp tiene bias independiente por válvula y uno está ajustado en 29V y el otro en 30,5V). Con una tensión alterna de grilla que supere ése valor haré que la válvula de potencia sature. El corte no es un límite en las válvulas de potencia debido a como funciona la topologia Push-pull.

Hasta ahora hemos calculado el hedroom de entrada y la ganancia de cada etapa considerando la situación ideal en la que la etapa en cuestión no se veía influenciada por el resto de las etapas del amp( o casi).

Para comprobarlo en el osciloscopio, seteamos todos los potes de ganancia intermedios en su máximo valor. Pero en el circuito real hay varios potes de ganancia y un tonestack que nos impactan fuertemente en el headroom del amp y en el orden en el que recorta cada etapa.
Veamos el siguiente esquema simplificado del amp.

Esquemaampli.jpg


Si setamos todos los potes al máximo y el tonestack en su posición intermedia, vemos lo siguiente:

Las dos primeras etapas en paralelo llegan a poner al menos 30Vp a la salida sin recortar (por lo menos para baja frecuencia). Como la segunda etapa recorta con 0,65V, ésta será el primer límite. Ahora la segunda etapa puede llegar a poner 26Vp a la salida antes de recortar (por lo menos para baja frecuencia). Si consideramos una caída de 10DB en el Tonestack (correspondiente a todos los controles al 50%) nos da una tensión de salida del TS de 3,2Vp, Lo que supera en un 50% el headroom de entrada del PI. Por lo que antes que la segunda etapa recorta el PI.

Ahora el PI es capaz de poner a la salida 44Vp antes de recortar, como la potencia recorta con 29Vp a la entrada llegamos a la conclusión que es la potencia la que recorta primero cuando todos los portes de ganancia están al máximo y cunado el tonestack se encuentra con todos los controles al 50%.

Ahora En realidad el tonestack, el master y el control de presencia tienen gran peso a la hora de definir quien recorta primero. No así las ganancias G1 y G2.

Veamos el efecto que tiene cada una.

G1 y G2: Primero hay que considerar que G1 y G2 tienen cierta interdependencia entre sí. Por ejemplo si se baja G2 a cero la ganancia del primer triodo del canal 1 cae en un 40% (lo mismo sucede a la inversa). Obviamente si tenemos la capacidad de poner una señal de entrada lo suficientemente grande (superando el volt en canal 1 o el volt y medio para canal 2) y regulamos G1 y G2 para dejar pasar la cantidad de señal que no hará recortar el resto del amp, conseguiremos que recorte la primera etapa antes que el resto del amplificador. Claro que esta no es una manera muy normal de uso.

ToneStack: El tonestack tiene gran impacto en el headroom. Dependiendo del seteo del tonestack podemos hacer que recorte la segunda etapa/seguidor antes que el PI o la potencia, y esto es, a la vez, dependiente de la frecuencia ya que la ganancia de la segunda etapa es diferente para altas frecuencias como para bajas. Por ejemplo si para las bajas frecuencias consigo con el TS una atenuación mayor a 25,9 DB haré saturar a la segunda etapa /seguidor antes que el PI/potencia. Lo mismo sucede con las frecuencias altas si consigo una atenuación mayor a 29,3DB con el TS.

Master Volumen: El caso del master e más simple de ver. Como solo deja pasar la cantidad de señal que se desea de la segunda etapa/seguidor al PI pudiendo cortar toda señal, es obvio que con algún seteo intermedio del master podré hacer que sature la segunda etapa antes que el PI/Potencia (o combinar una porción de cada uno). El tema de un master de este tipo es que como todo divisor resistivo puro no tiene una respuesta en frecuencia pareja. Tiene a atenuar las frecuencias altas en posiciones intermedias.

Control de presencia: Como mencionamos cuando estábamos analizando el PI. El control de presencia también tiene impacto en el recorte aunque ya se restringe al PI/Potencia. A medida que aumentamos la presencia incrementamos la ganancia del conjunto PI/Potencia para las frecuencias altas, haciendo que el conjunto recorte antes.

Veamos de probar en el osciloscopio como afectan estos controles.

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Re: Headroom y Análisis sistemico del amp

Notapor Chelko » Mié Abr 04, 2012 1:43 am

Que excelente aporte el tuyo Negrito! Me gustaría poder aportar algo, pero lamentablemente no puedo. Ahora, aprender, aprendo de lo lindo. Gracias
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Re: Headroom y Análisis sistemico del amp

Notapor iq01221 » Mié Abr 04, 2012 10:50 am

Excelente, negrito!!!
Ahora, una duda: estamos considerando tonestack y no baxandall (como los que se suelen ver en los clásicos de fender); que hay una diferencia, seguro: es mínima, moderada o crucial en el estudio del headroom?
paco escribiste:esto que vas a construir es un amplificador valvular, no un trasbordador espacial. nada es tan crucial como para que no sea reemplazado.

un diyer escribiste:...El culo se cura, pero de dónde saco germanios?
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Re: Headroom y Análisis sistemico del amp

Notapor Negrito » Mié Abr 04, 2012 11:31 am

Consideré un TS FMV porque es el que tiene el amp en cuestión.
El TS tiene gran relevancia en el headroom del amp. Tanto el FMV como el Baxandall son TSs pasivos que de por sí y con todos los controles al máximo, te atenúan la señal. Cuanto es ésta atenuación dependerá de los valores de los componentes que forman el TS, pero siempre van a hacer que la salida de la etapa presedente al TS se atenúa antes de alcanzar la etapa que sigue al TS. Si ésta atenuación es lo sufientemente grande puede hacer que el orden en el que recortan las etapas cambie.
Ésto sin considerar que al mover los controles del TS, la atenuación que produce sobre la señal cambia en amplitud y afecta diferente a diferentes frecuencias, pudiendo incluso cambiar el orden en que saturan las etapas posteriores y anteriores para diferentes ajustes de los controles del TS. (De manera similar a como lo haría un control de volumen Master o de ganacia).

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Re: Headroom y Análisis sistemico del amp

Notapor stratocasterceleste » Lun Abr 09, 2012 11:20 pm

Estoy sin auriculares y no puedo hacer bolonqui, quiero ver los videos a conciencia, seguramente alguna duda se me presente. Apenas puedo me pongo al día con esto, gracias por el gran trabajo.
Lo leí muy por arriba, con un ojo y en diagonal en el laburo, y desde ya lo que me llamó la atención es que no sabía que el seteo del tonestack fmv atrás de un seg. catódico incidiera tanto como para cambiar el orden en que 'saturan' las etapas.
Previa lectura y videos a fondo, batería de preguntas. :D
Saludos
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Re: Headroom y Análisis sistemico del amp

Notapor gulahendrix » Lun Abr 16, 2012 10:53 am

Excelente este post, no lo habia visto.
Mataria que se pongan post-it los educativos de este estilo, cuesta encontrarlos en el mar de consultas.

Ricardo, que usas de carga? El otro dia encontre tirada en mis basuras electronicas una resistencia de 150W 3ohms o algo asi, pero esta hecha hilacha.
Es recomendable usar al menos un componente que disipe el triple de potencia del amplificador, verdad?
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Re: Headroom y Análisis sistemico del amp

Notapor Negrito » Lun Abr 16, 2012 11:40 am

En realidad todos estos posts teóricos están listados y accesibles desde el -"Indice: Armado de Amplificadores"
Si los ponemos todos como post-it va a quedar medio fulero porque la primera página del tema queda con demasiados post fijos y solo pocos proyectos que son los que en realidad van teniendo movimiento.
En cuanto a la carga fantasma estás en lo cierto, necesita tener holgura para manejar la potencia de salida (y un buen disipador). Yo uso un atenuador Weber que puede atenuar completamente la señal de salida a parlante y funcionar como carga fantasma. He usado antes una carga hecha en casa de hasta el doble de capacidad del amp. pero calienta que dá miedo y siempre he tenido el cuidado de hacer los testeos de máxima potencia durante períodos relativamente cortos.

stratocasterceleste escribiste:Lo leí muy por arriba, con un ojo y en diagonal en el laburo, y desde ya lo que me llamó la atención es que no sabía que el seteo del tonestack fmv atrás de un seg. catódico incidiera tanto como para cambiar el orden en que 'saturan' las etapas.
Previa lectura y videos a fondo, batería de preguntas. :D
Saludos

Gracias Lea.Obviamente todo depende como esté seteado el seguidor, los valores del TS y como están ajustadas las etapas previas al seguidor.
Fijáte cuando pruebo el efecto del TS en la saturación que dependiendo de la posición de los controles del TS puedo hacer que el ampli sature o no. Obviamente esto también se vé afectado por el espectro de frecuencias que formen la señal a amplificar. Mi prueba se limitó a una señal de 1KHz sinó el análisis no tiene fin.
Taría bueno si se generan preguntas para ahondar un poco en el tema o desarrollar un poco el detalle.

Saludos :D
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Re: Headroom y Análisis sistemico del amp

Notapor gulahendrix » Lun Abr 16, 2012 12:13 pm

Yo en estos dias estoy experimentando con algo similar en un equipo con pre fender y potencia PP EL84, despues te tiro algunas preguntas que surjan.
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