2008年8月27日 星期三

20吋唱臂

Aug. 28, 2008


我可能沒有把 示意圖 說明白,再補充一下(紅字部分):


 


 


設計目標及求證點:


1.單臂長20吋是否上限?
2.單點比多點支撐靈活?支撐點能夠靠近水平重心多少mm,還安定?
3.整體重量最底200公克?最高500公克?
4.支撐體跟配重材料的比重要高,重量才容易集中到支撐點,轉動才靈活。
5.材料的比重:黃金=19, 赤銅=9, 黃銅=8.5,採用赤銅?
6.針壓需要的減重法碼(騎碼)採用鋁質,比重低= 2.7, 可以增加調整的精度。
7.零件少、容易加工。


 


 


具體想法:


1.唱臂用Colin的 6mm碳纖維管(黑色),有效長度 20"=500 mm,重 7.5 公克。
2.支撐體連同配重是一體成型(黃色)。採用黃銅型棒,或圓或方或3角6角形。
3.支撐體上半部鑽孔通過6mm碳管,一側底部鑽 6 mm孔,供探針(深藍色)支撐。
3.唱頭(紅色)針壓的設定是採用鋁質騎式法碼,水平調整後,依照針壓,拿下來相當的騎碼 t(藍色)。


 


 


示意圖:


我可能沒有把 示意圖 說明白,再補充一下:


支撐體d跟配重x是一體的(黃色的部分),只是為方便計算才把它一分為二。


設計目的是要把黃色部分作<死的>fixed。


加上藍色部分的騎碼,先調到水平。然後按照需要的針壓,拿掉一片一片的騎碼,例如 1mm厚的鋁質相當0.175 公克。


 




 


 


通用公式:


公式(1):
加上騎碼,調到唱臂水平時,支撐點左右兩邊的力距(重量*距離)相等


g(b + c) + 0.5c*f = 0.85A*x( 0.5d + 0.5x) + 0.27B*y( 0.5d + x + 0.5y)
唱頭        唱臂        配重*厚度  (距離)          騎碼*厚度        (距離)


公式(2):
針壓為 p 時,要減掉騎碼 t


p(a + b + c)   =  0.27B*y( 0.5d + x + 0.5y)


公式(2)代入公式(1), 得到


0.85A*x( 0.5d + 0.5x)   -   0.5c*f   +  p(a + b + c)   -   g(b + c)  = 0    即是


公式(3)


0.425A*x*x  +  0.425A*d*x  -  0.5c*f  +  p(a + b + c)  -  g(b + c) = 0



 


 


解出 x 及 y: 


公式(3)是一元二次方程式,解出 x 後,代入公式(1),即可解出 y。


查  wikipedia 網站,一元二次方程式     a*x*x + b*x + c* = 0 的通解是:


x =  ( -b  +/-[ b*b - 4a*c] 開方 )/2a,      x 要取正值           



 


 



特例解出 x 及 y: 


以Colin唱臂黃銅支撐體圓形估計 35 mm 直徑,A= 9.6,  B = 8,
針壓最大 p= 3g,  唱頭連殼重 g= 10g, 500 mm 有效長碳臂重 f = 7.5g,
a= 10 mm, b= 20 mm, c= 500 mm, d= 20 mm,
代入公式(3),     0.425A*x*x  +  0.425A*d*x  -  0.5c*f  +  p(a + b + c)  -  g(b + c) = 0


4.08x*x  +  81.6x - 1875 + 1590 -  5200 = 0  即  4.08x*x + 81.6x - 5485 = 0
x= ( - 82 +/- [6658 + 8952]square-root )/8= ( -82 +/- 310 )/8= 228/8.16= 28 ,  取正值


x = 28 mm


x= 28,  代入公式(2),  p(a + b + c)   =  0.27B*y( 0.5d + x + 0.5y)
1.08y*y + 82y - 1590 = 0
y= (-82 +/-[6737 + 6869]sq-rt)/2=( - 82 + 117)/2=17.3


y = 17 mm


x=28, y=17, 代入公式(1), (2) 核算無誤。


支撐體總長= d + x  = 20 +28  = 48 mm,


重量= 0.85* 9.6*48= 390  公克




騎式法碼


總長 = y = 17 mm,

重量= 0.27*8*17 = 37  公克 


每1 mm 騎碼相當針壓= 0.175 公克


 


要是改用赤銅,比重9(原黃銅比重8.5), 再把支撐點向中心移動,由d=20 mm,加大為d=40 mm。


結果會是:x=21 mm (原28 mm), y=14 mm (原17 mm),黃色部分(d+x)=61 mm( 原48 mm),重量為525公克(原390公克)。




 

 


實作:



沒有材料,工廠不熟,老眼昏花,就是做好,我的器材也無法判定好壞。
還是<野人獻曝>, 給 Colin。
Colin上週寫了一篇<單支點側撐唱臂>說是給我 stein看的。
我這兩週作客他鄉,借用筆記電腦,第一次用小畫家,寫這篇也算是投桃報李吧?
 


 


 


 


2008年8月8日 星期五

三極功率管併聯






鋼琴有"四手聯彈",兩個人在一台鋼琴上演奏,還有兩人"雙鋼琴演奏", 拉車也有雙頭、多頭馬車,可是單端機很少看到有功率管併聯的。

是不合乎商業利益,經濟算盤?還是有甚麼缺點?
不妨就拿資料齊全的2A3直熱三極管檢視一下!
網路上容易找到TungSul公布的資料:

http://frank.pocnet.net/sheets/127/2/2A3.pdf






併聯雙屏,輸入電容加倍,高頻截止頻率減半、惡化。
按照TS公布上列數據精算如下:
Miller米樂電容=16.5(4.2+1)=85.8
input=7.5
佈線潛佈電容估計=10
合計單屏=100 uuf
假設驅動管輸出阻抗是4kR(例如417A管約1.7kR保守一點,加上一倍多, 算4kR),它看到電容100 uuf等同4k阻抗時的高頻F-HZ就是:
2*3.14*4000*100uuf 的倒數=400 KHZ
這是單屏時高頻截止頻率。


雙屏時減半為200 KHZ .
可以接受。







便於說明TS下面3張曲線圖,我把相當的數據畫在上面的單端線路圖Fig. 0





上面屏流Ib-屏壓Eb特性曲線是把 柵極偏壓Ec維持不變的情況之下,畫出一條一條Ib-Eb的變化特性曲線,從Ec=0開始到Ec=-120V,每隔10V畫一條。

沿著Ec線,Ib每變化1A產生多少屏壓Eb的變化值V,即定義為屏阻rp(plate resistance)。依上圖看來,rp大約是80V/100mA=80V/0.1A=800R。

在Ib維持不變的情況之下,Ec每變化1V產生多少屏壓Eb變化V即是 放大因素u(Amplification factor mu)。依上圖看, mu約40V-Eb/10V-Ec=4

而在Eb維持不變的情況之下,Ec每變化1V產生多少屏流Ib變化A即是互導gm(Mutual conductance or Transconductance)。
依上圖看, gm約50mA-Ib/10V-Ec=5 mA/V.

如圖上註記,先決條件是燈絲加熱電壓是Ef=2.5V。

圖上標示 - 43.5V,跟typical operation condition and characteristics"一般工作點跟特性"建議的-45V稍有偏異,每廠都是這樣畫,看起來有點曖昧不明,其實加上燈絲電壓2.5V的平均值就瞭解了。








上圖是1933年2A3始祖RCA公布的,畫出3極管特性。在各種不同的負偏壓Ec= ─30/40/50/60V之下,放大率mu、屏阻rp、互導gm三者跟屏電壓Eb的關係。

圖上頂部放大率落在4倍上下。偏壓低(屏流高)、屏壓高,有利於放大率。但是變化不大,在5%之內。

黃色線內阻像溜滑梯下來,到橘色線低部,是相當15W額定散熱=Ib*Eb,可以取得最低內阻的下限。200V屏壓最低內阻可以做到700R, 當時偏壓-30V, 電流15W/200V=75mA. 而當Eb=200V-Ec= -40V, rp=1200R. 也是偏壓Ec少 屏流高時、內阻低。

互導gm剛好相反,這才合乎mu=rp*gm的比例關係。










上圖是以 Eb=250v, Ec=-45V(以燈絲供應AC中心V為基準),負載RL=2500 特定的靜態工作點,給於音源訊號Esig,由最小4V-rms到最大38V-rms得到的功率輸出power output Po Watts值以及對應的屏流Ib-mA,2次、3次諧波2nd Harmonic, 3rd Harmonic, 失真度Distortion比分比%。
音量開大,Esig增大,1W以上到5.5W之間,大約跟Esig成正比。
靜態偏壓Ec= -45V工作時,Esig擺幅在45V+/-以內,是工作在class-A1(A代表屏流不能截止,1代表沒有柵極電流=Ec偏壓還是負值)。

我看到3rd Harm.在0.3-1.5W輸出時有一個凸峰1%,高過輸出2W時的平均值0.2%,猜想是背景雜音引起的。雜音3rd Harm為多,超過0.3W就有一定的量,過了1.5W之後就不成比例,蓋過去、%降低了。


 




Esig擺幅在45V+/- 等於45V除與1.41= 31.8V-RMS, 運作的情形示如下圖。
這時候負載決定性能,以虛線的負載RL=2500 最為適當optimum load:
輸出3.7W,Ib=68mA, 2nd Harmonic <5%, 3rd Hamonic已可忽視。








單端機如果是純粹交流、沒有直流成分,當負載RL=內阻rp最可以取得最大的輸出。
但是有直流成分時是當負載RL=兩倍內阻2*rp最可以取得最大的輸出, 而在RL= rp到4rp之間,輸出可以涵蓋最大輸出的88%。
這是博士Dr. Samuel Seely證明過的。也是我40年前自修過的。







下面Dr. 背書2A3最適當的負載是2500, 這大約是內阻的3倍。這是折衷輸出、失真度得到的結果。

























我手上這一對1600/0-4-8-16的OPT強調是單端併聯雙屏或3屏用的。







Fig.1是簡化的單端單屏紅色2A3一屏









下圖 Fig. 2併上藍色一屏。



相當每屏 RL=2*2500=5000。


也可以把Eb-Ib的曲線圖裡,Ib刻度加倍看待。

參考TS圖RL-Po曲線,@ RL=5000, P0=2.5W, 兩支2A3 應有2*2.5W=5W。
比單屏3.7W約1.35倍。
喇叭制動性damping factor好一倍。








下圖Fig. 3併上藍色一屏。但換改接為藍色2500/16或1250/8 新的OPT。
每支2A3負載還是維持RL=2500,輸出2倍。





 





下圖Fig.4 : 怕屏流加倍,OPT磁飽和的話,再拿一個OPT併聯,分開屏流。這相當於Fig. 2


輸出1.35倍,制動性好


 


 


 






Fig. 5同fig.4, 但次級串連。等同Fig.3 輸出加倍。







Colin's 5687可以這樣接法。




 





一台立體聲當單聲道,簡單可以在喇叭端子,改接成Fig. 4, Fig.5試聽。



blog上 "五球十燈機" 記錄了 5687多屏併聯的經驗。


2008年8月1日 星期五

直熱3極管燈絲加熱方式






 


真空管是母語英文的人發明的。直熱燈絲掛成M型,叫Filament。燈絲就是放射電子流的陰極。原本開發是以電池加熱,電流小,後來管子做大了,才有交流供電的2A3, 5Y3-GT等出現。


間接傍熱的加熱方式是表面塗抹容易放射電子流的陰極套筒cathode sleeve中心內部插入有絕緣的電熱線圈叫heater。照說也不能再叫做"燈絲"了。有些堅持要直流電加熱,避免哼聲,我看不出所以然。難道Cathode sleeve溫度會跟隨交流電作60HZ的變化嗎?間接傍熱管沒有必要再直流電加熱了吧?






一般直熱都是一個蘿蔔一個坑,一個供電源只管一個燈絲。間接傍熱就沒有人這樣做了。


典型的方式如下圖:


300B-PP既使共用一個陰極電阻RC,還是各有供電源,不分攤的。12AX7就送做堆了。




要是把1-1, 4-4連接起來應該也沒甚麼兩樣。只要有中心抽頭平衡或加上圖上的100R就可以。







為什麼直熱整流管5u4不用接中心抽頭或平衡100R?


可見不是因為加了100R平衡之後,壽命就長,而是因為哼聲的問題。









下圖右Fig. 2一腳4接地, 另一腳4會送上2.5VAC放大,是"哼聲製造機"。


左Fig. 1加了Ra-Rb平衡一下,兩腳1-4的交流電是反相(紫色對淺綠色)可以抵銷的。




 


 


有中心抽頭就方便了,不必再用Ra-Rb。







如果想要並上電容把60HZ漣波率除掉,如下圖,這是行不通的。因為濾波的同時也把加熱的電波濾掉了。







最理想的是整為直流。


依經驗,5V以上(71A-300B)非直流不可。
diode順向電壓約1.1-1.2V,兩個diode吃掉>2.2V。


我試過 2.5VAC整不出2.5VDC。


5VAC勉強整出5VDC (5VAC*1.4 - 2.2VDC)=4.8VDC。


下面71A的整流是過份了。據Colin告知:過一個電容就可以了。