Member Login
 สมัครสมาชิกที่นี่
 เข้าระบบ:
ลืมรหัสผ่าน?
สถิติสมาชิก:
Total:16,629
Latest:horizon46 
Onlines:
บุคคลทั่วไป:53 

Category

การออกแบบและทดสอบวงจรขยายแรงดัน โดยใช้หลอด เบอร์ TUBE (12AU7) ( Voltage Amplifier )

All Articles >> Circuit Designed >> - การออกแบบและทดสอบวงจรขยายแรงดัน โดยใช้หลอด เบอร์ TUBE (12AU7) ( Voltage Amplifier )

 Download file บทความ

 การออกแบบและ ทดสอบวงจรขยายแรงดัน โดยใช้หลอด เบอร์ TUBE (12AU7) ( Voltage Amplifier )



ถ้าจะพูดถึงวงจรขยายเสียงหรือที่ เราเรียกว่าวงจร เพาเวอร์แอมป์นั้น ในปัจจุบันมีวงจรอยู่มากมาย หลายแบบมากเลยครับ แต่ถ้าจะพูดถึงวงจรเพาเวอร์แอมป์ ที่ได้รับความนิยมจากอดีตจนถึงปัจจุบัน ก็คงจะหนีไม่พ้นวงจรเพาเวอร์แอมป์ที่ใช้หลอดอย่างแน่นอนใช่ไหมครับ เพราะด้วยคุณสมบัติการทำงานที่ให้เสียงตอบสนองที่นุ่มนวลและมีความชัดเจนเป็นอย่างมากเลยครับ ซึ่งที่กล่าวมานั้นก็ไม่ได้หมายความว่าวงจรเพาเวอร์แอมป์ที่สร้างจากหลอดนี้จะมีข้อเสียนะครับ ซึ่งข้อเสียที่เห็นได้ชัดก็คงจะเป็นค่าความต้านทานทางด้านเอาต์พุตที่มีค่าค้อนข้างสูงมากเลยครับ ด้วยเหตุนี้เราจึงไม่สามารถที่จะนำวงจรขยายเสียงที่สร้างจากหลอดไปขับออกลำโพงที่มีค่าความต้านทานต่ำๆ ได้ครับ ซึ่งด้วยข้อเสียนี้เราจึงจำเป็นที่จะต้องมาทำการศึกษาวงจรขยายแรงดันที่ทำจากหลอดกันดูนะครับว่าจะมีวิธีการออกแบบอย่างไร ก่อนที่จะนำวงจรขยายแรงดันนี้ไปใช้งานร่วมกับวงจรอื่นๆ ต่อไป เพื่อที่จะทำให้วงจรเพาเวอร์แอมป์ที่สร้างจากหลอดนี้ ให้ผลตอบสนองออกมาอย่างที่เราต้องการนั้นเองครับ
โดยในบทความนี้จะขอกล่าวถึงการออกแบบวงจรขยายแรงดัน (Voltage Amplifier) ที่ทำการสร้างจากอุปกรณ์ที่เรียกว่า “ Triode Vacuum Tube “ โดยมีการนำมาใช้งานกันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ซึ่งจะมีด้วยกันหลายเบอร์ที่ถูกนำมาใช้งานและหาซื้อได้ตามท้องตลาด เช่น เบอร์ 6DJ8, 6SN76TB, 300B, 12AX7 และเบอร์ 12AU7 เป็นต้น โดยในที่นี้จะเลือกใช้เบอร์ 12AU7 ในการออกแบบและนำมาสร้างเป็นโมเดลเพื่อใช้งาน…เรามาดูโครงสร้างของ Triode Vacuum Tube กันต่อนะครับ


โครงสร้างของหลอดเบอร์ 12AU7 และความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับหลอดเบอร์ 12AU7


(ก) (ข)
รูปที่ 1 (ก) รูปสัญลักษณ์ของหลอด 12AU7
(ข) รูปหลอด 12AU7 ที่ใช้งานจริง

ตารางที่ 1 แสดงขาต่างๆของ Triode Vacuum Tube เบอร์ 12AU7


ตารางที่ 2 แสดง Specification and max ratings ของ Triode Vacuum Tube เบอร์ 12AU7


โดยโครงสร้างของ Triode Vacuum Tube เบอร์ 12AU7 ดังแสดงในรูปที่ 1 และจากข้อมูลจากตารางที่ 1 และ 2 สามารถที่จะนำมาสร้างโมเดลเพื่อใช้ในการออกแบบวงจรก่อนที่จะนำไปสร้างเป็นวงจรจริงหรือพัฒนาต่อไป แสดงดังรูปที่ 2


รูปที่ 2 โครงสร้างโมเดลและลักษณะของ Triode Vacuum Tube เบอร์ 12AU7 ที่นำมาใช้งาน

ถ้าผู้อ่านท่านใดสนใจที่จะสร้างโมเดลเองก็ได้นะครับ
โมเดลของ Triode Vacuum Tube เบอร์ 12AU7 คือ
.SUBCKT 12AU7-X 1 2 3 ; P G C; NEW MODEL
+ PARAMS: MU=21.5 EX=1.3 KG1=1180 KP=84 KVB=300 RGI=2000
+ CCG=2.3P CGP=2.2P CCP=1.0P ; ADD .7PF TO ADJACENT PINS; .5 TO
OTHERS.
E1 7 0 VALUE=
+{V(1,3)/KP*LOG(1+EXP(KP*(1/MU+V(2,3)/SQRT(KVB+V(1,3)*V(1,3)))))}
RE1 7 0 1G
G1 1 3 VALUE={(PWR(V(7),EX)+PWRS(V(7),EX))/KG1}
RCP 1 3 1G ; TO AVOID FLOATING NODES IN MU-FOLLOWER
C1 2 3 {CCG} ; CATHODE-GRID; WAS 1.6P
C2 2 1 {CGP} ; GRID-PLATE; WAS 1.5P
C3 1 3 {CCP} ; CATHODE-PLATE; WAS 0.5P
D3 5 3 DX ; FOR GRID CURRENT
R1 2 5 {RGI} ; FOR GRID CURRENT
.MODEL DX D(IS=1N RS=1 CJO=10PF TT=1N)
.ENDS
*$

แต่สำหรับการนำ Triode Vacuum Tube เบอร์ 12AU7 มาประยุกต์ใช้งานเป็นวงจรขยายแรงดันนั้นทางผู้เขียนขอยกตัวอย่างการออกแบบวงจรที่ได้ทำการออกแบบไว้แล้ว ดังแสดงในรูปที่ 3 เพื่อที่จะนำมาทดสอบกับโมเดลที่ได้สร้างขึ้นมานี้ มาดูกันเลยครับว่าผลเป็นอย่างไร………

วงจรขยายแรงดันที่ออกแบบ
วงจรขยายแรงดันที่ออกแบบมีลักษณะแสดงดังรูปที่ 3 โดยในที่นี้นั้นใช้ Triode Vacuum Tube เบอร์ 12AU7 มาสร้างเป็นวงจรขยายแรงดัน


รูปที่ 3 วงจรขยายแรงดันที่ใช้ Triode Vacuum Tube เบอร์ 12AU7
จากรูปวงจรดังแสดงในรูปที่ 3 นั้นจะเห็นว่าเป็นวงจรขยายแรงดันที่ได้ออกแบบซึ่งจากการวิเคราะห์ข้อมูลจะสามารถกำหนดจุดของแรงดันที่ต้องการได้ดังนี้
1.) ค่าของแรงดันที่ป้อนให้กับวงจรขยายแรงดันมีค่าเท่ากับ
2.) ค่าของกระแส ที่ไหลมีค่าเท่ากับ
3.) ค่าของแรงดันที่จุด มีค่าเท่ากับ
4.) ค่าของแรงดันที่จุด มีค่าเท่ากับ
5.) ค่าของแรงดันที่จุด มีค่าเท่ากับ
ดังนั้นจากข้อมูลที่กำหนดในตอนต้น เราจะสามารถทำการคำนวณหาค่าอุปกรณ์ต่างๆ ในการสร้างวงจรขยายแรงดันที่ได้ออกแบบวงจรได้ดังนี้
- ในส่วนค่าความต้านทานที่ใช้งาน


และในส่วนของตัวต้านทาน จะกำหนดให้ใช้ค่าดังนี้

- ในส่วนค่าตัวเก็บประจุที่ใช้งานนั้นเป็นค่ามาตรฐานที่ใช้งานกันส่วนใหญ่ครับ และที่สำคัญสามารถหาซื้อได้ไม่ยากครับตามท้องตลาด ดังนั้นจึงกำหนดให้ใช้ค่าต่างๆ ดังนี้ครับ



รูปที่ 4 วงจรขยายแรงดันที่ใช้ Triode Vacuum Tube เบอร์ 12AU7
เมื่อได้แทนค่าตัวอุปกรณ์ต่างๆ ลงไปและทำการทดสอบเพื่อดูค่าแรงดันและค่ากระแส

จากรูปที่ 4 จะเป็นการทดสอบวงจรเพื่อดูในส่วนของแรงดันและกระแส เมื่อเราทำการแทนค่าตัวอุปกรณ์ต่างๆ ลงไปแล้ววงจรขยายแรงดันนี้ทำงานตรงตามที่ได้ออกแบบไว้หรือไม่ ซึ่งจะเห็นว่าวงจรขยายแรงดันที่ออกแบบนี้ทำงานได้ตรงตามที่ต้องการครับ คือ เมื่อเราป้อนค่าของแรงดันให้กับวงจรขยายแรงดันมีค่าเท่ากับ แล้วเราจะได้ ค่าของกระแส ที่ไหลมีค่าเท่ากับ , ค่าของแรงดันที่จุด มีค่าเท่ากับ , ค่าของแรงดันที่จุด มีค่าเท่ากับ และค่าของแรงดันที่จุด มีค่าเท่ากับ ซึ่งตรงตามที่ต้องการครับ
ทีนี้เราจะมาทำการทดสอบการทำงานในลักษณะการป้อนสัญญาณความถี่กันบ้างนะครับว่าวงจรจะทำงานเป็นอย่างไรกันบ้าง ซึ่งวงจรได้แสดงไว้ในรูปที่ 5 นะครับ โดยจะเห็นว่าทางด้านอินพุตนั้นเราได้ป้อนความถี่เท่ากับ 1KHz มีค่าแรงดันเท่ากับ 1V ครับ

รูปที่ 5 วงจรขยายแรงดันที่ใช้ Triode Vacuum Tube เบอร์ 12AU7
ที่จะทำการทดสอบการทำงาน


รูปที่ 6 ผลการจำลองการทำงานแบบโดเมนทางเวลา (Time Domain)


รูปที่ 7 ผลการจำลองการทำงานแบบโดเมนทางความถี่ (Frequency Domain)

จากผลการทดสอบวงจรขยายแรงดันที่ได้ออกแบบนี้ ได้แสดงไว้ในรูปที่ 6 และรูปที่ 7 ซึ่งแสดงให้เห็นในรูปแบบของโดเมนทางเวลา (Time Domain) และโดเมนทางความถี่ (Frequency Domain) โดยในการทดสอบการทำงานของวงจรนั้นได้ทำการป้อนแรงดันเท่ากับ 1 โวลท์ ด้วยใช้ความถี่เท่ากับ 1 KHz ในการทดสอบวงจรขยายแรงดันนี้นะครับ ซึ่งจากการทดสอบผลการทำงานของวงจรขยายแรงดันได้แสดงไว้ในรูปที่ 6 นะครับ โดยถ้าดูจากรูปจะเห็นว่าแรงดันอ้างอิงจะมีค่าเท่ากับ , แรงดันสูงสุดมีค่าเท่ากับ , แรงดันต่ำสุดมีค่าเท่ากับ ซึ่งจากข้อมูลแรงดันที่ได้นั้นถ้าเรานำมาพิจารณาเพื่อหาค่าแรงดัน จะมีค่าเท่ากับ หรือถ้านำมาพิจารณาเพื่อหาค่าแรงดัน จะมีค่าเท่ากับ นั้นเองครับ
ส่วนในรูปที่ 7 นั้นจะเป็นการแสดงในรูปแบบโดเมนทางความถี่นะครับ เพื่อจะเป็นการตรวจสอบดูว่าวงจรที่เราได้ออกแบบนั้นมีผลตอบสนองทางความถี่เป็นอย่างไรนั้นเองครับ ซึ่งในการทดสอบนี้ได้ทำการป้อนแรงดันเท่ากับ 1 โวลท์ ด้วยใช้ความถี่เท่ากับ 1 KHz ในการทดสอบวงจรขยายแรงดันนี้นะครับ ซึ่งผลการทดสอบจะเห็นได้ว่าสัญญาณที่ป้อนทางอินพุทนั้นเมื่อตรวจเช็คดูแล้วจะมีค่าเท่ากับ ที่ความถี่ 1 KHz ครับ ส่วนทางเอาต์พุทนั้นเมื่อเราตรวจเช็คดูแล้วจะมีค่าเท่ากับ ที่ความถี่ 1 KHz นั้นเองครับ
จากผลการทดลองที่ผ่านมาทั้งหมดนั้นจะเห็นได้ว่าวงจรขยายแรงดันที่ได้ออกแบบ ที่ใช้ Triode Vacuum Tube เบอร์ 12AU7 นั้นสามารถทำงานได้เป็นอย่างดีและให้ผลการทดสอบออกมาตรงตามที่ผู้ออกแบบต้องการมากเลยครับ แต่เพียงแค่เราออกแบบวงจรขยายแรงดันอย่างเดียวนั้น ก็ยังคงไม่สามารถนำไปใช้งานได้อย่างสมบูรณ์นะครับ ดังนั้นในฉบับหน้าก็จะขอกล่าวถึงการออกแบบวงจรอีกวงจรหนึ่งนะครับนั้นก็คือวงจรขยายกระแส (Current Amplifier) นะครับ เพื่อที่จะทำให้เราสามารถที่จะออกแบบและสร้างวงจรเพาเวอร์แอมป์ที่ดีไว้ใช้งานเองได้หรือใช้เป็นแนวทางในการออกแบบวงจรที่มีความซับซ้อนมากยิ่งขึ้นต่อไปครับ

*****************************