Member Login
 สมัครสมาชิกที่นี่
 เข้าระบบ:
ลืมรหัสผ่าน?
สถิติสมาชิก:
Total:16,649
Latest:moona 
Onlines:
บุคคลทั่วไป:51 

Category

แอมป์หลอด เบอร์ TUBE (12AX7) (High-mu triode)

All Articles >> Circuit Designed >> - แอมป์หลอด เบอร์ TUBE (12AX7) (High-mu triode)

Download บทความเรื่อง แอมป์หลอด เบอร์ TUBE (12AX7) (High-mu triode)

การออกแบบและทดสอบวงจรขยาย แอมป์ หลอด เบอร์ TUBE (12AX7) (High-mu triode)



ถ้าจะพูดถึงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบันนั้นมีการใช้งานอยู่หลายด้านมากๆ โดยส่วนใหญ่ก็มีการพัฒนาในรูปแบบของวงจรให้มีการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น หรือจะพัฒนาในลักษณะของวงจรให้มีวงจรที่เล็กลงหรือขนาดที่เล็กลงแต่ประสิทธิภาพการทำงานนั้นไม่ได้ลดน้อยตามไปด้วย หรือจะเป็นการพัฒนาทางด้านอุปกรณ์ที่นำมาใช้งานโดยผู้ออกแบบส่วนใหญ่อาจจะคิดนำเอาอุปกรณ์แบบต่างๆ มาทดลองเพื่อให้วงจรนั้นๆ ทำงานได้ดีมากขึ้น โดยในบทความนี้จะขอกล่าวถึงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้องกับเครื่องเสียงที่หลายๆ คนสนใจ แต่ถ้าพูดถึงเรื่องที่เกี่ยวกับเครื่องเสียงนั้นจะมีด้วยกันหลายส่วนมาก แต่โดยหัวใจหลักแล้วเครื่องเสียงที่ดีนั้นจะต้องให้สัญญาณเสียงที่ออกมาเหมือนกับเสียงเดิมทุกประการ(หรือต้นฉบับนั้นเอง) โดยจะต้องไม่มีการผิดเพี้ยนและไม่มีเสียงแทรงแซงใดๆ ทั้งสิ้น หรือถ้ามองทางด้านเสียงที่ถูกส่งมานั้นจะต้องมีเสียงที่ครอบคลุมทั้งเสียงทุ้มและเสียงแหลม (ก็คือครอบคลุมทุกความถี่ที่ใช้งานนั้นเอง) จากที่กล่าวมาข้างต้นนั้นถือเป็นสิ่งที่จะต้องคำนึงถึงทุกครั้งในการออกแบบวงจรว่าจะได้ผลตามที่ต้องการหรือไม่และที่สำคัญอีกอย่างก็คือการเลือกใช้อุปกรณ์เพื่อนำมาใช้ในวงจรที่ออกแบบว่ามีคุณภาพดีเพียงใด
โดยในบทความนี้จะขอกล่าวถึงการออกแบบและทดสอบวงจรขยายสัญญาณ (Amplifier) ที่ทำการสร้างจากอุปกรณ์ที่เรียกว่า “ Triode Vacuum Tube “ โดยมีการนำมาใช้งานกันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ซึ่งจะมีด้วยกันหลายเบอร์ที่ถูกนำมาใช้งานและหาซื้อได้ตามท้องตลาด เช่น เบอร์ 6DJ8, 6SN76TB, 300B, 12AX7 และเบอร์ 12AU7 เป็นต้น แต่ในที่นี้จะเลือกใช้เบอร์ 12AX7 ในการออกแบบ ทดสอบและนำมาสร้างเป็นโมเดลเพื่อใช้งาน…เรามาดูโครงสร้างของ Triode Vacuum Tube กันต่อนะครับ

โครงสร้างของหลอดเบอร์ 12AX7 และความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับหลอดเบอร์ 12AX7



รูปที่ 1 (ก) รูปสัญลักษณ์ของหลอด 12AX7
(ข) รูปหลอด 12AX7 ที่ใช้งานจริง

ตารางที่ 1 แสดงขาต่างๆของ Triode Vacuum Tube เบอร์ 12AX7

ตารางที่ 2 แสดง Specification and max ratings ของ Triode Vacuum Tube เบอร์ 12AX7


โดยโครงสร้างของ Triode Vacuum Tube เบอร์ 12AX7 ดังแสดงในรูปที่ 1 และจากข้อมูลจากตารางที่ 1 และ 2 สามารถที่จะนำมาสร้างโมเดลเพื่อใช้ในการออกแบบวงจรก่อนที่จะนำไปสร้างเป็นวงจรจริงหรือพัฒนาต่อไป แสดงดังรูปที่ 2


รูปที่ 2 โครงสร้างโมเดลและลักษณะของ Triode Vacuum Tube เบอร์ 12AX7 ที่นำมาใช้งาน

ถ้าผู้อ่านท่านใดสนใจที่จะสร้างโมเดลเองก็ได้นะครับ
โมเดลของ Triode Vacuum Tube เบอร์ 12AX7 คือ
.SUBCKT 12AX7-X 1 2 3 ; P G C; NEW MODEL
+ PARAMS: MU=100 EX=1.4 KG1=1060 KP=600 KVB=300 RGI=2000
+ CCG=2.3P CGP=2.4P CCP=.9P ; 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
C2 2 1 {CGP} ; GRID=PLATE
C3 1 3 {CCP} ; CATHODE-PLATE
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 12AX7 มาประยุกต์ใช้งานเป็นวงจรขยายนั้นทางผู้เขียนขอยกตัวอย่างการออกแบบวงจรที่ได้ทำการออกแบบไว้แล้ว ดังแสดงในรูปที่ 3 เพื่อที่จะนำมาทดสอบกับโมเดลที่ได้สร้างขึ้นมานี้ มาดูกันเลยครับว่าผลเป็นอย่างไร………

วงจรขยายขยายสัญญาณที่ออกแบบ
วงจรขยายสัญญาณที่ออกแบบมีลักษณะแสดงดังรูปที่ 3 โดยในที่นี้นั้นใช้ Triode Vacuum Tube เบอร์ 12AX7 มาสร้างเป็นวงจรขยายสัญญาณ


รูปที่ 3 วงจรขยายสัญญาณที่ใช้ Triode Vacuum Tube เบอร์ 12AX7

จากรูปวงจรดังแสดงในรูปที่ 3 นั้นจะเห็นว่าเป็นวงจรขยายสัญญาณที่ใช้งานกันโดยทั่วไป โดยในที่นี้จะกำหนดค่าของอุปกรณ์ต่างๆ ในการสร้างวงจรขยายนี้ที่ได้ออกแบบวงจรมาแล้ว โดยสามารถที่จะใช้ค่าต่างๆ ได้ดังต่อไปนี้
- ในส่วนค่าความต้านทานที่ใช้งาน

และ
- ในส่วนค่าตัวเก็บประจุที่ใช้งาน


และในส่วนของแหล่งจ่ายนั้นออกแบบให้ใช้แหล่งที่มีแรงดันเท่ากับ ครับ ซึ่งเมื่อต่อเข้ากับวงจรแล้วก็จะได้ค่าของแรงดันและกระแส ที่จุดต่างๆ ดังแสดงไว้ในรูปที่ 4 นั้นเองครับ โดยผลที่ได้ก็ตรงกับที่ได้ออกแบบทุกประการครับ


รูปที่ 4 ค่าของแรงดันและกระแส ที่จุดต่างๆ ของวงจรเมื่อจ่ายไฟให้กับวงจรขยายสัญญาณ

จากวงจรในรูปที่ 4 จะเป็นค่าของแรงดันและกระแส ที่จุดต่างๆ ของวงจรเมื่อจ่ายไฟให้กับวงจรขยายสัญญาณ ซึ่งผลที่ได้จากการวัดและทดสอบก็ตรงกับที่ได้ออกแบบทุกประการ
ผลการจำลองการทำงานวงจรขยายสัญญาณที่ใช้ Triode Vacuum Tube เบอร์ 12AX7 ก็ได้แสดงไว้ในรูปที่ 5 รูปที่ 6 และรูปที่ 7 ซึ่งก็คงจะทำให้หลายคนมีความเข้าใจในการทำงานของวงจรขึ้นบ้างนะครับ แต่ยังอาจจะมีข้อสงสัยอยู่บ้าง เพราะอุปกรณ์ที่ชื่อว่า Triode Vacuum Tube ยังไม่ได้มีการทำงานหยุดอยู่เพียงเท่านี้นะครับ ด้วยเหตุผลนี้ทางผู้เขียนก็จะขอกล่าวถึงต่อไปเลยนะครับ


รูปที่ 5 วงจรขยายสัญญาณที่ใช้ Triode Vacuum Tube เบอร์ 12AX7
ที่ใช้โปรแกรมจำลองการทำงาน โดยต่อ


รูปที่ 6 ผลการจำลองการทำงานแบบโดเมนทางเวลา

รูปที่ 7 ผลการจำลองการทำงานแบบโดเมนทางความถี่

จากผลการทดลองที่ได้ในรูปที่ 6 และรูปที่ 7 จะแสดงให้เห็นในรูปแบบของโดเมนทางเวลาและโดเมนทางความถี่ โดยผลการทำงานของวงจรที่ได้นั้นพบว่ามีอัตราขยายสัญญาณโดยสามารถคำนวณได้ดังนี้
………(1)

ดังนั้นค่าอัตราขยายสัญญาณในกรณีที่ จะมีค่าเท่ากับ



เห็นได้ว่าสัญญาณแรงดันไฟฟ้าได้ถูกขยายขึ้นแต่มีการกลับเฟสกันอยู่เท่ากับ ระหว่างสัญญาณทางด้านอินพุตและสัญญาณทางด้านเอาต์พุต ตามที่ได้จากการทดสอบวงจร แต่ถ้าเรามาดูสัญญาณในแบบโดเมนทางความถี่ เราจะพบว่าวงจรที่ได้ออกแบบมานั้นได้เกิดสัญญาณความที่เราไม่ต้องการเกิดขึ้น กล่าวคือ ในการทดสอบนั้นเราได้ป้อนสัญญาณความถี่เท่ากับ 1 KHz เข้าที่อินพุท แต่ผลสัญญาณที่ได้จากเอาท์พุทนั้นไม่ได้มีสัญญาณความถี่ที่ 1 KHz เพียงอย่างเดียว แต่มีความถี่ที่ไม่ต้องการเกิดขึ้นตามมาด้วย เช่น ความถี่ที่ 2KHz, 3KHz, 4KHz, 5KHz เป็นต้น แต่สิ่งที่เกิดขึ้นนั้นไม่ได้ส่งผลกับวงจรมากนักเนื่องมาจากความถี่พวกนี้มีค่าของแอมปลิจูดที่น้อยเมื่อเราเทียบกับแอมปลิจูดของความถี่ที่เราป้อนเข้าไปในการทดสอบวงจร สรุปก็คือว่า โมเดลที่เราใช้ในการออกแบบนั้นทำงานได้ดีครับ โดยสามารถที่จะนำไปประยุกต์ใช้ในวงจรอื่นๆ ได้ต่อไป
แต่ก็ยังไม่หยุดอยู่แค่นี้นะครับ ทีนี้ลองมาทดสอบผลการจำลองการทำงานวงจรขยายสัญญาณที่ใช้ Triode Vacuum Tube เบอร์ 12AX7 ที่เราทำการเปลี่ยนค่าโหลดกันดูบ้างนะครับ จากครั้งแรกเราใช้ค่า และเราจะเปลี่ยนมาใช้ มาดูกันเลยนะครับว่าจะเกิดอะไรขึ้น


รูปที่ 8 วงจรขยายสัญญาณที่ใช้ Triode Vacuum Tube เบอร์ 12AX7
ที่ใช้โปรแกรมในการจำลองการทำงาน โดยต่อ


รูปที่ 9 ผลการจำลองการทำงานแบบโดเมนทางเวลา


รูปที่ 10 ผลการจำลองการทำงานแบบโดเมนทางความถี่

จากผลการทดลองที่ได้ในรูปที่ 9 และรูปที่ 10 จะแสดงให้เห็นในรูปแบบของโดเมนทางเวลาและโดเมนทางความถี่ โดยผลการทำงานของวงจรที่ได้นั้นพบว่ามีอัตราขยายสัญญาณโดยสามารถคำนวณได้ดังนี้


และจะเห็นได้ว่าสัญญาณแรงดันไฟฟ้านั้นถูกขยายขึ้นมากกว่าเดิมแต่ก็มีการกลับเฟสกันอยู่เท่ากับ ระหว่างสัญญาณทางด้านอินพุตและสัญญาณทางด้านเอาต์พุต ตามที่ได้จากการทดสอบวงจร แต่ถ้าเรามาดูสัญญาณในแบบโดเมนทางความถี่ เราจะพบว่าวงจรที่ได้ออกแบบมานั้นได้เกิดสัญญาณความถี่ที่เราไม่ต้องการเกิดขึ้นน้อยกว่าเดิมถ้าเราเยบกับวงจรในกรณีที่ใช้ กล่าวคือ ในการทดสอบนั้นเราได้ป้อนสัญญาณความถี่เท่ากับ 1 KHz เข้าที่อินพุท แต่ผลสัญญาณที่ได้จากเอาท์พุทนั้นได้มีสัญญาณความถี่ที่ 1 KHz ที่เป็นความถี่หลักที่เราป้อนและมีความถี่ที่ไม่ต้องการเกิดขึ้นอีกหนึ่งความถี่คือ ความถี่ที่ 2KHz แต่ความถี่ที่เกิดขึ้นนั้นมีค่าของแอมปลิจูดที่น้อยเมื่อเราเทียบกับแอมปลิจูดของความถี่ที่เราป้อนเข้าไปในการทดสอบวงจร สรุปก็คือว่า โมเดลที่เราใช้ในการออกแบบนั้นทำงานได้ดีขึ้นเมื่อเราเลือกใช้ค่าของโหลด ที่เหมาะสมครับ
จากผลการทดลองที่ผ่านมาทั้งหมดนั้นจะเห็นได้ว่าวงจรขยายสัญญาณที่ใช้ Triode Vacuum Tube เบอร์ 12AX7 จากโมเดลที่สร้างขึ้นมานั้นสามารถทำงานได้ดีและให้ผลการทดลองออกมาตรงตามที่ผู้ออกแบบต้องการ โดยสามารถที่จะนำไปออกแบบวงจรต่างๆ ได้ต่อไป เป็นอย่างไรกันบ้างครับ พอจะรู้จักหลักการทำงานของ Triode Vacuum Tube เบอร์ 12AX7 และการออกแบบพร้องทั้งการทดสอบวงจรด้วยโปรแกรม PSpice เพื่อที่จะสามารถนำไปทดสอบวงจรที่ได้ออกแบบไว้ก่อนที่จะนำไปสร้างเป็นวงจรจริงในขั้นต่อไป…

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