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初来乍到

只看楼主倒序阅读 0 发表于: 2006-07-11

— 本帖被 sanyue 从动手一族和玩家 show 移动到本区(2010-01-10) —

OTL管機 PART FOUR SPICE 3f5模擬分析

From Audio Wiki

6C33C-B Circlotron OTL---SPICE 3f5模擬分析

Stephen E. Sun

完成了紙上作業, 開始 prototype 之前, 先用 SPICE 3f5 來模擬一下各級的工作狀況.

從第一級 12AT7 差動輸入開始. 12AT7 的 SPICE 模型是由 Duncan's Amp 下載來的. SPICE 使用 SPICE 3f5 for Linux.

1. 12AT7 差動輸入級的結點.

2. 12AT7 差動輸入級的模擬.

PSpice 要錢買, 最近找到了 Windows 作業系統下執行的 WinSpice!

先來一小段 Spice 解說...

啥是 Spice? 大家學電路學的時候有沒有用 KVL, KCL 把電路寫成一堆方程式, 然後算的死去活來的經驗? Spice 就是幫你做這些事啦.

請大家看上圖: 結點 (1) 和結點 (2) 之間有個 1K 電阻是嗎? 翻譯成 Spice 的說法就是: RG1 1 2 1K 如果元件是 R 開頭, 代表電阻. R 後面的 G1 是這個電阻的名字. Spice 有個規定: 結點 0 表示接地點. 用這個辦法, 可以把上面這個電路轉成 Spice 檔. 因為 Spice 沒有內建真空管資料, 所以要透過 "子電路" 的方法定義. Spice 裡用 .SUBCKT 定義的子電路, 使用時要以 X 開始. 例如:

12AT7 的子電路定義是: .SUBCKT 12AT7 P G K

這行的意思是: 12AT7 是個子電路, 有三隻接腳: P G K. 所以上圖左側的 12AT7 翻譯成 Spice 的看法就是:

X1 3 2 4 12AT7

X1 是子電路 12AT7, P 接在結點 (3) 上, G 接在結點 (2) 上, K 接在 (4) 上.

請大家對照上圖和下面這個 SPice 檔試試看有沒有辦法看懂. 最好還是去:

http://www.ousetech.co.uk/winspice2/index.html

下載 WinSpice 自己把這個 Spice 檔跑一跑... 先用 Notepad 建個 xxx.CIR 檔然後把下面這幾行 Spice 程式放進去, 存檔. 從 WinSpice 裡, File->Open->xxx.CIR 後 WinSpice 自己會執行模擬. 不錯玩耶...

在網上可以去下載各式真空管的 Spice 子電路, 不過那些大部分是 PSpice 的型式, 用免費的 WinSpice 時要把拿到的 PSpice 轉成 Spice 3f5 的型式.

想自己建真空管模型的人請參考:

http://www.normankoren.com/Audio/

6C33C-B OTL INPUT STAGE

=========================================================
Circuit: 6C33C Circlotron OTL Input Stage
Date: 07-02-2004
Spice Ver: Spice 3f5 for Linux
Author: Stephen E. Sun
---------------------------------------------------------

differential amp input ==================================

VI1 1 0 ac 1 dc 0 sin(0 1 1K)

12AT7 differential amp ==================================

RG1 1 2 1K

RG2 8 10 1K

RP1 5 3 40K

RP2 5 6 40K

RK1 4 7 270

RK2 9 7 270

RTT 7 11 33.8K

RPP 3 6 100K

RI1 1 0 100K

RI2 10 0 100K

VCC 5 0 250

VEE 11 0 -250

X1 3 2 4 12AT7

X2 6 8 9 12AT7

12AT7 Model =============================================
Courtesy of Duncan's Amp
---------------------------------------------------------

.subckt 12AT7 P G K

BE1 2 0 v=(V(P)-V(K))+63.19*(V(G)-V(K))

R1 2 0 1K

BGp P K i=(6.717e-6*(abs(V(2))^1.5+(V(2)/abs(V(2)))*(abs(V(2)))^1.5)/2)

Cgk G K 2.2P

Cgp G P 1.5P

Cpk P K 0.5P

.ends 12AT7

DC operating point simulation ===========================

.op

Freq response, gain simulation ==========================

.ac dec 10 10 100K

.plot ac vdb(3)

response in time domain =================================

.tran 1u 4m 0 2u

.plot tran v(3) v(6)

.end

3. 直流工作點計算結果.

Circuit: 6C33C-B OTL INPUT STAGE

Date: Sat Jul 3 09:01:54 2004

Operating point information:

Node Voltage

V(2:2) 6.709544e+01

V(1:2) 6.709544e+01

V(11) -2.50000e+02

V(9) 5.490029e-01

V(7) -4.47730e-01

V(4) 5.490029e-01

V(6) 1.023359e+02

V(3) 1.023359e+02

V(5) 2.500000e+02

V(10) 0.000000e+00

V(8) 0.000000e+00

V(2) 0.000000e+00

V(1) 0.000000e+00

Source Current

VI1#branch 0.000000e+00

VCC#branch -7.38320e-03

VEE#branch 7.383203e-03

B:1:E1#branch -6.70954e-02

B:2:E1#branch -6.70954e-02

 Capacitor models (Fixed capacitor)
 model C

cj 0
  cjsw 0
  defw 1e-05
narrow 0

 Resistor models (Simple linear resistor)
 model R

   rsh 0
narrow 0
   tc1 0
   tc2 0
  defw 1e-05

 ASRC: Arbitrary Source 
 device   B:2:GpB:2:E1B:1:GpB:1:E1
 i 0   -0.0671 0   -0.0671
 v   102  67.1   102  67.1
  pos_node 713 612
  neg_node10 0 8 0

 Capacitor: Fixed capacitor
 device   C:2:pkC:2:gpC:2:gkC:1:pkC:1:gpC:1:gk
 model C C C C C C

capacitanc 5e-13 1.5e-12 2.2e-12 5e-13 1.5e-12 2.2e-12

 i   2.2e-12   2.2e-12   2.2e-12   2.2e-12   2.2e-12   2.2e-12
 p   2.2e-12   2.2e-12   2.2e-12   2.2e-12   2.2e-12   2.2e-12

 Resistor: Simple linear resistor
 deviceR:2:1 R:1:1   RI2   RI1   RPP   RTT
 model R R R R R R

resistance 1e+03 1e+03 1e+05 1e+05 1e+05 3.38e+04

 i0.06710.0671 0 0  2.84e-19   0.00738
 p   4.5   4.5 0 0  8.08e-33  1.84

 Resistor: Simple linear resistor
 device  RK2   RK1   RP2   RP1   RG2   RG1
 model R R R R R R

resistance 270 270 4e+04 4e+04 100 100

 i   0.00369   0.00369   0.00369   0.00369 0 0
 p   0.00368   0.00368 0.545 0.545 0 0

 Vsource: Independent voltage source
 device  VEE   VCC   VI1
dc  -250   250 0
 acmag 0 0 1
 i   0.00738  -0.00738 0
 p  1.85  1.85-0

CPU time since last call: 0.010 seconds.

Total CPU time: 0.010 seconds.

Current dynamic memory usage = 135168, Dynamic memory limit = -135880705.

V(3), V(6) 是差動放大的兩個輸出點. V(7) 是 Virtual Ground 的 DC 電位. V(4), V(9) 是兩管陰極的 DC 電位. 等到原型機做好實測時再向大家報告結果.

4. Frequence Response 的模擬.

(i) 12AT7 差動放大, RCA 單端驅動的情況:

(ii) 12AT7 差動放大, 平衡訊號驅動:

這個結果和手算的差距頗大, 因為在手算時沒有加上第二級的輸入電容. 如果假設 6H30Pi 的輸入電容 50 pf (包含 Miller 效應), 第一級輸出阻抗 35K, 沒有負回授, 高頻的 -3 dB 點大約是 90 KHz.

5. Time Domain Response 的模擬.

(i) 12AT7 差動放大, RCA 單端驅動的情況:

(ii) 12AT7 差動放大, 平衡訊號驅動:

6. TubeCAD 的模擬.

7. 完整驅動級 Spice 模擬的結果.

6H30P 的 Spice 模型從 http://digilander.libero.it/paeng/pae.htm 下載, 自己修改成:

6H30P Model =============================================
Courtesy of http://digilander.libero.it/paeng/pae.htm
---------------------------------------------------------
Modified by Stephen E. Sun
Note: The original 6H30P model includes grid current, and
will cause floating point exception! This model is provided
"as is", with no warranty of any kind, either expressed
or implied, about the suitability or fitness of this model
for any particular purpose. Use of this model shall be
entirely at the user's own risk.
---------------------------------------------------------

.SUBCKT 6H30P P G K

BE1 2 0 V=(V(P)-V(K))+12.55*(V(G)-V(K))

R1 2 0 1G

BGp P K I=(7.823E-3*(ABS(V(2))^1.5+(V(2)/ABS(V(2)))*(ABS(V(2))^1.5))/2)

Cgk G K 6.3P

Cgp G P 6.5P

Cpk P K 2.4P

.ENDS 6H30P

(i) 頻率響應與增益:

(ii) Time domain 響應:

8. 全機的 Spice 模擬結果.

這些結果是加上負回授, 沒有相位補償的模擬結果.

(i) 頻率響應與增益:

(ii) Time Domain 響應:

(iii) 10 KHz 方波:

(iv) 單端訊號驅動時的增益:

這些結果大家看看就好, 不要太認真. 等將來實驗時再來跟這些結果比對.

爱乐永恒

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