Однотактный усилитель на триоде (300B?)

[poty]

Нужно для начала определиться со схемой.
С учётом предполагаемой амплитуды раскачки 300В в 75В анодное напряжение в 150В мне кажется заниженным вольт на 100-200.

[Tos]

Давайте посчитаем, помогайте.
Если нам нужно на раскачку 75В, а межкаскадный трансформатор 1:1, значит раскрытие на аноде драйвера тоже должно быть 75В, правильно? При коэффициенте усиления 43, получаем входное напряжение 1,7В. С таким смещением и усилением 43, анодное для we417 получается примерно 165-170.
Что я не учёл?

Схему строим примерно такую, но с учётом моих ламп.

Даташит на we417 https://www.westernelectric.com/static/ ... s/417A.pdf

[poty]

Вот поэтому я и требовал схему. Трансформаторный выход полностью исключает второй вариант.
Теперь по поводу расчётов. Я вижу здесь несколько проблем:
1. Коэффициент усиления = 43 недостижим, в datasheet "Amplification Factor" - это не усиление каскада, а μ. Для приближения к этому значению анодная нагрузка должна быть на 1-2 порядка больше анодного сопротивления лампы (примерно 1700Ом по datasheet). Т.е., реально получить усиление примерно 38 для нагрузки 17кОм. Так как мы применяем ненагруженный трансформатор, единственным способом получить такую нагрузку является индуктивность первичной обмотки. Для частоты 20Гц это соответствует 135Гн. Я не говорю, что это - недостижимая цифра, но активная составляющая сопротивления первичной обмотки "съест" ещё 10-15В анодного напряжения.

Отправлено спустя 26 минут 43 секунды:
2. По факту оказалось, что при высоком усилении лампа драйвера имеет достаточно маленькое внутреннее сопротивление (1700Ом), что снимает вторую мою обеспокоенность (работу каскада на входную ёмкость около 70пФ). Так что это "возражение" снимается.

[Tos]

Вот поэтому я и требовал схему. Трансформаторный выход полностью исключает второй вариант.

ага, вот спасибо! Т.е. я просто сделаю еще пару стабилизаторов анодного напряжения для драйверов.
Таким образом, как я понимаю, задача сводится к тому что на конкретном межкаскаднике ориентируясь на ток покоя и напряжение смещения подбираем анодное напряжение чтобы получить баланс усиления/искажений.
У меня нет задачи выжать максимум усиления из аппарата, для прослушивания достаточно 3-4 Вт мощности, акустика у меня достаточно чувствительная.

[poty]

для прослушивания достаточно 3-4 Вт мощности

Всё зависит от того, какую именно мощность Вы имеете в виду. Чувствительность акустики показывает эффективность преобразования подводимой мощности в уровень звукового давления. И при, допустим, 90дБ/Вт*м кажется, что при подведении 1Вт мы получим достаточно звукового давления, чтобы удовлетворить наши нужды. К несчастью, музыкальный сигнал больше похож на импульсный, со "скважностью" (чаще называют пик-фактором) 5-10. Это означает, что измеренная мощность, допустим, в 1Вт допускает наличие всплесков (и это - не единичные всплески, а достаточно часто повторяющиеся комбинации) в 5-10 раз больше. Если усилитель не будет на это рассчитан, то получим смазанную звуковую картину из-за значительных искажений.
Современные акустические системы имеют достаточно широкую "диаграмму направленности", достигающую 60 градусов. Это означает, что мощность падает практически пропорционально расстоянию. Типичное расстояние прослушивания - 2-2,5м, т.о., "чувствительность" на этом расстоянии будет уже на 3,5-4,5дБ ниже.
Я к тому, что не все рассуждения в Интернете стоит брать на веру.

[Tos]

Всё зависит от того, какую именно мощность Вы имеете в виду.

скорее долговременную электрическую на синусе, которую может выдавать выходной каскад через трансформатор.
Это уже не первый собираемый усилитель, я по транзисторной привычке сначала погнался за мощностью и первым опытом был pushpul на EL34, который успешно выдавал 35Вт синуса на 8 Ом-ной нагрузке. Наверняка в схеме было много огрехов и косяков и мне в общем не нравилось как он звучал. Лучше чем транзисторная Ямаха, но не настолько, чтобы "вах". Акустика была из современных, полочники с чувствительностью 92 Дб/Втм.

Следующим шагом я переделал акустику, собрав в классическом корпусе типа "кабинет" бумажные широкополосники supravox и супертвиттеры fostex. Звуковая картина стала существенно лучше, чище и объемнее. Ручку громкости я едва поворачивал на 9 часов.
Пробовал разные усилители на TDA собирать, но душа к ним не лежала и из остатков деталей собрал двухкаскадный SE c EL34 на выходе в триодом включении. Понимаю, что не самая музыкальная лампа, но даже в таком виде конструкция зазвучала легко и красиво. Лампы было не особо жалко, поэтому я выходной каскад разогнал на 60мА, дальше уже начинались искажения и мощность 1кГц синуса на выходе была около 6Вт.




Для комфортного прослушивания в моих условиях такого каскада вполне достаточно на половине громкости. Вот собственно отсюда и мои потребности в мощности. Полагаю что возводимый аппарат будет еще интереснее в плане музыки.

[Tos]

Добрый день, обращаюсь к коллективному разуму - как вы считаете лучше делать?

Пишу программу мониторинга работы лампового усилителя.
Ситуация: включен усилитель, всё работает, контролируем наличие анодного(1/0), контролируем наличие напряжения смещения(1/0), контролируем токи накала(значение).
И вдруг пропадает напряжение Смещения - полностью выключаем усилитель (Анодное, смещение, накал)?
Или выключаем только Анодное, и если вдруг напряжение Смещения восстановится, то с некой задержкой опять включаем Анодное?

тоже самое с Накалом - вдруг ток снизился ниже или вырос выше нормы, также полностью выключаем усилитель (Анодное, смещение, накал)?
Или выключаем только Анодное, и если вдруг ток накала придет в норму, то с некой задержкой опять включаем Анодное?

Управление Анодным и другими напряжениями и токами осуществляется на выходе стабилизаторов с помощью твердотельных реле.

[Евгений Михеев]

Добрый день.
На мой взгляд снятия анодного будет достаточно, так как, по большому счету все риски на нем завязаны.

[poty]

Мне кажется, прежде, чем писать программу нужно определиться с аппаратной частью и, скажем так, "моделью неисправности". Ни того, ни другого не представлено.
С моей точки зрения, опасности нас подстерегают следующие:
- обрыв накала: снимает значительную нагрузку с силового трансформатора, что может привести к увеличению напряжения на выпрямителях и фильтре. Конечно, выбор таких элементов с большим запасом позволит защититься от такой ситуации. Кроме того, насколько я понимаю, планируются не моноблоки? Т.е., как минимум половина нагрузки всё же останется (вероятность выхода из строя сразу двух элементов значительно ниже). С другой стороны, увеличение напряжения по всем фронтам будет воздействовать на лампу другого канала - нужно иметь в виду такое развитие событий. Думаю, что с учётом контроля тока в п.2 как отдельную неисправность рассматривать этот пункт бессмысленно.
- проблема с питанием накалов: помимо повторения первой проблемы, опасна ещё и для самой лампы (в первом случае лампа уже вышла из строя и смысла о ней говорить нет никакого). В этой ситуации я бы тоже контролировал ток, а не напряжение. Нужно ли контролировать (измерять) величину? Трудно сказать, я бы ограничился неким порогом снизу, в идеале - снизу и сверху. В этом случае контролируется гораздо больше неисправностей, включая описанную первым пунктом (при наличии контроля сверху). Результатом я бы сделал полное отключение и невозможность включения в дальнейшем без явного участия человека (например, полное выключение из сети). Не вижу вариантов самостоятельного исправления ситуации. Под напряжением внутрь лезть, чтобы что-то исправлять, неправильно. Играет роль также скорость обнаружения этой неисправности. Не думаю, что она критична во время работы - имеется тепловая инерция накала, думаю, секундная задержка здесь не будет играть значительной роли. А вот при включении этот пункт должен обязательно проверяться перед включением высокого напряжения.
- пропадание напряжения смещения: достаточно серьёзный пункт с точки зрения долговечности лампы, так как эта неисправность ведёт к неконтролируемому росту тока, что может разрушить катод и повлиять на геометрию анода. Должен обеспечиваться с достаточно высокой скоростью, думаю, не дольше сотен миллисекунд. Фактически желательно (снова) контролировать ток, катодный или анодный, а не напряжение: это будет гораздо информативнее. Причём это должно быть либо измерение (если его можно сделать с такой скоростью), либо компаратор + логический сигнал на процессор. Контроль напряжения имеет ещё одну довольно неприятную особенность: при настройке режима работы лампы потребуется менять и режим сработки компаратора. Применение оптрона для развязки отрицательного напряжения смещения и положительного логического уровня процессора, не очень приветствуется по двум причинам: непредсказуемый порог включения (и возможные шумовые процессы на границе сработки) + довольно значительный для смещения ток потребления светодиода оптрона. Наиболее адекватное место для измерения тока - подключение источника анодного напряжения к земле: резистора небольшого номинала (доли ома) будет достаточно. Реакция - полное отключение и невозможность включения в дальнейшем без явного участия человека. Я не вижу вариантов самостоятельного исправления этой ситуации.
- пропадание анодного напряжения: чисто информационная компонента, никакой опасности не несёт, по крайней мере, в краткосрочной перспективе. Конечно, имеются источники, заявляющие, что длительный прогрев нити накала без анодного напряжения изменяет химическую структуру покрытия катода, но никаких явных доказательств такого я не находил. Если в п. 3 перейти на контроль тока (катода или анода), то имеем обнаружение и этой неисправности тоже.

[Tos]

Мне кажется, прежде, чем писать программу нужно определиться с аппаратной частью и, скажем так, "моделью неисправности". Ни того, ни другого не представлено.

Вы совершенно правы, но чтобы ее составить надо определиться, что и как контролировать и как реагировать на результаты измерений. С этим еще полного понимания нет, но тем не менее мы все равно отделяем физический и логический уровень неисправности. Для целей программирования нас интересуют только логические уровни.
Пока мне понятно только про Накал - контролируем ток накала, точнее его соответствие диапазону.

роблема с питанием накалов: помимо повторения первой проблемы, опасна ещё и для самой лампы (в первом случае лампа уже вышла из строя и смысла о ней говорить нет никакого). В этой ситуации я бы тоже контролировал ток, а не напряжение. Нужно ли контролировать (измерять) величину? Трудно сказать, я бы ограничился неким порогом снизу, в идеале - снизу и сверху.

Спасибо!
Именно это я и собираюсь контролировать, чтобы ток был в заданном диапазоне, с помощью датчика тока на acs712, для каждой лампы отдельно.

я бы сделал полное отключение и невозможность включения в дальнейшем без явного участия человека (например, полное выключение из сети). Не вижу вариантов самостоятельного исправления ситуации. Под напряжением внутрь лезть, чтобы что-то исправлять, неправильно. Играет роль также скорость обнаружения этой неисправности. Не думаю, что она критична во время работы - имеется тепловая инерция накала, думаю, секундная задержка здесь не будет играть значительной роли.

Согласен, про Накал тоже так думал, что в случае проблем отключаем всё без возможности быстрого включения обратно.

Пропадание напряжения смещения: достаточно серьёзный пункт с точки зрения долговечности лампы, так как эта неисправность ведёт к неконтролируемому росту тока, что может разрушить катод и повлиять на геометрию анода. Должен обеспечиваться с достаточно высокой скоростью, думаю, не дольше сотен миллисекунд. Фактически желательно (снова) контролировать ток, катодный или анодный, а не напряжение: это будет гораздо информативнее.

Вот здесь у меня внутреннее раздвоение мнения. Если мы следим за наличием Смещения с помощью контроля тока анода или катода(например напряжения на каком-то резисторе в цепи), то как нам отличить нормальные всплески тока при воспроизведении пика от аварийной ситуации?

Применение оптрона для развязки отрицательного напряжения смещения и положительного логического уровня процессора, не очень приветствуется по двум причинам: непредсказуемый порог включения (и возможные шумовые процессы на границе сработки) + довольно значительный для смещения ток потребления светодиода оптрона.

Попробовал подключить на контроль Смещения 4N35 - при токе светодиода в 5 мА вполне уверенно детектирует момент включения/выключения. Через управляемый транзистор подает логическую 1 на вход контроллера. В выключенном состоянии подтянут через 10 кОм к земле. Порог(границу) срабатывания еще не мерял.

Наиболее адекватное место для измерения тока - подключение источника анодного напряжения к земле: резистора небольшого номинала (доли ома) будет достаточно.

Для более-менее уверенного детектирования нам нужен либо сигнал на резисторе более 3,3В, что при токе 100мА потребует резистора в 33 Ом, что многовато, либо вешать на контроль через операционный усилитель с пороговым срабатыванием. Или как? я не очень понимаю идею.

Реакция - полное отключение и невозможность включения в дальнейшем без явного участия человека.

В целом солидарен, возможность восстановления работы автоматически я рассматривал только как вариант некоего сбоя измерений или импульсных наводок.

А вот при включении этот пункт должен обязательно проверяться перед включением высокого напряжения.

логику включения я реализовал в классическом варианте:
механический выключатель вкл -> дежурный режим. Питание подается отдельно только на контроллер.
дежурный Режим индицируется.
Кнопка включения щёлк -> включаем накал, задержка пара секунд(не знаю зачем, но кажется, что так лучше), включаем Смещение.
Контролируем ток накал(в диапазоне), контролируем напряжения смещения(1/0), -> если все в порядке то задержка 30 секунд, и подаем Анодное.
Поскольку это цикл loop, то продолжаем контролировать ток накалов, смещение и теперь еще и анодное.

Дальше собственно и был мой вопрос, как реагировать на какую-либо аварию.

[poty]

Попробовал подключить на контроль Смещения 4N35 - при токе светодиода в 5 мА вполне уверенно детектирует момент включения/выключения.

5мА всё же достаточно много для смещения, где предполагается максимум несколько сотен микроампер. Но если блок питания смещения позволяет - почему бы и нет? Вторая засада - ток "питания" оптрона будет преобладающим в нагрузке блока питания смещения, а значит, шумы будут также преобладающими. Конечно, скорее всего, будет и конденсатор байпаса, но сама идея введения шумов в сетку, а потом избавления от них меня не прельщает.

как нам отличить нормальные всплески тока при воспроизведении пика от аварийной ситуации?

Нужно ставить контроль тока перед последним конденсатором байпаса. Не помню - предполагался стабилизатор или нет? Если да - то поставить резистор перед сенсором выходного напряжения.

Для более-менее уверенного детектирования нам нужен либо сигнал на резисторе более 3,3В, что при токе 100мА потребует резистора в 33 Ом, что многовато, либо вешать на контроль через операционный усилитель с пороговым срабатыванием. Или как? я не очень понимаю идею.

А откуда такая цифра - 3,3В? Предполагаю, что это - аналоговый референс ADC-входа микропроцессора? Так почему его не сделать меньше?
Второй вариант - инструментальный усилитель, что само по себе будет полезным для буферизации потенциально больших изменений в напряжении на входе и предотвращению пробоя аналогового входа. Если его включить в варианте интегратора, то автоматически также снимается проблема отфильтровываения звуковых частот.

[Tos]

5мА всё же достаточно много для смещения, где предполагается максимум несколько сотен микроампер. Но если блок питания смещения позволяет - почему бы и нет? Вторая засада - ток "питания" оптрона будет преобладающим в нагрузке блока питания смещения, а значит, шумы будут также преобладающими

Для формирования напряжения Смещения я использовал следующую схему:

Schematic__783.png (54.32 КБ) 11093 просмотра

(из двух вариантов регулировки я выбрал регулировку напряжения на выходе, а не напряжения регулятора) Полагаю, что наличие постоянной нагрузки на выходе стабилизатора и RCфильтр дополнительно сгладят возможные шумы.
С такой схемой мне не удалось увидеть на выходе ничего(шумов). Мой осциллограф не умеет показывать такие шумы, поэтому будем слушать.

Нужно ставить контроль тока перед последним конденсатором байпаса. Не помню - предполагался стабилизатор или нет? Если да - то поставить резистор перед сенсором выходного напряжения.

Да, будет стабилизатор на каждый канал, по схеме:

Schematic_LM317-High-Voltage_Sheet-1_20191028103347.png (78.29 КБ) 11093 просмотра

Т.е. предлагаете поставить резистор в цепь сразу после LM317 и усилить напряжение на нем дифференцирующим ОУ?
Может тогда вместо него опять таки поставить ACS712 также с ОУ? Он обеспечит гальваническую развязку.

А откуда такая цифра - 3,3В? Предполагаю, что это - аналоговый референс ADC-входа микропроцессора? Так почему его не сделать меньше?

Тут, как мне кажется у нас два варианта - мы либо заводим сигнал на цифровой вход микропроцессора и тогда логическая 1 должна быть выше 3В, либо если мы заводим на аналоговый вход микропроцессора нам необходимо обеспечить хоть какой-то диапазон измерений значения.
Если при токе 100мА на резисторе 0,1Ом будет 0,001В, то это не попадет даже на 1 единицу в диапазоне АЦП( 5В и 1023 уровня)
Поэтому надо либо увеличивать резистор либо усиливать сигнал вместе с шумами. ОУ нас может спасти в части усиления, но меня пугает гальваническая связь измерительного каскада с входом микропроцессора.

[poty]

Схема смещения, скажу прямо - верх расточительности! Ну, это я так, от зависти! Да, тогда ток оптрона будет не самым приоритетным, думаю, шумов удастся избежать.

Т.е. предлагаете поставить резистор в цепь сразу после LM317 и усилить напряжение на нем дифференцирующим ОУ?
Может тогда вместо него опять таки поставить ACS712 также с ОУ? Он обеспечит гальваническую развязку.

Я говорил о проводе по земляной шине, соединяющем P8 и знак GND. В его разрыв можно включить довольно большое сопротивление без какого-либо влияния на качество стабилизации.
Если мы говорим о детектировании тока (определение, что ток выше определённого значения), то можно поставить только оптрон, зашунтировав его резистором. Т.е., допустим, ток покоя у нас 70мА, напряжение "горения" светодиода внутри оптрона - 2,1В при токе 5мА (обычно). Нам нужно байпаснуть 65мА на 2,1В - это будет резистор 32 Ома.
Если у ACS712 будет достаточно "разрешения" для детектирования уровня тока такой величины, то можно поставить и его.

Если при токе 100мА на резисторе 0,1Ом будет 0,001В, то это не попадет даже на 1 единицу в диапазоне АЦП( 5В и 1023 уровня)

Обычно микропроцессор имеет специальный вход (AREF), на который подаётся аналоговый уровень максимального значения, распознаваемого АЦП. Он не обязан быть = напряжению питания микропроцессора. Его можно сделать достаточно низким. Насколько низким - нужно смотреть по datasheet.

[Tos]

Схема смещения, скажу прямо - верх расточительности! Ну, это я так, от зависти! Да, тогда ток оптрона будет не самым приоритетным, думаю, шумов удастся избежать.

надо сделать хорошо затраты вторично.

Если у ACS712 будет достаточно "разрешения" для детектирования уровня тока такой величины, то можно поставить и его.

В схеме с ОУ чувствительность декларируется 610мV/A, т.е. в нашем случае при токе выходного каскада 70мА мы получим на выходе ~40 мV. Негусто, конечно, в числах стандартного АЦП в пределах 15, но Вы правильно заметили про источник AREF, который можно сделать поменьше чем 5В. Тогда придется пересмотреть диапазон измерений токов накала и драйверов, но думаю, что это не критично.
Спасибо, покопаю немного в эту сторону.

[Tos]

Если у ACS712 будет достаточно "разрешения" для детектирования уровня тока такой величины, то можно поставить и его.

собрал макет на acs712+LM321



проверил диапазон выдаваемых напряжений.
В целом схема измерения работает, кроме одного НО! Я совершенно забыл что при 0 токе через цепь на выходе схемы присутствует половина напряжения питания, 2,5В. Это оставляет крайне мало место для маневра с точки зрения снижения AREF.

[goldmen8]

Андрей, процитирую себя "любимого".

Я бы пошёл другим путём.
... качестве датчика тока обычный шунт ...
Для контроля цепей накала поставил бы малюсенький "Tiny 13". ... tiny запитал от цепей накала через стабилизатор, а выход сигналов "норма" и "авария" через опто-развязку (или ещё каким другим способом) на центральны процессор.

[poty]

Я не очень понял проблему. На выходе VIOUT ACS712 без тока через IP+ - IP- - половина VCC. Этот сигнал поступает на пин 3. На пин 1 поступает VCC/2. Что будет на выходе?

[Tos]

Андрей, процитирую себя "любимого".

я такие не пробовал еще ни разу, как я понимаю, предлагаете поставить шунт-резистр и мерять напряжение на нем с помощью какого-то из входов Tiny? В чем преимущество?
При измеряемом токе накала в 1,3А acs712 дает диапазон измерений ~ 1В. А как с Tuny?

Отправлено спустя 40 минут 45 секунд:

Я не очень понял проблему. На выходе VIOUT ACS712 без тока через IP+ - IP- - половина VCC. Этот сигнал поступает на пин 3. На пин 1 поступает VCC/2. Что будет на выходе?

да, схема требует подстройки соотношений резисторов задающих напряжение на пин 1. поставил подстрочник.

[poty]

Значит, проблемы постоянной составляющей в 2,5В нет и можно "поиграться" AREF.

[goldmen8]

Диапазон измеряемого тока "связки ACS712+LM321" возможно же увеличить и при отсутствии тока сдвинуть выходной уровень, почти до "0".

Спойлер

Показать

Fig_.jpg (61.72 КБ) 11074 просмотра

По "Tiny 13": Точно такая-же как и все "AVR", только маленькая (но есть и ещё меньше).
Шунт (сопротивление), внутренний ИОН 1,1В (Internal reference voltages of nominally 1.1V), АЦП 10 бит. Даже если не использовать вывод "Reset" остаётся 5 выводов общего назначения, при том три из них могут быть использовано как ADC. На оставшихся двух можно выдать сигнал "авария" и "норма", или поиграться ... всё таки у двух логических выводов уже четыре варианта состояния.