Однотактный усилитель на триоде (300B?)

[poty]

Поскольку усилителей с разделительным конденсатором я уже делал и слушал, то хочу попробовать поставить межкаскадный трансформатор. Это позволит несколько упростить драйверный каскад, в смысле требований по раскачке, но и внесет определенные искажения/окрашивание в звук.
Схемотехника драйвера пока туманна, в голове бродят схемы от одного пентода типа 6АС7 или 7Ж12С или одного триода 6С45П на триоде слабовато усиление, пентоды странно звучат, этажерка из двух триодов тоже странная, хочется минимизировать число элементов пропускающих через себя звук.

По первому вопросу- почему бы не сделать прямое соединение (по типу Лофтина-Уайта) - это решило бы также вопрос смещения.
Если дело кончится трансформатором, то не вижу смысла беспокоится об усилении драйвера. Ну, "этажерку" даже предлагать не буду, если о ней такое мнение.

схема такая же как у стабилизатора на популярной L200, включение хочу сделать стандартное из даташита

Вот тогда непонятно, где же здесь стабилизация тока? Ограничение - да, но не стабилизация.

10Вт с большим радиатором кажется не большой проблемой

Проблема лишь в размерах и способе отвода тепла.

Ничто нам не мешает поставить более другой полевой транзистор. Выходные номиналы резисторов тоже пересчитаем.

Тогда посмотрите ещё на путь R3-R5-VT1-R6-DA1. Также стоит симульнуть R7-C2 на всякий случай. При выборе транзистора стоит посмотреть на пороговое напряжение его открывания, иначе можно не получить ничего.

Вы применяли электролитические конденсаторы? Я подумываю обойтись пленочными MKP на выходе стабилизатора, в пределах 50 мкф на лампу.

Да, были электролиты. MKP, скорее всего выдержат, чего я не могу сказать о соединительных элементах. Такие энергии при к.з. будут выделяться на них. Впрочем - решение с MKP лишь частично снимает проблему, остаётся жуткое выделение тепла на VT2.

[Tos]

Тогда посмотрите ещё на путь R3-R5-VT1-R6-DA1.

VT1, как пишет автор и видно из схемы работает как каскадный усилитель и эммитерный повторитель, стабилизатор TL431 определяет величину тока втекающего в него, а напряжение на нем определяется напряжением на базе VT1. Немного скорректируем делитель R1/R2 чтобы обеспечить те же 20В на TL431. На цепочке R7-C2 разность потенциалов совсем небольшая, около 18 вольт, судя по схеме.
Наша задача обеспечить правильное управляющее напряжение на TL431 и проверить отсутствие самовозбуждения при изменении нагрузки.

При выборе транзистора стоит посмотреть на пороговое напряжение его открывания, иначе можно не получить ничего.

неплохой альтернативой при схожих характеристиках обладает например STP13NK60Z. Кроме крутизны и вольтажа нам важна рассеиваемая мощность и сопротивление открытого канала.
Таким образом, с учетом такой замены комплектующих не вижу причин, почему стабилизатору не работать с бОльшим напряжением.
Но нет ничего проще - собрать и проверить. Так и сделаем.

Проблема лишь в размерах и способе отвода тепла.

В предыдущей самоделке я использовал алюминиевый корпус-ящик с алиэкспресса. - Задняя панель алюминий 100*430мм толщина 8мм это примерно 800 квадрадных сантиметров, кажется что достаточно для рассеивания.

По первому вопросу- почему бы не сделать прямое соединение (по типу Лофтина-Уайта) - это решило бы также вопрос смещения.
Если дело кончится трансформатором, то не вижу смысла беспокоится об усилении драйвера

Как по Вашему, в чем преимущество схемы Лофтин-Уайт?
По схеме с трансформатором Вы правы, нет особой нужды беспокоиться об усилении драйвера, можно применить простой триод.

Вот тогда непонятно, где же здесь стабилизация тока? Ограничение - да, но не стабилизация.

был не прав, да действительно, только ограничение, но не стабилизация. Но нам важнее же ограничить ток холодного запуска накала, а после прогрева стабилизировать напряжение. В противном случае нет нужды вообще стабилизировать напряжение, достаточно взять LM738 в схеме стабилизации тока 2А и не смотреть на напряжение совсем(в разумных пределах).

Отправлено спустя 2 минуты 10 секунд:

Да, были электролиты. MKP, скорее всего выдержат, чего я не могу сказать о соединительных элементах. Такие энергии при к.з. будут выделяться на них. Впрочем - решение с MKP лишь частично снимает проблему, остаётся жуткое выделение тепла на VT2.

к.з. конечно страшный зверь, но разве обычные плавкие предохранители нам не помогут? Хотя мне трудно предположить как может возникнуть КЗ в анодной цепи.

[poty]

VT1, как пишет автор и видно из схемы работает как каскадный усилитель и эммитерный повторитель, стабилизатор TL431 определяет величину тока втекающего в него, а напряжение на нем определяется напряжением на базе VT1. Немного скорректируем делитель R1/R2 чтобы обеспечить те же 20В на TL431. На цепочке R7-C2 разность потенциалов совсем небольшая, около 18 вольт, судя по схеме.
Наша задача обеспечить правильное управляющее напряжение на TL431 и проверить отсутствие самовозбуждения при изменении нагрузки.

Попробуйте. Такое включение имеет достаточно узкий диапазон регулирования из-за R3. Минимальный ток через DA1 составляет 0,5мА. Допустим, что у нас разность напряжений между входом и выходом = 15В. С учётом STP13NK60Z порог включения =4,5В, около него будет рабочая точка. Тогда напряжение на R3 будет 15-4,5=10,5В и ток через R3 будет около 1мА. Разность минимального и максимального напряжения на входе у нас примерно 100В. При максимальном напряжении на входе напряжение на R3 будет уже 115-4,5=110,5В и ток через этот резистор - 11мА. Напряжение к-э на VT1 при 480В будет 480-(10+1+0,1)*11-25=333В, и рассеяние - 3,7Вт. Немало. При этом рассеяние на TL431 тоже будет немаленькое = 0,28Вт.

Как по Вашему, в чем преимущество схемы Лофтин-Уайт?

Отсутствие дополнительных элементов (как то - конденсаторов, трансформаторов и проч...) в пути прохождения тока. Кроме того, есть возможность, при определённом везении, обеспечить смещение 300В не прибегая к дополнительным источникам смещения.

разве обычные плавкие предохранители нам не помогут?

Не помогут - ток никогда не поднимется выше установленного R8.

мне трудно предположить как может возникнуть КЗ в анодной цепи.

В таком случае зачем в принципе защита от к.з. с соответствующим ухудшением характеристик выходного сопротивления?

[Tos]

Попробуйте. Такое включение имеет достаточно узкий диапазон регулирования из-за R3. Минимальный ток через DA1 составляет 0,5мА. Допустим, что у нас разность напряжений между входом и выходом = 15В. С учётом STP13NK60Z порог включения =4,5В, около него будет рабочая точка. Тогда напряжение на R3 будет 15-4,5=10,5В и ток через R3 будет около 1мА. Разность минимального и максимального напряжения на входе у нас примерно 100В. При максимальном напряжении на входе напряжение на R3 будет уже 115-4,5=110,5В и ток через этот резистор - 11мА. Напряжение к-э на VT1 при 480В будет 480-(10+1+0,1)*11-25=333В, и рассеяние - 3,7Вт. Немало. При этом рассеяние на TL431 тоже будет немаленькое = 0,28Вт.

Большое Вам спасибо за подробные расчеты! При необходимости можно подобрать полевой транзистор с другим параметром рабочей точки, этот скорее иллюстрация, что выбор есть довольно большой, есть с рабочей точкой на 2,8-3В.
Если мы рассмотрим штатный режим работы стабилизатора при заданных автором параметрах, при выходном напряжении 280В, то минимальное входное напряжение будет 295 вольт, а максимальное примерно 358В. При таких параметрах с транзистором IRF744 рабочая точка примерно на 4В, напряжение на R3 будет минимальное 15-4=11В, ток чуть больше 1мА, а при максимальном входном 78-4=74В и ток 7,4мА.
Напряжение к-э при максимальном входном будет 358-(11*7,4)-25=252В, и рассеиваемая мощность VT 1,9Вт, а TL431 - 0,19Вт.
Если сравнить режимы работы, то мы получаем почти двукратный рост выделения тепловой мощности на VT1, но с учетом его конструкции и параметров(максимальная рассеиваемая мощность - 40Вт с радиатором) не вижу проблем в его работе, благо алюминия у нас полно.
TL431 тоже не должен перегреваться, у него максимальный ток 100ма и напряжение 36В.

В таком случае зачем в принципе защита от к.з. с соответствующим ухудшением характеристик выходного сопротивления?

Согласен, в принципе не нужна, тогда резистор R8 и стабилитрон можно удалить из схемы.

Отправлено спустя 6 минут 29 секунд:

Отсутствие дополнительных элементов (как то - конденсаторов, трансформаторов и проч...) в пути прохождения тока. Кроме того, есть возможность, при определённом везении, обеспечить смещение 300В не прибегая к дополнительным источникам смещения.

Кажется, что ключевое тут - "если повезет". Смотрю я на разные варианты реализации схемы LW и интуитивно трудно понять, как правильно организовать нужное смещение, да и анодное напряжение нужно больше на величину смещения.

[poty]

Андрей, я бы хотел в первую очередь сказать, что я Вас не отговариваю, просто пытаюсь показать проблемные места. Спасибо за терпение, что выслушиваете меня так долго.

TL431 тоже не должен перегреваться, у него максимальный ток 100ма и напряжение 36В.

Исходя из этого, для ТО92 (140°C/W) повышение температуры при 0,28Вт составит 40 градусов над окружающей средой. При наличии такого большого количества тепловыделяющих элементов, в летний период температура внутри корпуса легко может достигать 40 градусов. Т.е., корпус может нагреваться до 80 градусов. Не смертельно, но... Лучше выбирать более энергоэффективные корпуса или использовать радиатор.
В прошлый раз не стал говорить, но я ни при каких условиях размещать деталь, на которой больше 400В, на металлической задней стенке бы не стал. Кроме того, постоянный подогрев задней стенки 15-20Вт - это заметный её нагрев, неприятно будет использовать устройство (подключать/отключать кабели, например).

Кажется, что ключевое тут - "если повезет". Смотрю я на разные варианты реализации схемы LW и интуитивно трудно понять, как правильно организовать нужное смещение, да и анодное напряжение нужно больше на величину смещения.

Вот здесь мы снова приходим к вопросу: как будет организовано смещение? В принципе, Вам всё равно нужно будет:
- либо автосмещение (резистор в катоде) - сложно, горячо и обеспечивает потерю 40-50В на резисторе;
- либо фиксированное смещение в катоде - то же, что просто потеря 40-50В анодного напряжения;
- либо смещение в сетку - отдельный источник питания (от трансформатора или аккумуляторов).
Единственный способ без потери анодного напряжения и серьёзных нагревов - третий. Но где его (источник) взять при аккумуляторном питании? И если он будет, почему его не сделать вольт на 10-15 больше и не питать им драйвер (примерно 1-2мА)?

[Tos]

Андрей, я бы хотел в первую очередь сказать, что я Вас не отговариваю, просто пытаюсь показать проблемные места. Спасибо за терпение, что выслушиваете меня так долго.

Владислав, я очень рад, что Вы находите время на столь детальное обсуждение, спасибо! Отговаривайте меня пожалуйста, иначе как можно выделить рациональное зерно и отбросить мусор.

Исходя из этого, для ТО92 (140°C/W) повышение температуры при 0,28Вт составит 40 градусов над окружающей средой. При наличии такого большого количества тепловыделяющих элементов, в летний период температура внутри корпуса легко может достигать 40 градусов. Т.е., корпус может нагреваться до 80 градусов. Не смертельно, но... Лучше выбирать более энергоэффективные корпуса или использовать радиатор.

согласен, задуматься об охлаждении внутри корпуса стоит, возможно принудительно. Не очень хотелось бы использовать вентиляторы, кроме помех создают еще и шум от лопастей и тока воздуха.

В прошлый раз не стал говорить, но я ни при каких условиях размещать деталь, на которой больше 400В, на металлической задней стенке бы не стал

В целом солидарен, но тогда опять встает вопрос об эффективном отводе тепла. Для стабилизаторов питания нам потребуются довольно приличные размеры радиаторов и организация воздушного потока. Это конечно обезопасит корпус и слушателя, но в целом усложнит борьбу с теплом. Для TL431 также тоже можно предусмотреть небольшой лепестковый радиатор для облегчения его участи.

Вот здесь мы снова приходим к вопросу: как будет организовано смещение? В принципе, Вам всё равно нужно будет:
- либо автосмещение (резистор в катоде) - сложно, горячо и обеспечивает потерю 40-50В на резисторе;
- либо фиксированное смещение в катоде - то же, что просто потеря 40-50В анодного напряжения;
- либо смещение в сетку - отдельный источник питания (от трансформатора или аккумуляторов).

Автосмещение или фиксированое в катоде мне кажется неоптимальным, в целевой архитектуре с использованием межкаскадного трансформатора я целился в отдельный источник смещения(примерно -70В). Поскольку ток отрицательного смещения крайне мал, я полагал собрать его батарейках типа крона или 12В. Его также стабилизировать по положительному плечу и скормить сеткам.
Даже если итогом станет трансформаторная схема, то имеет ли смысл в батарейном смещении? И стоит ли его стабилизировать или оставить напрямую от батарейки, пусть немножко плавает, для режима ламп не критично, а каналы развязать через диоды.

И если он будет, почему его не сделать вольт на 10-15 больше и не питать им драйвер (примерно 1-2мА)

Боюсь что 1-2мА для драйверного каскада мы не обойдемся. Триод или пентод в драйвере попросят минумум 10мА, чтобы раскачать выходной каскад.

[goldmen8]

И стоит ли его стабилизировать или оставить напрямую от батарейки, пусть немножко плавает, для режима ламп не критично...

С уменьшением напряжения на сетке лампы ток анода будет увеличиваться(?), а если батарейка совсем отвалится, что тогда(?).

[Tos]

С уменьшением напряжения на сетке лампы ток анода будет увеличиваться(?), а если батарейка совсем отвалится, что тогда(?).

С уменьшением отрицательного смещения ток анода, конечно, будет расти, да, для этого лучше будет вернуть защиту по току в стабилизатор анодного. Отвалится может что угодно и проводок питания от трансформатора, риски есть в любом варианте. Как правило напряжение на батарейках, особенно литиевых, довольно стабильно в течении всего срока службы. В нашем случае постоянный ток сетки мизерный, в таком режиме батарейки проработают годами.
Я хотел еще оснастить усилитель системой управления и мониторинга чувствительных точек, напряжений и токов, уровней заряда батарей.

Блок управления в моем понимании будет выглядеть так -
набор датчиков в чувствительных точках:
- напряжение и ток накала поканально
- напряжение смещения
- анодное напряжение
сигналы с датчиков направляем в Ардуину и с помощью реле/ключевых транзисторов осуществляем управление.
С помощью Ардуино управляем логикой:
1. Включение. Подаем накал, проверяем напряжение, ток. Если все ОК, проверяем напряжение и подключаем смещение сеток. После прогрева катодов проверяем и подаем анодное.
2. Работа. Контролируем наличие и параметры питающих напряжений. контролируем дельту между каналами. Если что-то пошло не так - отключаем анодное, сетки накал, уходим в защиту.
3. Выключение. Снимаем анодное, снимаем смещение, отключаем накал.

[goldmen8]

Андрей (Tos), Вы наверное уже прикидывали схему системы управления и мониторинга?
Очень хочется посмотреть

Я хотел еще оснастить усилитель системой управления и мониторинга чувствительных точек, напряжений и токов, уровней заряда батарей.

[poty]

Даже если итогом станет трансформаторная схема, то имеет ли смысл в батарейном смещении? И стоит ли его стабилизировать или оставить напрямую от батарейки, пусть немножко плавает, для режима ламп не критично, а каналы развязать через диоды.

Батарейное смещение - вполне адекватное решение. Правда, для 300В ток утечки будет несколько больше обычного, так что лучше предусмотреть возможность замены батареек. Защита в блоке питания вряд ли поможет в вопросе защиты ламп - здесь нужно придумывать что-то поизощрённее. Подумаю на досуге.
Не понял про развязку на диодах. С точки зрения сетки - источник питания - это новая земля, нет смысла между собой развязывать эти земли.

Отправлено спустя 50 секунд:

1-2мА для драйверного каскада мы не обойдемся. Триод или пентод в драйвере попросят минумум 10мА, чтобы раскачать выходной каскад.

Это мне непонятно. Зачем такой ток?

[Tos]

Андрей (Tos), Вы наверное уже прикидывали схему системы управления и мониторинга?

Продумывал, но еще не формализовал, собственно там кажется все просто. Хочется обойтись уже имеющимися стандартными датчиками. Низковольтные цепи питания или накала контролировать совсем просто, есть готовые датчики напряжения и тока для ардуино. Высоковольтные цепи напряжения аккумуляторов и анодного напряжения думаю контролировтаь ими же с помощью простых делителей напряжения, нас интересует в основном аварийная ситуация. Сравнение каналов сделать на уровне логики в ардуино.
Блоки управления реле также стандартные.
Если будет время и желание подумаю про дисплей с отображением параметров.

Отправлено спустя 10 минут 42 секунды:

Батарейное смещение - вполне адекватное решение. Правда, для 300В ток утечки будет несколько больше обычного, так что лучше предусмотреть возможность замены батареек. Защита в блоке питания вряд ли поможет в вопросе защиты ламп - здесь нужно придумывать что-то поизощрённее. Подумаю на досуге.

Замену, конечно предусмотрим.
Возможно с решением проблемы защиты справится предлагаемая выше система контроля. Она конечно не очень быстрая.

Не понял про развязку на диодах. С точки зрения сетки - источник питания - это новая земля, нет смысла между собой развязывать эти земли.

Не будет каких-нибудь паразитных токов или связей если смещение на оба канала подавать от одного источника?

Это мне непонятно. Зачем такой ток?

О драйвере для этой схемы я еще не думал, может быть так и есть, пока варианты с похожей архитектурой на 417А или пентоде используют режимы ламп с током 10-20мА

[Tos]

Набросал концептуально схему управления питанием и логику, буду её после отпуска собирать на макете и проверять.
Реле для коммутации 380В поставить контактные или твердотельные на полевых транзисторах? как думаете?

1. Инициация после включения дежурного питания
a. Каналы управления реле в LOW
b. Назначаем аналоговые и цифровые входы
c. ?
2. Мониторим состояние кнопки ВКЛ/сигнала с пульта ДУ
3. Нажали ВКЛ
a. Включаем группу реле подающих напряжения на стабилизаторы
b. Задержка 2 сек, включаем реле Накал
c. Мониторим напряжение накала
d. Задержка 30 сек
4. Включение
a. Проверяем напряжение Смещения
b. Включаем напряжение Смещения
c. Задержка 5 сек
d. Проверяем высокое напряжение
e. Включаем высокое напряжение
5. Мониторинг
a. Мониторим высокое напряжение
b. Мониторим напряжение смещения
c. Мониторим напряжение накала
d. Мониторим состояние кнопки ВКЛ/сигнал с пульта
6. Выключение
a. Отключаем Высокое напряжение
b. Отключаем Накал
c. Отключаем Смещение
d. Отключаем группу реле подачи напряжений на выпрямители
e. Переходим к п.2

Отработка аварийной ситуации
1. Отклонение любого напряжения выше/ниже нормы
a. Выполняем п.6

[poty]

Есть готовый модуль на форуме, который будет использован в усилителе мощности, почему бы не использовать его?
Я бы для цепей, находящихся близко к сигналу, (в частности - смещения) использовал бистабильные реле, во избежание помех.
Найти электромеханическое реле на высокое напряжение - непростая задача. В вышеупомянутом блоке предусмотрено твердотельное на высокое напряжение и электромеханическое для 220В.

[Tos]

Готовое решение не наш выбор. Интереснее же свои грабли пособирать, муки творчества и зуд в руках. Я читал про этот проект, интересно сделать подобное самому.
Про бистабильные реле, спасибо, хорошая идея!
Твердотельные на 380 вольт я нашёл на али, но есть и на 400,- PVT412A.
Я вот думаю, стоит ли ставить в цепь накала датчик тока на acs712 или подобном? Или достаточно контролировать напряжение.

[poty]

PVT412A

Будьте осторожны! Такие реле, как правило, работают или при предельных напряжениях, или при предельных токах. Даташиты страдают недостаточной информацией, что вводит в заблуждение. В таких случаях я смотрю в раздел Application. Для данного реле DC применение ограничено 300В.

Отправлено спустя 8 минут 39 секунд:

acs712

Я - за датчик тока!

[Tos]

Датчик тока мне тоже нравится. Тогда видимо придётся сменить ардуину на МЕГА. Иначе аналоговых входов не хватит.

[goldmen8]

... стоит ли ставить в цепь накала датчик тока на acs712

Про ACS712 5А. У неё есть неприятная особенность.
Сигнал от 5-ти амперного датчика тока ACS712 изменяется всего на 1 вольт — от 2,5 вольт (половины напряжения питания). Возникают сложности в оцифровке — это когда хочешь весь диапазон АЦП микропроцессора использовать для большей точности. Если оцифровывать "как есть" — то на диапазон сигнала датчика тока придется всего около 200 уровней АЦП МК. Около 800 (80%) уровней АЦП МК просто пропадут за зря.
Схема усиливает напряжение, чтобы довести датчик до ума.

...видимо придётся сменить ардуину на МЕГА

Я бы пошёл другим путём.
Когда не нужна гальваническая развязка проще в качестве датчика тока обычный шунт применять.
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.

5. Мониторинг

На мой взгляд здесь не хватает:
... Мониторим ток накала
... Мониторим ток "покоя" (или рабочий ток лампы)

[poty]

Согласен, что оцифровывать всё с помощью микропроцессора неразумно. Проще сделать типовые модули контроля тока, напряжения, температуры, подающие уже цифровые сигналы "норма" - "неисправность"... Причём часть модулей не требует измерения величин (например, модули напряжения высокого), а требуют только контроля наличия, с чем справится обычный, неаналоговый вход без всяких затей. Измерение микроконтроллером требует времени, а если у нас проблема, то лучше решать это кардинально, например, варисторами, предохранителями и т.д. - сработают быстрее и с большей эффективностью.
Если мы мониторим ток накала, то напряжение накала мониторить бессмысленно.

[Алаев Ян]

я нашёл на али

Я для себя прекратил такую практику, как закупка комплектующих на али. Разве что речь идет о простых элементах, параметры и качество которых можно проверить мультиметром. Не рекомендую Вам делать закупки подобных комплектующих в местах, где неизвестно происхождение радиодетали. Вы очень рискуете купить подделку, работа которой будет непредсказуемой, особенно, когда речь идет о высоких напряжениях и больших токах. Существует много магазинов, предоставляющих информацию о происхождении детали, которые торгуют комплектующими от производителя - с ними и нужно работать. Да, это дороже, но в разы безопаснее.

[Tos]

Алаев Ян, да, я в курсе, много продаётся брака или перемаркированных деталей. Ничего сложного или ответственного там покупать нельзя. Но есть и много такого, на чем наши перепродавцы просто офигели, гнуть тройную цену. Да те же ардуины.