Cупрессор с Али в нетиповом применении. Разбор и доработка "электронного дросселя Крыницкого".
Это статья для начинающих, профессионалам тут не будет интересно.
Супрессор. Не очень популярная в народе деталь- из-за её «узкой специализации». Но иногда весьма полезная и даже незаменимая. Супрессору найдется место даже в ламповом усилителе- ниже я покажу где именно.
Он-же защитный диод, он-же TVS-диод. У него много имен… ;) «Впервые был создан в 1968 году, в США, с целью защитить промышленное оборудование от электрических импульсов природного характера (молний)»
Деталь очень дешевая и продается буквально везде, где вообще продаются радиодетали. На любой торговой площадке, в любом радиомагазине. Я лично покупал на Алиэкспрессе.
С виду как диод. Только в жирном корпусе и с толстыми выводами. Иногда с полоской, иногда без полоски. И проводит в прямом направлении тоже как диод… либо не проводит ни в каком направлении- если полоски нету. В чем отличие?
У прибора крайне интересная вольт-амперная характеристика. Она очень похожа на ВАХ стабилитрона. Супрессор, как и стабилитрон, работает на лавинном пробое и в обратном включении. Но есть разница.
Стабилитрон предназначен для поддержания определенного падения напряжения на своем переходе, слабо зависящего от тока, протекающего через стабилитрон.
Супрессор предназначен для пропускания через себя просто чудовищного тока в течении очень короткого времени, величина падения на переходе при этом может существенно изменяться.
Вот картиночка из даташита.
Слева- ВАХ однонаправленного супрессора (который с полосочкой и звонится как диод), справа- двунаправленного (без полоски и не звонится). Двунаправленный можно включать в цепь как угодно- он вообще презназначен для работы на переменном токе, однонаправленный- согласно полярности (полоска традиционно обозначает катод).
Параметры супрессора, которые помогут сделать правильный выбор:
Pppd — Peak Pulse Power Dissipation — максимальная мощность в импульсе, которую супрессор способен рассеять без последствий. От сотен ватт и до единиц киловатт.
Vr — Stand-off Voltage — максимальное обратное приложенное к супрессору напряжение, ниже которого ничего не происходит. Супрессор остается запертым и условно никакой ток через него не течет, пока величина приложенного напряжения не превысит Vr. А вот как только превысило- в полупроводнике супрессора возникает пробой, и супрессор начинает пропускать через себя ток, но пока слабенький.
Vbr — Breakdown Voltage — напряжение, которое будет падать на супрессоре при определенном протекающем через него токе. Перевожу на человеческий: «при токе в 1 мА на супрессоре будет именно столько падать». Этот параметр называется также «напряжением пробоя». Начиная с этой точки с ростом приложенного напряжения рабочий импеданс супрессора падает до очень низких значений, ток через супрессор увеличивается по экспоненте. Если совсем грубо- супрессор будто «замыкается накоротко».
Vс — Clamping Voltage — максимальное падение напряжения на супрессоре при максимальном импульсном токе. Поскольку сопротивление даже полностью открытого супрессора все-таки не ноль, хотя и близко- полупроводник нагревается. Чем больше ток- тем сильнее нагрев. Его свойства от этого меняются- и падение на переходе увеличивается. Достаточно существенно: Vc и Vbr могут отличаться на единицы и даже десятки вольт, чего не бывает у стабилитронов.
Ir — Reverse Leakage Current — ток, который все-таки протекает через запертый супрессор. Обычно до десятка микроампер, но кого волнуют такие мелочи…
Vf — Forward Voltage Drop — падение на переходе в прямом включении. Как у диода. Имеет смысл только для однонаправленных супрессоров.
То есть фактически супрессор работает как клапан аварийного сброса давления на паровом котле. Превысили напряжение пробоя- супрессор открылся и все излишки через себя стравил. Напряжение упало- супрессор закрылся обратно и делает вид будто ничего не произошло. Сидит себе и остывает… В достаточно коротком импульсе супрессор способен пропустить через себя ток в десятки, и даже сотни ампер.
Недостаток этих устройств: габариты. Поскольку супрессоры должны рассеивать большие мощности- размеры у них приличные. Полуторакиловаттные обычно в DO-201, шестисотваттные в DO-15. SMD-версии в корпусах SMA и SMB. В прочих корпусах тоже бывают, но нечасто.
Нуок, это теория, а надо практикой проверить. Поскольку супрессор у меня с полоской, и звонится только как диод, да и то в одну сторону- собрал простенькую схемку: трансформатор, выпрямитель, токоограничивающий резистор, и супрессор в обратном включении- как положено. Резистор выбрал таким, чтоб ток через открытый супрессор был где-то 5-6 мА. Достаточный чтоб превышать ток нормирования Vbr, но не сильно большой, чтоб лишний раз не мучать животное. У меня супрессор 1.5КЕ20А- выдерживает в пике до полутора киловатт (потому цифра 1.5 в начале). Напряжение пробоя- около 20 вольт (потому 20 ближе к концу). Максимальное падение- почти 28 вольт, но мне это сейчас не важно. А вот максимальный ток, который он через себя пропускает- аж целых 55 ампер в импульсе. Притом стоит он хоть и дороже спичек, но дешевле пирожка. В этой схеме на нем должно падать 20 вольт (если верить даташиту), или что-то около того.
Практически идеальное попадание. Причем тут на супрессоре не постоянное напряжение, а пульсирующее, а прибор показывает «что-то близкосреднее»- так что попадание вполне можно считать совсем идеальным.
А вот «как применяется супрессор» я писать не буду. Во-первых и без меня уже изрядно понаписано, а во-вторых это сбивает с толку. Если прибор традиционно применяется для защиты цепей от импульсных помех- это еще не означает что больше он ни на что не годен. Я также не буду мучать зверей запредельными воздействиями. Не буду разбирать их на атомы. Это diy-статья, а не обзорная. ;)
Если кто дочёл до этого места- далее напишу зачем мне это чудо понадобилось. Будет очень многа букаф!
Вздумалось мне со скуки все-таки сделать ламповый усилитель- в основном для красоты. Ну и чтоб звучал… хоть как-нибудь. А качественный звук (как и качественная жизнь в целом) начинается с хорошего питания. Поскольку излишним аудиофилизмом я не страдаю, и лишний раз ставить громоздкие, дорогущие, а иногда еще и трещащие железяки в конструкцию мне не хочется- выбор пал на так называемый «электронный дроссель», который является транзисторным сглаживающим фильтром. Схем таковых полный интернет, но все оказалось не так просто… Сначала я сделал классическую конструкцию на составном биполярном транзисторе, которая успешно работала. Но в один прекрасный момент, включив макет, я услышал из колонок явственный фон переменного тока, которого быть никак не должно. Полез разбираться. Выяснилось неприятное: транзистор сгорел «с замыканием» и функции фильтрации анодного напряжения, естественно, не выполнял. Из чистого любопытства я решил на этот раз попробовать сделать фильтр на мосфете. Не потому что мосфет «похож на лампы»- mosfet, в отличие от Jfet, на лампу совершенно не похож, а просто из интересу.
За основу была взята понятная, простая, а следовательно- надежная схема Павла Крыницкого. Привожу ее с номиналами элементов, указанными автором. От себя добавил: диодный мостик, конденсатор на входе фильтра (С1), конденсатор на выходе фильтра (С3), и сопротивление нагрузки (Rн- это и есть мой усилитель).
Ярым противникам полупроводников в ламповых конструкциях напоминаю- звуковой сигнал не проходит через фильтр. ;) Он проходит через конденсатор С3.
Теперь разберу «на пальцах» как эта штука работает. И почему у некоторых она не работает. И почему сгорел мой транзистор. И как сделать, чтоб больше ничего не сгорало.
Которые знают как работает мосфет- переходим к самой схеме.
После подачи питания от трансформатора через диодный мост заряжается входной конденсатор С1. Поскольку «с другого конца» висит нагрузка- заряд с конденсатора туда стекает. Конденсатор заряжается не постоянным напряжением, а пульсирующим (гуглим «как работает выпрямитель»)- с частотой пульсаций 100 герц (удвоенная частота сети). В итоге форма напряжения на его обкладках имеет такой вот вид:
Напряжение меняется от минимального значения Vmin до максимального Vmax. Эти пульсации прекрасно прослушиваются в колонках как «фон», особенно если у вас однотактный усилитель. Размах пульсаций зависит от емкости конденсатора и сопротивления нагрузки (то есть потребляемого усилителем тока). Чем меньше емкость и чем больше потребляемый ток- тем больше размах пульсаций (и громче фон). Можно, конечно, поставить огромную банку на стопицот тыщ микрофарад, но полностью пульсации все равно не пропадут, а большая банка стоит дорого (и место занимает).
Потому и были придуманы транзисторные фильтры. Задача фильтра- убрать эти пульсации. Чтоб вместо зубастой пилы получилась ровная горизонтальная линия.
У нас есть мосфет- управляемый переменный резистор. Включить его тут истоком к конденсатору С1 нельзя- потому что все пульсации пойдут в нагрузку через технологический диод. Потому сток- это «вход», а исток- «выход».
Допустим, на затворе есть какое-то напряжение, оно постоянно, и оно таково, что Vgs>Vgs(th). Мосфет открыт- ток течет через него в С3 и нагрузку. Его канал обладает некоторым сопротивлением. Вместе с сопротивлением нагрузки образуется делитель напряжения. Если напряжение на С3 упало- Vgs становится больше, сопротивление мосфета уменьшается- С3 подзаряжается шибче. Как только напряжение на С3 подросло- Vgs становится меньше- сопротивление мосфета увеличивается, С3 подзаряжается слабше. То есть сопротивление мосфета меняется синхронно с пульсациями, а напряжение на нагрузке остается постоянным.
Постоянное и стабильное напряжение на затворе означает постоянное и стабильное напряжение на нагрузке — что нам и надо!
До какой величины можно зарядить С3?
Максимально- до Vmin. То есть до нижней границы пульсаций на С1. Потому что если напряжение на С3 станет выше- «излишек» стечет обратно в С1 через внутренний диод мосфета. Условно будем считать что на этом диоде ничего не падает- поскольку падение на диодах, вообще говоря, вовсе не «0.7 вольта», а напрямую зависит от тока через диод (чем меньше ток- тем меньше падение).
Таким образом задача фильтра- «обрезать всё, что выше Vmin».
Каким должно быть напряжение на затворе относительно «земли»?
Напряжение на С1 меняется от Vmin. до Vmax- пульсирует. Через мосфет в нагрузку протекает ток- по закону Ома на мосфете создается некоторое падение напряжения, в зависимости от сопротивления канала и величины протекающего тока. Поскольку сопротивление канала меняется синхронно с пульсациями- падение также меняется синхронно с пульсациями- от Vds.min до Vds.max. И вот если Vmin+Vds.max получится меньше Vmax- пульсации спокойно полезут в нагрузку. Потому максимальное падение на мосфете должно быть больше или равно размаху пульсаций. Если напряжение на затворе будет слишком велико- сопротивление мосфета окажется слишком маленьким, а Vds.max недостаточным.
Есть еще один момент: напряжение на истоке (а значит на С3 и нагрузке) никогда не превысит напряжения на затворе, а совсем наоборот- будет меньше на величину порогового напряжения (иначе мосфет просто не откроется).
Итого: напряжение на затворе не должно превышать Vmin+Vgs(th)- тогда все получится. Меньше- можно (многие так и делают), больше- нельзя.
Стабильное и постоянное напряжение на затворе обеспечивается конденсатором С2, который может быть небольшим по сравнению с остальными банками. Этот самый С2 заряжается через резистор R1 до определенного напряжения. И вот по задумке Крыницкого, как только это напряжение станет больше Vmin- излишек «стечет» в конденсатор С1 через диод D1- таким образом напряжение на С2, а следовательно и затворе, будет поддерживаться на уровне Vmin (условие «меньше Vmin+Vgs(th)» выполнено), а значит и пульсации в нагрузку не полезут! В этом и гениальность схемы- она универсальна и работает для любых нагрузок, с любыми конденсаторами С1 и С3, а значит с любым размахом пульсаций, не требуя никакой настройки.
Прочие элементы схемы: R2- «антизвонный», запаивается максимально близко к ноге затвора, предотвращает реакцию мосфета на какую-нибудь наводку извне, образуя RC-фильтр с емкостью затвора (она маленькая, но есть). Стабилитрон D2- защитный, с напряжением стабилизации меньше максимально допустимого напряжения затвор-исток. В некоторых мосфетах он уже встроенный, но лучше уточнить по даташиту. Зачем он нужен: допустим, по какой-то причине напряжение на С3 резко упало, либо наоборот- напряжение на С2 резко скакнуло вверх. Тогда «излишек» напряжения с С2 стечет в С3 через этот стабилитрон- и затвор мосфета не выгорит.
Почему схема Крыницкого у многих не работает?
Такие схемы обычно даются без пояснений- в расчете на то, что самодельщик умный. Автор оригинальной схемы даже банки на вход и выход не рисовал, подразумевая что они по умолчанию. Это фатальная ошибка. Я, например, не очень умный…
Вот так «упрощенно» рисовать НЕ НАДО.
Если конденсаторы на входе и выходе отсутствуют, либо величина конденсаторов недостаточна- схема работать не будет!
Отдельно хочу упомянуть конденсатор в затворе. Типичная картина: «Ну зачем в затворе электролит? Через затвор не утекает же ничего. А давайте маленькую пленку поставим- пленка лучше!» Далее очень многие жалуются, что «с хорошим пленочным конденсатором» схема не работает, а вот с «плохим электролитическим»- еще как работает. Из этого обычно следует ошибочное объяснение: «ну, это потому что у электролита утечка большая». Многие выбрасывают диод, а С2 шунтируют резистором, чтобы гарантировано «придавить» затвор ниже Vmin- и получают на транзисторе ненужные потери бонусом. Не спорю- решение логичное. Раз через затвор ничего не утекает- «просится» маленькая емкость. Только вот для схемы Крыницкого это «логичное решение» не годится.
Давайте посмотрим что происходит на «идеальных» моделях емкостей в MicroCap 12- то есть гарантировано без утечек. Два конденсатора разной емкости при одинаковом R1 (я взял 1МОм- наиболее «популярную» величину).
Поставили конденсатор С2 малой емкости («пленочный»)- получили пульсации. Потому что он быстро заряжается когда напряжение на С1 достигает максимума (емкость-то маленькая) и быстро разряжается пока оно падет до минимума (потому что диод). А большая емкость инертна- она за половинку периода просто не успевает подзарядиться настолько, чтоб потом разряжаться. А маленькая успевает, даже через «огромное» с виду сопротивление. У Крыницкого емкость «аж» 4 мкф указана не просто так! Небольшие пульсации присутствуют даже на емкости 0.1 мкф- посему конденсаторы малой емкости сюда никак не годятся. Даже самые лучшие и максимально пленочные. Дело-то не в том какой тут конденсатор, а в том, какой он величины. Хотели как лучше- получилось как всегда. ;)
Почему же сгорел мой транзистор?
У схемы Крыницкого и всех подобных есть одно достоинство. Или один очень крупный недостаток- это смотря как посмотреть.
Включили питание, С1 быстро зарядился. И пошел переходной процесс… R1- большое. Следовательно, С2 заряжается медленно. Мееееедленно… Несколько секунд, или даже несколько десятков секунд. Напряжение на С3 и нагрузке тоже растет медленно. Анодное напряжение подается на лампы с большой задержкой- что очень многим шибко нравится.
Пока лампы холодные- все хорошо. Анодное медленно растет, лампа медленно прогревается. Сопротивление нагрузки достигает минимального значения как раз примерно в тот момент, когда напряжение на С3 уже достигло максимума. Транзистор включается в свою нормальную работу, рассеивая некоторую мощность в виде тепла. Небольшую. Пару-тройку ватт всего.
А теперь представим ситуацию- мы выключили только что работавший усилитель, а через 10 секунд включили обратно- анодное с банок уже «стекло», а лампы еще горячие. А то и вовсе, убоявшись отравления катодов, подаем анодное на загодя прогретые лампы.
Что в этот момент происходит с транзистором?
А ничего хорошего. Лампы горячие- электроны спокойно улетают с катода, ток зависит только от величины смещения. Сопротивление нагрузки уже минимально- значит ток через мосфет уже максимален. А напряжение на нагрузке растет медленно. Следовательно- все «лишнее» напряжение падает на мосфете- и рассеивается в виде тепла. Происходит кратковременный, но очень существенный скачок рассеиваемой транзистором мощности.
Вот график этого скачка для нагрузки 2 Ком (например, две лампы 6п3с при анодном 300 вольт и токах катодов по 70 мА- вполне реальная картина).
Чем больше R1 или С2- тем более «пологим» будет этот горбик, но заодно- тем более долгим. Существенно значение рассеиваемой мощности не снизится. Этот график справедлив для R1- 360 КОм, С2 — 10 мкф. При номиналах Крыницкого «вершинка» графика составляет 9.5 ватт. Вот это- цена «задержки». Для биполярных транзисторов картина будет такой же, только еще хуже.
То есть- в течении нескольких секунд (или даже десятков секунд) транзистор должен рассеивать очень приличную мощность, и при том как-то умудриться не помереть от перегрева. Без хорошего теплоотвода это нереально, даже в течении «всего» 20 секунд.
Я не очень дальновидный- и установил транзистор на небольшой теплоотдвод, который спокойно позволял рассеивать «рабочие» два-три ватта. Но однажды включил макет с горячими лампами… Естественно, транзистор такого издевательства не выдержал. :(
Схем таких фильтров в разных вариантах полным-полно, но нигде нет четкого совета по выбору теплоотвода. Всё сводится к «ну поставьте побольше». Для рассеивания моих почти 12 ватт надо примерно 300 квадратных сантиметров поверхности радиатора- это достаточно большой теплоотвод. Вот и выходит, что придется опять ставить здоровенную «железяку», которая 99% времени еще и не работает.
Как этого можно избежать?
Я подумал- а зачем мне эта «задержка» вообще? Завсегда можно просто повесить отдельный тумблер для анодного, либо ввести эту задержку еще каким-нибудь способом… В общем- задержка в этой схеме мне не нужна, а только вредит. Избавиться от нее очень просто, с помощью той самой волшебной детали- супрессора. Конечно, в первую очередь мне пришел в голову стабилитрон, но он сюда не годится. Недорогой стабилитрон средней мощности не способен пропускать через себя большие импульсные токи- он просто сгорит. А вот супрессор- способен, его для того и создавали.
Окончательная схема получила такой вид.
Супрессора я выбирал с пороговым напряжением гарантировано бОльшим, чем максимальное падение на мосфете, но не слишком большим.
Как эта штука работает: в момент подачи питания С3 заряжается одновременно с С1 через открытый супрессор. Одновременно С2 заряжается через «защитный» стабилитрон D2, который работает в режиме прямой проводимости (как диод), а также антизвонный резистор R2- который теперь выполняет функцию ограничителя тока стабилитрона D2, посему поставить его надо! При достижении на С3 определенного напряжения супрессор запирается- и мосфет начинает свою фильтрационную работу.
Что мне это всё дало:
Проблема перегрева полностью решена- рассеиваемая транзистором мощность уже не превышает пары ватт в любой момент времени.
А что происходит с анодным?
За пару секунд мосфет выходит на режим, мягко «дожимая» анодное до рабочего уровня, и никаких бросков тока в цепи питания не происходит.
Достоинства доработаного варианта:
-больше не нужен большой радиатор для транзистора.
-высоковольтный мосфет тоже уже не нужен- потому что напряжение сток-исток никогда не превысит порогового значения супрессора.
-подача анодного остается «мягкой»- посему схему можно применять с заранее прогретыми лампами.
Кстати говоря, вместо стабилитрона D2 тоже идеально подошел бы супрессор, но деталь слишком крупногабаритная, а ток в цепи невелик- потому я решил все-таки не ставить. Но супрессоры вместо «защитных стабилитронов» применять можно и годно.
Практическая реализация получилась весьма компактной:
Для сравнения размеров я обозначил цоколя ламп. Транзистор стоит на маленьком «бульонном кубике»- и ему хоть бы хны! Радиатор во время работы наощупь теплее окружающей среды (25 С), но холоднее кота (38 С)- так что выше 30...35 градусов эта штука не нагревается.
«Доработаный Крыницкий» работает идеально. Никакого даже намека на сетевой фон в колонках не прослушивается. При этом я включал схему хоть с холодными лампами, хоть с горячими- схеме абсолютно все равно.
Примечание: если «такая схема уже была там-то и там-то»- приношу извинения, я не гугол чтоб знать всё. Наверняка была! Решение-то очевидное. Но если я не видел- то мобыть и остальные не видели…
Примечание 2: очень умные и опытные мужики с форума мне сообщили Великий Секрет Древних: достаточно многие диоды обладают склонностью к лавинному пробою в обратном включении, и способны выдерживать приличные токи в таком режиме. Иными словами: встроенный диод мосфета (Body Diod) сам по себе может работать как супрессор. Однако- эта функция «недокументированая», и как расчитывать «пригодность» диода к такому режиму- я пока не понял. Тем не менее- делай я фильтр сразу на мосфете, не исключено что с проблемой «выгорания на работе» я бы не столкнулся.
Супрессор. Не очень популярная в народе деталь- из-за её «узкой специализации». Но иногда весьма полезная и даже незаменимая. Супрессору найдется место даже в ламповом усилителе- ниже я покажу где именно.
Он-же защитный диод, он-же TVS-диод. У него много имен… ;) «Впервые был создан в 1968 году, в США, с целью защитить промышленное оборудование от электрических импульсов природного характера (молний)»
Деталь очень дешевая и продается буквально везде, где вообще продаются радиодетали. На любой торговой площадке, в любом радиомагазине. Я лично покупал на Алиэкспрессе.
С виду как диод. Только в жирном корпусе и с толстыми выводами. Иногда с полоской, иногда без полоски. И проводит в прямом направлении тоже как диод… либо не проводит ни в каком направлении- если полоски нету. В чем отличие?У прибора крайне интересная вольт-амперная характеристика. Она очень похожа на ВАХ стабилитрона. Супрессор, как и стабилитрон, работает на лавинном пробое и в обратном включении. Но есть разница.
Стабилитрон предназначен для поддержания определенного падения напряжения на своем переходе, слабо зависящего от тока, протекающего через стабилитрон.
Супрессор предназначен для пропускания через себя просто чудовищного тока в течении очень короткого времени, величина падения на переходе при этом может существенно изменяться.
Вот картиночка из даташита.
Слева- ВАХ однонаправленного супрессора (который с полосочкой и звонится как диод), справа- двунаправленного (без полоски и не звонится). Двунаправленный можно включать в цепь как угодно- он вообще презназначен для работы на переменном токе, однонаправленный- согласно полярности (полоска традиционно обозначает катод).Параметры супрессора, которые помогут сделать правильный выбор:
Pppd — Peak Pulse Power Dissipation — максимальная мощность в импульсе, которую супрессор способен рассеять без последствий. От сотен ватт и до единиц киловатт.
Vr — Stand-off Voltage — максимальное обратное приложенное к супрессору напряжение, ниже которого ничего не происходит. Супрессор остается запертым и условно никакой ток через него не течет, пока величина приложенного напряжения не превысит Vr. А вот как только превысило- в полупроводнике супрессора возникает пробой, и супрессор начинает пропускать через себя ток, но пока слабенький.
Vbr — Breakdown Voltage — напряжение, которое будет падать на супрессоре при определенном протекающем через него токе. Перевожу на человеческий: «при токе в 1 мА на супрессоре будет именно столько падать». Этот параметр называется также «напряжением пробоя». Начиная с этой точки с ростом приложенного напряжения рабочий импеданс супрессора падает до очень низких значений, ток через супрессор увеличивается по экспоненте. Если совсем грубо- супрессор будто «замыкается накоротко».
Vс — Clamping Voltage — максимальное падение напряжения на супрессоре при максимальном импульсном токе. Поскольку сопротивление даже полностью открытого супрессора все-таки не ноль, хотя и близко- полупроводник нагревается. Чем больше ток- тем сильнее нагрев. Его свойства от этого меняются- и падение на переходе увеличивается. Достаточно существенно: Vc и Vbr могут отличаться на единицы и даже десятки вольт, чего не бывает у стабилитронов.
Ir — Reverse Leakage Current — ток, который все-таки протекает через запертый супрессор. Обычно до десятка микроампер, но кого волнуют такие мелочи…
Vf — Forward Voltage Drop — падение на переходе в прямом включении. Как у диода. Имеет смысл только для однонаправленных супрессоров.
То есть фактически супрессор работает как клапан аварийного сброса давления на паровом котле. Превысили напряжение пробоя- супрессор открылся и все излишки через себя стравил. Напряжение упало- супрессор закрылся обратно и делает вид будто ничего не произошло. Сидит себе и остывает… В достаточно коротком импульсе супрессор способен пропустить через себя ток в десятки, и даже сотни ампер.
Недостаток этих устройств: габариты. Поскольку супрессоры должны рассеивать большие мощности- размеры у них приличные. Полуторакиловаттные обычно в DO-201, шестисотваттные в DO-15. SMD-версии в корпусах SMA и SMB. В прочих корпусах тоже бывают, но нечасто.
Нуок, это теория, а надо практикой проверить. Поскольку супрессор у меня с полоской, и звонится только как диод, да и то в одну сторону- собрал простенькую схемку: трансформатор, выпрямитель, токоограничивающий резистор, и супрессор в обратном включении- как положено. Резистор выбрал таким, чтоб ток через открытый супрессор был где-то 5-6 мА. Достаточный чтоб превышать ток нормирования Vbr, но не сильно большой, чтоб лишний раз не мучать животное. У меня супрессор 1.5КЕ20А- выдерживает в пике до полутора киловатт (потому цифра 1.5 в начале). Напряжение пробоя- около 20 вольт (потому 20 ближе к концу). Максимальное падение- почти 28 вольт, но мне это сейчас не важно. А вот максимальный ток, который он через себя пропускает- аж целых 55 ампер в импульсе. Притом стоит он хоть и дороже спичек, но дешевле пирожка. В этой схеме на нем должно падать 20 вольт (если верить даташиту), или что-то около того.
Практически идеальное попадание. Причем тут на супрессоре не постоянное напряжение, а пульсирующее, а прибор показывает «что-то близкосреднее»- так что попадание вполне можно считать совсем идеальным. А вот «как применяется супрессор» я писать не буду. Во-первых и без меня уже изрядно понаписано, а во-вторых это сбивает с толку. Если прибор традиционно применяется для защиты цепей от импульсных помех- это еще не означает что больше он ни на что не годен. Я также не буду мучать зверей запредельными воздействиями. Не буду разбирать их на атомы. Это diy-статья, а не обзорная. ;)
Если кто дочёл до этого места- далее напишу зачем мне это чудо понадобилось. Будет очень многа букаф!
Вздумалось мне со скуки все-таки сделать ламповый усилитель- в основном для красоты. Ну и чтоб звучал… хоть как-нибудь. А качественный звук (как и качественная жизнь в целом) начинается с хорошего питания. Поскольку излишним аудиофилизмом я не страдаю, и лишний раз ставить громоздкие, дорогущие, а иногда еще и трещащие железяки в конструкцию мне не хочется- выбор пал на так называемый «электронный дроссель», который является транзисторным сглаживающим фильтром. Схем таковых полный интернет, но все оказалось не так просто… Сначала я сделал классическую конструкцию на составном биполярном транзисторе, которая успешно работала. Но в один прекрасный момент, включив макет, я услышал из колонок явственный фон переменного тока, которого быть никак не должно. Полез разбираться. Выяснилось неприятное: транзистор сгорел «с замыканием» и функции фильтрации анодного напряжения, естественно, не выполнял. Из чистого любопытства я решил на этот раз попробовать сделать фильтр на мосфете. Не потому что мосфет «похож на лампы»- mosfet, в отличие от Jfet, на лампу совершенно не похож, а просто из интересу.
За основу была взята понятная, простая, а следовательно- надежная схема Павла Крыницкого. Привожу ее с номиналами элементов, указанными автором. От себя добавил: диодный мостик, конденсатор на входе фильтра (С1), конденсатор на выходе фильтра (С3), и сопротивление нагрузки (Rн- это и есть мой усилитель).
Ярым противникам полупроводников в ламповых конструкциях напоминаю- звуковой сигнал не проходит через фильтр. ;) Он проходит через конденсатор С3.
Теперь разберу «на пальцах» как эта штука работает. И почему у некоторых она не работает. И почему сгорел мой транзистор. И как сделать, чтоб больше ничего не сгорало.Начну с главного: как работает мосфет?
Не погружаясь в глубины физики твердого тела, примерно так: при появлении на затворе (З) некоторого напряжения относительно истока (И), между истоком и стоком ( С) в полупроводнике транзистора образуется канал некоторого сопротивления, через который протекает электрический ток. То есть мосфет ведет себя как электрически управляемый переменный резистор. Сопротивление канала зависит от величины напряжения затвор-исток (Gate-Source voltage — Vgs). Кроме того: существует некоторое «пороговое» напряжение затвора (Gate-Source threshold voltage — Vgs(th)), ниже которого канал не образуется и транзистор не проводит (единицы вольт). А еще существует «предельное» напряжение затвора, выше которого транзистор перегорает (десятки вольт). Сопротивление канала тем выше, чем ниже напряжение на затворе относительно истока, и притом оно не может упасть совсем до нуля, даже когда напряжение затвора максимально. По типу проводимости мосфеты подразделяются на N-канальные (управляющее напряжение положительное) и Р-канальные (отрицательное). Еще мосфеты очень условно можно разделить на «низковольтные» и «высоковольтные»- по предельным напряжениям между истоком и стоком (Drain-Source voltage — Vds, десятки или сотни вольт). В каждом мосфете присутствует «технологический» диод (Body Diod) между стоком и истоком- он показан на схеме.
Которые знают как работает мосфет- переходим к самой схеме.
После подачи питания от трансформатора через диодный мост заряжается входной конденсатор С1. Поскольку «с другого конца» висит нагрузка- заряд с конденсатора туда стекает. Конденсатор заряжается не постоянным напряжением, а пульсирующим (гуглим «как работает выпрямитель»)- с частотой пульсаций 100 герц (удвоенная частота сети). В итоге форма напряжения на его обкладках имеет такой вот вид:
Напряжение меняется от минимального значения Vmin до максимального Vmax. Эти пульсации прекрасно прослушиваются в колонках как «фон», особенно если у вас однотактный усилитель. Размах пульсаций зависит от емкости конденсатора и сопротивления нагрузки (то есть потребляемого усилителем тока). Чем меньше емкость и чем больше потребляемый ток- тем больше размах пульсаций (и громче фон). Можно, конечно, поставить огромную банку на стопицот тыщ микрофарад, но полностью пульсации все равно не пропадут, а большая банка стоит дорого (и место занимает). Потому и были придуманы транзисторные фильтры. Задача фильтра- убрать эти пульсации. Чтоб вместо зубастой пилы получилась ровная горизонтальная линия.
У нас есть мосфет- управляемый переменный резистор. Включить его тут истоком к конденсатору С1 нельзя- потому что все пульсации пойдут в нагрузку через технологический диод. Потому сток- это «вход», а исток- «выход».
Допустим, на затворе есть какое-то напряжение, оно постоянно, и оно таково, что Vgs>Vgs(th). Мосфет открыт- ток течет через него в С3 и нагрузку. Его канал обладает некоторым сопротивлением. Вместе с сопротивлением нагрузки образуется делитель напряжения. Если напряжение на С3 упало- Vgs становится больше, сопротивление мосфета уменьшается- С3 подзаряжается шибче. Как только напряжение на С3 подросло- Vgs становится меньше- сопротивление мосфета увеличивается, С3 подзаряжается слабше. То есть сопротивление мосфета меняется синхронно с пульсациями, а напряжение на нагрузке остается постоянным.
Постоянное и стабильное напряжение на затворе означает постоянное и стабильное напряжение на нагрузке — что нам и надо!
До какой величины можно зарядить С3?
Максимально- до Vmin. То есть до нижней границы пульсаций на С1. Потому что если напряжение на С3 станет выше- «излишек» стечет обратно в С1 через внутренний диод мосфета. Условно будем считать что на этом диоде ничего не падает- поскольку падение на диодах, вообще говоря, вовсе не «0.7 вольта», а напрямую зависит от тока через диод (чем меньше ток- тем меньше падение).
Таким образом задача фильтра- «обрезать всё, что выше Vmin».
Каким должно быть напряжение на затворе относительно «земли»?
Напряжение на С1 меняется от Vmin. до Vmax- пульсирует. Через мосфет в нагрузку протекает ток- по закону Ома на мосфете создается некоторое падение напряжения, в зависимости от сопротивления канала и величины протекающего тока. Поскольку сопротивление канала меняется синхронно с пульсациями- падение также меняется синхронно с пульсациями- от Vds.min до Vds.max. И вот если Vmin+Vds.max получится меньше Vmax- пульсации спокойно полезут в нагрузку. Потому максимальное падение на мосфете должно быть больше или равно размаху пульсаций. Если напряжение на затворе будет слишком велико- сопротивление мосфета окажется слишком маленьким, а Vds.max недостаточным.
Есть еще один момент: напряжение на истоке (а значит на С3 и нагрузке) никогда не превысит напряжения на затворе, а совсем наоборот- будет меньше на величину порогового напряжения (иначе мосфет просто не откроется).
Итого: напряжение на затворе не должно превышать Vmin+Vgs(th)- тогда все получится. Меньше- можно (многие так и делают), больше- нельзя.
:)
Фухх. Так объяснил, что даже сам понял!
Стабильное и постоянное напряжение на затворе обеспечивается конденсатором С2, который может быть небольшим по сравнению с остальными банками. Этот самый С2 заряжается через резистор R1 до определенного напряжения. И вот по задумке Крыницкого, как только это напряжение станет больше Vmin- излишек «стечет» в конденсатор С1 через диод D1- таким образом напряжение на С2, а следовательно и затворе, будет поддерживаться на уровне Vmin (условие «меньше Vmin+Vgs(th)» выполнено), а значит и пульсации в нагрузку не полезут! В этом и гениальность схемы- она универсальна и работает для любых нагрузок, с любыми конденсаторами С1 и С3, а значит с любым размахом пульсаций, не требуя никакой настройки.
Прочие элементы схемы: R2- «антизвонный», запаивается максимально близко к ноге затвора, предотвращает реакцию мосфета на какую-нибудь наводку извне, образуя RC-фильтр с емкостью затвора (она маленькая, но есть). Стабилитрон D2- защитный, с напряжением стабилизации меньше максимально допустимого напряжения затвор-исток. В некоторых мосфетах он уже встроенный, но лучше уточнить по даташиту. Зачем он нужен: допустим, по какой-то причине напряжение на С3 резко упало, либо наоборот- напряжение на С2 резко скакнуло вверх. Тогда «излишек» напряжения с С2 стечет в С3 через этот стабилитрон- и затвор мосфета не выгорит.
Почему схема Крыницкого у многих не работает?
Такие схемы обычно даются без пояснений- в расчете на то, что самодельщик умный. Автор оригинальной схемы даже банки на вход и выход не рисовал, подразумевая что они по умолчанию. Это фатальная ошибка. Я, например, не очень умный…
Оригинал схемы
Вот так «упрощенно» рисовать НЕ НАДО.Если конденсаторы на входе и выходе отсутствуют, либо величина конденсаторов недостаточна- схема работать не будет!
Отдельно хочу упомянуть конденсатор в затворе. Типичная картина: «Ну зачем в затворе электролит? Через затвор не утекает же ничего. А давайте маленькую пленку поставим- пленка лучше!» Далее очень многие жалуются, что «с хорошим пленочным конденсатором» схема не работает, а вот с «плохим электролитическим»- еще как работает. Из этого обычно следует ошибочное объяснение: «ну, это потому что у электролита утечка большая». Многие выбрасывают диод, а С2 шунтируют резистором, чтобы гарантировано «придавить» затвор ниже Vmin- и получают на транзисторе ненужные потери бонусом. Не спорю- решение логичное. Раз через затвор ничего не утекает- «просится» маленькая емкость. Только вот для схемы Крыницкого это «логичное решение» не годится.
Давайте посмотрим что происходит на «идеальных» моделях емкостей в MicroCap 12- то есть гарантировано без утечек. Два конденсатора разной емкости при одинаковом R1 (я взял 1МОм- наиболее «популярную» величину).
Поставили конденсатор С2 малой емкости («пленочный»)- получили пульсации. Потому что он быстро заряжается когда напряжение на С1 достигает максимума (емкость-то маленькая) и быстро разряжается пока оно падет до минимума (потому что диод). А большая емкость инертна- она за половинку периода просто не успевает подзарядиться настолько, чтоб потом разряжаться. А маленькая успевает, даже через «огромное» с виду сопротивление. У Крыницкого емкость «аж» 4 мкф указана не просто так! Небольшие пульсации присутствуют даже на емкости 0.1 мкф- посему конденсаторы малой емкости сюда никак не годятся. Даже самые лучшие и максимально пленочные. Дело-то не в том какой тут конденсатор, а в том, какой он величины. Хотели как лучше- получилось как всегда. ;) Что тут можно улучшить?
Ну, как уже понятно, напряжение на С3 в этой схеме получается в лучшем случае Vmin-Vgs(th), а на самом деле даже меньше- мосфет работает не при пороговом значении (для irf830 это 2 вольта по даташиту). От порогового он только немножечко приоткрывается, а чтоб заработать в полную силу ему больше надо. Фактически мы теряем где-то вольта четыре. И не просто теряем, а эти самые вольты уходят на обогрев мосфета, и окружающей среды заодно. Обидно.
Но можно добавить последовательно с D1 стабилитрон D3 c небольшим напряжением стабилизации, примерно равным Vgs(th) мосфета (я поставил на 2.7 вольта). Совсем выкинуть диод и обойтись одним стабилитроном не получится- у стабилитрона кроме обратной проводимости есть еще и прямая, С2 просто через него зарядится до Vmax и работать схема не будет. А с диодом будет. Итого- пару вольт мы выиграли, мелочь, а приятно!
На самом деле это вариант для перфекционистов- я просто решил «выжать» из анодного максимум, а заодно не греть транзистор дарма.
Сразу возникает желание вообще выкинуть стабилитрон с диодом, а вместо них поставить светодиод с падением 3 вольта- например, синий. Чтоб заодно получилась индикация. Увы- у светодиодов есть такой параметр, как «максимально допустимое обратное напряжение». Оно очень невелико- например, у АЛ102 всего 2 вольта. Обычно 5-8 вольт. В момент включения схемы обратное напряжение будет фактически равно Vmax- ни один светодиод триста вольт не выдержит. :(
Но можно добавить последовательно с D1 стабилитрон D3 c небольшим напряжением стабилизации, примерно равным Vgs(th) мосфета (я поставил на 2.7 вольта). Совсем выкинуть диод и обойтись одним стабилитроном не получится- у стабилитрона кроме обратной проводимости есть еще и прямая, С2 просто через него зарядится до Vmax и работать схема не будет. А с диодом будет. Итого- пару вольт мы выиграли, мелочь, а приятно!
На самом деле это вариант для перфекционистов- я просто решил «выжать» из анодного максимум, а заодно не греть транзистор дарма.
Сразу возникает желание вообще выкинуть стабилитрон с диодом, а вместо них поставить светодиод с падением 3 вольта- например, синий. Чтоб заодно получилась индикация. Увы- у светодиодов есть такой параметр, как «максимально допустимое обратное напряжение». Оно очень невелико- например, у АЛ102 всего 2 вольта. Обычно 5-8 вольт. В момент включения схемы обратное напряжение будет фактически равно Vmax- ни один светодиод триста вольт не выдержит. :(Почему же сгорел мой транзистор?
У схемы Крыницкого и всех подобных есть одно достоинство. Или один очень крупный недостаток- это смотря как посмотреть.
Включили питание, С1 быстро зарядился. И пошел переходной процесс… R1- большое. Следовательно, С2 заряжается медленно. Мееееедленно… Несколько секунд, или даже несколько десятков секунд. Напряжение на С3 и нагрузке тоже растет медленно. Анодное напряжение подается на лампы с большой задержкой- что очень многим шибко нравится.
Пока лампы холодные- все хорошо. Анодное медленно растет, лампа медленно прогревается. Сопротивление нагрузки достигает минимального значения как раз примерно в тот момент, когда напряжение на С3 уже достигло максимума. Транзистор включается в свою нормальную работу, рассеивая некоторую мощность в виде тепла. Небольшую. Пару-тройку ватт всего.
А теперь представим ситуацию- мы выключили только что работавший усилитель, а через 10 секунд включили обратно- анодное с банок уже «стекло», а лампы еще горячие. А то и вовсе, убоявшись отравления катодов, подаем анодное на загодя прогретые лампы.
Надо ли подавать анодное на лампы с задержкой?
Я не нашел однозначного ответа на этот вопрос.
Вот что я вычитал в умной книжке: «Позитивные (положительные) ионы образуются при ионизации остаточных газов в баллонах ламп (практически полного вакуума достичь невозможно). Высокие анодные напряжения ускоряют образование таких ионов. Пространство у катода, заполненное электронами (электронное облако) препятствует загрязнению катода ионами, “нейтрализуя” их. Когда поверхность катода загрязняется ионами, эмиссия электронов уменьшается.»
Но речь идет об очень мощных лампах с очень высокими анодными напряжениями. Про бытовые лампы с низкими анодными никакой информации про отравление катодов ионами мне найти не удалось. Скорее всего проблемы не существует- жалкие 300 вольт вряд ли чего ионизируют.
Тем не менее- если анодное подавать на уже прогретые лампы, но при этом как-то избежать броска тока- вреда не будет.
Вот что я вычитал в умной книжке: «Позитивные (положительные) ионы образуются при ионизации остаточных газов в баллонах ламп (практически полного вакуума достичь невозможно). Высокие анодные напряжения ускоряют образование таких ионов. Пространство у катода, заполненное электронами (электронное облако) препятствует загрязнению катода ионами, “нейтрализуя” их. Когда поверхность катода загрязняется ионами, эмиссия электронов уменьшается.»
Но речь идет об очень мощных лампах с очень высокими анодными напряжениями. Про бытовые лампы с низкими анодными никакой информации про отравление катодов ионами мне найти не удалось. Скорее всего проблемы не существует- жалкие 300 вольт вряд ли чего ионизируют.
Тем не менее- если анодное подавать на уже прогретые лампы, но при этом как-то избежать броска тока- вреда не будет.
Что в этот момент происходит с транзистором?
А ничего хорошего. Лампы горячие- электроны спокойно улетают с катода, ток зависит только от величины смещения. Сопротивление нагрузки уже минимально- значит ток через мосфет уже максимален. А напряжение на нагрузке растет медленно. Следовательно- все «лишнее» напряжение падает на мосфете- и рассеивается в виде тепла. Происходит кратковременный, но очень существенный скачок рассеиваемой транзистором мощности.
Вот график этого скачка для нагрузки 2 Ком (например, две лампы 6п3с при анодном 300 вольт и токах катодов по 70 мА- вполне реальная картина).
Чем больше R1 или С2- тем более «пологим» будет этот горбик, но заодно- тем более долгим. Существенно значение рассеиваемой мощности не снизится. Этот график справедлив для R1- 360 КОм, С2 — 10 мкф. При номиналах Крыницкого «вершинка» графика составляет 9.5 ватт. Вот это- цена «задержки». Для биполярных транзисторов картина будет такой же, только еще хуже. То есть- в течении нескольких секунд (или даже десятков секунд) транзистор должен рассеивать очень приличную мощность, и при том как-то умудриться не помереть от перегрева. Без хорошего теплоотвода это нереально, даже в течении «всего» 20 секунд.
Я не очень дальновидный- и установил транзистор на небольшой теплоотдвод, который спокойно позволял рассеивать «рабочие» два-три ватта. Но однажды включил макет с горячими лампами… Естественно, транзистор такого издевательства не выдержал. :(
Схем таких фильтров в разных вариантах полным-полно, но нигде нет четкого совета по выбору теплоотвода. Всё сводится к «ну поставьте побольше». Для рассеивания моих почти 12 ватт надо примерно 300 квадратных сантиметров поверхности радиатора- это достаточно большой теплоотвод. Вот и выходит, что придется опять ставить здоровенную «железяку», которая 99% времени еще и не работает.
Как этого можно избежать?
Я подумал- а зачем мне эта «задержка» вообще? Завсегда можно просто повесить отдельный тумблер для анодного, либо ввести эту задержку еще каким-нибудь способом… В общем- задержка в этой схеме мне не нужна, а только вредит. Избавиться от нее очень просто, с помощью той самой волшебной детали- супрессора. Конечно, в первую очередь мне пришел в голову стабилитрон, но он сюда не годится. Недорогой стабилитрон средней мощности не способен пропускать через себя большие импульсные токи- он просто сгорит. А вот супрессор- способен, его для того и создавали.
Окончательная схема получила такой вид.
Супрессора я выбирал с пороговым напряжением гарантировано бОльшим, чем максимальное падение на мосфете, но не слишком большим. Как эта штука работает: в момент подачи питания С3 заряжается одновременно с С1 через открытый супрессор. Одновременно С2 заряжается через «защитный» стабилитрон D2, который работает в режиме прямой проводимости (как диод), а также антизвонный резистор R2- который теперь выполняет функцию ограничителя тока стабилитрона D2, посему поставить его надо! При достижении на С3 определенного напряжения супрессор запирается- и мосфет начинает свою фильтрационную работу.
Нюансы:
в момент зарядки С2 через стабилитрон протекает импульс тока, а резистор R2 рассеивает существенную мощность, но тоже в импульсе (несколько милисекунд). Я не смог найти максимально допустимый ток для стабилитронов в режиме прямой проводимости- их в таком включении не используют. Но встречал совет «посчитать из максимальной мощности по падению на переходе». Также я не смог точно выяснить, какую кратковременную перегрузку держат металлопленочные резисторы, но на одном форуме увидел что «200-кратную». Говорят, существуют специальные резисторы для работы в импульсных режимах, но мне не попадались. Посему- на всякий случай взял стабилитрон и резистор помощнее- 1.3 и 0.5 ватта соответственно.
Что мне это всё дало:
Проблема перегрева полностью решена- рассеиваемая транзистором мощность уже не превышает пары ватт в любой момент времени.А что происходит с анодным?
За пару секунд мосфет выходит на режим, мягко «дожимая» анодное до рабочего уровня, и никаких бросков тока в цепи питания не происходит. Первые 200 милисекунд
Ток в нагрузке нарастает быстро, но плавно.
Сопротивление вторичной обмотки анодно-накального трансформатора вполне успешно служит естественным ограничителем тока.
Сопротивление вторичной обмотки анодно-накального трансформатора вполне успешно служит естественным ограничителем тока.Достоинства доработаного варианта:
-больше не нужен большой радиатор для транзистора.
-высоковольтный мосфет тоже уже не нужен- потому что напряжение сток-исток никогда не превысит порогового значения супрессора.
-подача анодного остается «мягкой»- посему схему можно применять с заранее прогретыми лампами.
Кстати говоря, вместо стабилитрона D2 тоже идеально подошел бы супрессор, но деталь слишком крупногабаритная, а ток в цепи невелик- потому я решил все-таки не ставить. Но супрессоры вместо «защитных стабилитронов» применять можно и годно.
Практическая реализация получилась весьма компактной:
Для сравнения размеров я обозначил цоколя ламп. Транзистор стоит на маленьком «бульонном кубике»- и ему хоть бы хны! Радиатор во время работы наощупь теплее окружающей среды (25 С), но холоднее кота (38 С)- так что выше 30...35 градусов эта штука не нагревается.«Доработаный Крыницкий» работает идеально. Никакого даже намека на сетевой фон в колонках не прослушивается. При этом я включал схему хоть с холодными лампами, хоть с горячими- схеме абсолютно все равно.
Примечание: если «такая схема уже была там-то и там-то»- приношу извинения, я не гугол чтоб знать всё. Наверняка была! Решение-то очевидное. Но если я не видел- то мобыть и остальные не видели…
Примечание 2: очень умные и опытные мужики с форума мне сообщили Великий Секрет Древних: достаточно многие диоды обладают склонностью к лавинному пробою в обратном включении, и способны выдерживать приличные токи в таком режиме. Иными словами: встроенный диод мосфета (Body Diod) сам по себе может работать как супрессор. Однако- эта функция «недокументированая», и как расчитывать «пригодность» диода к такому режиму- я пока не понял. Тем не менее- делай я фильтр сразу на мосфете, не исключено что с проблемой «выгорания на работе» я бы не столкнулся.
Самые обсуждаемые обзоры
| +63 |
1382
70
|
| +73 |
2783
46
|
| +13 |
1387
50
|
А простой стабилитрон с резистором между стоком и затвором не даст такой же результат?А, ну да, не даст, глупость сморозил )
Сапрессор — так себе решение… он предназначен для микро… миллисекундных таймингов, а тут в него вдувается почти 10Дж (энергия вых. ёмкости) за десятые доли.
откуда взялись 0.4 и кА?
исходя из озвученных параметров это 4 и 15А.
О еще идея, включать БП через блок плавного розжига ламп, тиристорный, он плавно будет увеличивать напряжение. Но тиристоры любителям звука конечно могут не понравиться ))
У супрессора есть еще один параметр — ёмкость. И она может достигать единиц нанофарад, что ограничивает его применение, например, в сигнальных цепях. К счастью, с ней легко бороться последовательным включением диода. Так что, если видите схему, где последовательно с супрессором стоит диод — это для снижения ёмкости.
Есть пара вопросов. Какой у вас использовался биполярный транзистор, который сгорел? И вы пишете:
Что-то непонятно, за счет чего подача анодного остается мягкой — после включения питания у вас практически мгновенно заряжается С1, а от него через супрессор С3. То есть, скорость заряда С3 будет полностью соответствовать скорости заряда С1, никакой «мягкости» не будет.
P.S. Последний раз вы писали о том, как из транзистора ламповый звук сделать. Всё же сдались и поставили настоящие лампы? :)
C супрессорами до этого момента я особо не сталкивался- бо «узкоспециализированые». И вспомнил-то о них почти случайно. Вообще- любой pn-переход обладает емкостью, в варикапах это свойство является даже основным. ;)
О «мягкости». Мгновенно зарядиться ничего не может- не даст сопротивление обмотки трансформатора, которая ограничивает мгновенный ток. Обычно там десятки ом. Я для моделирования поставил измеренное значение для моей обмотки- 17 Ом, а трансформатор у меня весьма мощный, аж 400 мА на высоковольтной обмотке выдает. Вот вам картинка для первых 200 милисекунд, поскольку картинка из статьи вас не убедила из-за масштаба. Напряжение на С3 уже практически достигло максимума, а вот С2 еще продолжает заряжаться- потому фильтрация пока не выполняется- напряжение пульсирует. Однако, абсолютно никаких резких бросков не наблюдается. Для совсем уж убедительности я вам даже покажу график тока в нагрузке в момент включения. Бросков тока тоже нет!
О лампах… я не буду приводить этот мем, но ситуация напоминает… Вы наверняка видели: чувак пялится в бинокль, говорит «Фу, какая гадость!», после чего продолжает пялиться в бинокль. Лампы оказались достаточно интересными. Так почему бы и нет? Надо ж как-то развлекаться.
Да, ёмкость есть везде, но только у супрессора она на порядки выше. Например, ёмкость 1N1007 — десятки пикофарад, а 1.5KE6V8 — 9500 пФ!
Так это не заслуга вашей схемы, без неё было бы ровно то же самое. Оригинал Павла Крыницкого дает настоящий «плавный пуск», ведь там напряжение растет десятки секунд. После вашей же доработки напряжение стало расти за десятки миллисекунд. Такое назвать плавной подачей напряжения я не могу.
Резюмируя — ваша статья весьма интересная, но не супрессором решать проблему надо было. Вам просто нужен был транзистор помощнее, установили бы вы туда даже 13009, скорее всего, никаких проблем бы не было (хотя его SOA тоже на пределе, т.к. он тоже для переключения).
С IRF830, обозначенным в статье, тоже не всё так гладко — посмотрите его SOA, там просто нет DC:
Высоковольтные ключевые полевики на самом деле часто работают на постоянке даже современные, ирф830 (кстати, apec, harris и st таки дают ДС-ОБР и только вишай что-то темнит) там не обязателен, 740/10N40 будет лучше.
Я б предложил задержку включения на 30с, затем быстрое, 1..2с нарастание до номинала, затем стабилизация на уровне 0,9..0,95 Uвх (в зависимости от пульсаций) — сама идея «фильтра», перегружающегося 100 раз в секунду, калечна.
Интересно, смогу ли это реализовать добавлением 1..2 транзисторов…
Касаемо прочего… Человек, как известно, учится всю жизнь.
Допустим, даже я в «безопасную область» попаду- все равно рассеять почти 12 ватт куда-то надо. Большой теплоотвод автоматом. Я не хотел большой теплоотвод ради только первых 20 секунд- потому решил проблему радикально. Вероятно, далеко не самым удачным способом, но ничего иного просто не пришло в голову без глобальных усложнений. По поводу «очень плавного нарастания», которое дает не только Крыницкий, но вообще любой подобный фильтр- я не очень понимаю на кой оно надо. Ну повысил я скорость «нарастания» с 10 секунд до 50 милисекунд- что от этого принципиально изменилось?
Касаемо графика для 13003- да, вы правы, мой косяк. :( А вот где ошибка с графиком 830- не пойму. 300 вольт 200 мА в безопасной области, 20 вольт 200 мА тоже в безопасной. Вроде все хорошо… График для одиночного импульса разве что. Тем не менее- «крыницкого» делали сотни людей, весь интернет этой схемой забит в различных вариациях- потому что на мосфете можно получить сильно меньшее падение, чем на биполярном, а значит меньшие потери на обогрев окружающей среды. Вроде никто не жаловался. ;)
но зачем — меньше? минимальное падение тут не может быть ниже, чем пульсации на входе. именно они лимитируют падение, а не возможности транзистора.
а падение, повторюсь, лимитируется входными пульсациями, а не минимальным напряжением перехода.
Транзистор мощнее на том же радиаторе! И замерить, до какой температуры успевает нагреться. У вас предыдущий не из-за перегрева сгорел, а из-за выхода за пределы SOA.
В этом я не специалист, но читал, что извлечение рабочего тока из недогретого катода плохо влияет на его здоровье. Поэтому анодное напряжение рекомендовалось подавать спустя 20-30 секунд после включения накала.
В том даташите, что я нашел вообще нет графика для постоянного тока. Но выше уже поправили, что другие производители такой график дают.
Это заблуждение. Падение на биполярном будет ниже — вы же сами писали, что преимуществом схемы является автоподстройка под питающее напряжение и нагрузку. То есть, напряжение на базе/затворе будет равно Umin, а на выходе — соответственно, Umin — 1.3 для составного биполярного и Umin — 4 для полевого (от Vth зависит). То есть, падать тут на полевом будет больше, а не меньше. Ваш вариант со стабилитроном, в принципе, позволит это частично компенсировать, но уровень компенсации будет зависеть от точности подбора стабилитрона.
2. «вряд ли успеет разогреться». А вдруг успеет? Методик расчета либо не существует вовсем, либо архисложные, а надеяться на авось- не мой метод. Замерять нагрев адекватно можно только тепловизором- его у меня нету. Посему- увы. По умолчанию считаю что транзистор перегреется нафиг и сгорит, и от этой печки уже пляшу.
Касаемо падений… да, «в этой схеме» я его минимизировал до размаха пульсаций, в схеме с составным транзистором мне этого на электронных моделях не удалось, так чтоб было приемлемо. С одиночным еще хуже. Для маленького падения нужен очень маленький R1, и автоматом очень большой С2. Мосфет в этом плане немного удобнее…
другое дело, что биполярник отнимает больший ток от фильтрующей rc, но это вопрос не к минимально-возможному падению на нем.
Методики расчета мало того, что существуют, так еще и далеко не очень сложные. Но только в этом случае проще провести опыт. Если не доверяете термопарам, капните на радиатор каплю воды. Если увидите, что начинает закипать, выключайте устройство, температура дошла до 100 градусов, можно считать, что перегрев. А если нет, то повторите опыт с мультиметром и термопарой, она даст достаточную точность для ответа.
ссылка
И правда, дают, и там при 100 В 900 мА можно пропускать, то есть, с огромным запасом:
В линейном оно определяется работой схемы.
Супрессор тоже рано или поздно не выдержит. Потому что вот здесь вы не совсем верно описали:
На супрессоре, если он открыт, всегда падает напряжение в диапазоне от Vr до Vc. И на нём выделяется мощность, равная банально этому падению умноженному на ток в цепи (а «сопротивление» у него, соответственно, равно падению напряжения делить на ток в цепи). А корпус-то у него небольшой, а радиатора совсем нет. Весь прикол «тысячеваттных» супрессоров в том, что у них кристалл «зажат» между двумя площадками на торцах толстых медных выводов и при огромном токе в них гораздо меньше возможность возникновения локального точечного перегрева кристалла, от которого дальше распространяется лавинное разрушение. Но тепло отводится исключительно в теплоёмкость выводов, поэтому время протекания мало-мальски приличных токов через них ограничено микросекундами. В общем, не удивляйтесь, если после нескольких «горячих включений» супрессор у вас отпаяется, а транзистор снова сгорит. Ну или если вы выводы загнули и при отпае цепь не разорвётся — то будут «лёгкие пиротехнические эффекты».
Вот картинка. Ток через супрессор. В первый период- не более 7.5 ампер, далее снижается.
Мои условия этого явно не превышают. Но- будем посмотреть. «Задержек анодного» я не планирую по крайней мере…
Нашел другую картинку:
По моделям: в первый период (8 милисекунд) мощность не превышает 150 ватт на «верхушке» полуволны. Следующая полуволна уже меньше вдвое…
Например, у моего трансформатора первичка имеет омическое сопротивление 8 Ом- я замерял. Прикиньте какой ток будет, если включить в сеть 8 Ом. А на практике ток холостого хода- десятки милиампер. Для вторичек это все тоже справедливо. Не выдаст вторичка 7 ампер- при попытке так нагрузить просто напряжение просядет ниже плинтуса.
«Влияние первичной» мне не надо- мне надо «полное внутреннее сопротивление». Измерить его проще всего подключив две нагрузки- побольше и поменьше- и посмотреть какое напряжение будет на каждой при каком токе. Далее простенький расчет. В общем- займусь на досуге…
Надо.
Не полное, а эквивалентное активное.
А вот это да. Только зачем время тратить? Уберите супрессор и проведите тест нагрева транзистора на конкретно вашем радиаторе за время пуска. И живите дальше спокойно :)
Потом, стандартные термопары типа к- «хромель-алюмель», коих сейчас большинство, «заточены» под сотни градусов обычно, посему- слабопригодны. Даже от мультиметра- там как раз к-термопара. ;) NTC-терморезистор нужен.
В общем- в точность этого способа я не верю, извините. Нужен мгновенный и бесконтактный способ, иначе смысла нет. Наиболее разумное что пока приходит в голову- датчик типа MLX90614 с алиэкспресса к контроллеру прикрутить…
Ерунда. Их характеристика очень близка к линейной, они дают примерно 39 мкВ на градус, посмотрите градуировочные таблицы. Это делает их универсальными для очень большого диапазона температур.
Вы просто хотите придумать себе какие-то дополнительные трудности. Для этой задачи ни точности, ни скорости измерения температуры не надо. Как говорится, кто хочет — ищет возможности, кто не хочет — причины. Я бы просто взял и замерил термопарой, получив приблизительный результат, которого было бы вполне достаточно для принятия решения по транзистору.
И- вернемся к тому, с чего начали. Я с самого начала (в статье) сказал, что задержка не нужна. Ни мне она не нужна, ни лампам. Ни холодным, ни горячим. Отсутствие броска тока «необходимо и достаточно»- оно обеспечивается. Посему- я в любом случае полез бы смотреть температуру супрессора, а не транзистора. А то выше говорят что он у меня сдохнет…
Что вы имеете в виду под броском тока? Входной конденсатор у вас так и заряжается с броском, а, значит, выходной тоже.
Нет, скорее всего, выдержит — у вас переходной процесс 50 мс занимает, за это время он просто не разогреется до сколь-либо значительной температуры.
Под «броском» я имею в виду резкий фронт, как дельта-функция. Как вот выключатель замкнуть- с заряженного кондюка на остальную схему. А по факту выходит «плавный загиб» графика (показывал)- и не важно по какой причине. Что этот самый «плавный загиб» у меня 10 милисекунд, а не 10 секунд- меня вполне устраивает, бо я просто не вижу принципиальной разницы. Решу сделать задержку анодного- сделаю релюхой. Мне это почему-то психологически легче перенести, чем здоровенный радиатор, который в основном не используется… ненавижу когда что-то не используется. :)
О супрессоре. Я тут у STM нашел более интересный даташит на аналогичное изделие.
А там другого и быть не может — каким образом схема на лампах может иметь такой бросок по питанию? Даже если подать его сразу, лампы еще холодные, ток сразу не пойдет. А вот если подать на горячую, услышите щелчок в колонках.
Ну, я сразу сказал, что мое мнение — выдержит. Процесс слишком быстрый. Но не нужен он тут — выше даташит на IRF830 от ST привел, они SOA для DC дают, там при 100 В 900 мА или 90 Вт! То есть, ваши 12 Вт он и при температуре 130 градусов легко выдержит. А уж до такой степени радиатор точно за 20 с не нагреется.
Эм… мне не нужно «мнение», мне нужно точно. ;) Я уже успел заказать последних трех СТМовских супрессора в чипе-дипе, и пофигу сколько они стоят (по 130 рублей). На 15 вольт взял- вполне достаточно, а зверям полегче будет. Ну и запаяю с максимально длинными выводами- для отводу тепла, плата позволяет. Потому что СТМ приводит график, согласно которому- выдерживают, и даже вполне себе легко. Фирменные китайцы, скорее всего, вообще ничем не отличаются, но графиков таких долгих не приводят. :( Хотя если визуально продлить то, что приводят- примерно оно и получается.
А вот голый мосфет- увы. График, где 90 ватт- он на 10 милисекунд только. А без супрессора процесс идет несколько секунд, пик мощности тоже не мгновенный. А выше уже писали про «локальный перегрев»- выгорание части транзисторов в матрице мне ни к чему. Ориентироваться на «да не парься, чувак, выдержит!» из интернета- ну такое себе. Без обид. ;) Как расчитывать нагрев с моим дохленьким радиатором- понятия не имею. :( Площадь там 50 квадратов примерно, теплоемкость- вообще никому неведома, даже производителю этой люминьки…
Теперь по поводу нагрева. Обычно в даташите даются мощности для 25 градусов на корпусе, для большей температуры максимальная мощность линейно меньше. Ваши 12 ватт транзистор выдержит при температуре корпуса около 133 градусов! Вы правда думаете, что радиатор за 20 секунд разогреется сильнее?
Я вам цифры из документации привел, а не собственные домыслы.
Как вы тогда для установившегося режима уверены, что радиатора хватит? :) Вы же расчетов не проводили.
Вы, конечно, можете использовать любое решение. Нравится вам вариант с супрессором — пожалуйста, это ваш выбор. Просто зачем усложнять схему без лишний надобности? ) Вот если бы вы сказали, что провели опыт и конкретно ваш радиатор успел нагреться до 100 градусов за время пуска, тогда и надо было бы искать другое решение. У вас вон дохленький 13003 работал раньше в этой же схеме и вы даже не думали о каких-то теоретических размышлениях )
О «теоретических размышлениях» вообще мало кто думает, пока что-нибудь не сдохнет… Жечь транзюки в «опытах» я не буду- я просто применю то, что вполне эффективно работает и гарантировано не дохнет. ;)
Ну пощупайте транзистор на плавном старте, раз доверяете :) Вы уже столько сообщений написали, но ни разу не проверили, а ведь это самое простое, имея на руках железку.
Вывод — ничего городить не надо, подходящий транзистор прекрасно справится с задачей сам. Причем, сделать это он сможет раз 5 подряд.
Я не сторонник «проверять», не зная результат заранее. Окей, раз 5 он «сможет», а на шестой раз? ;) Если я чего делаю- изделие должно быть пригодно для эксплуатации даже «бабкой с ведром» после моей смерти. Ну вот бзик у меня такой.
За эксперимент- спасибо! Если бы этот диалог состоялся месяц назад- очень может быть что я бы не стал «городить». Но скорее всего- все равно стал бы. ;)
А на 6-й ваш супрессор отпаяется и замкнет что-нибудь внутри корпуса ))
Нуок, я вас услышал. В любом случае было познавательно.
т.е. что-то вроде 250В/2/17Ом~те самые 7.5А. 7.5А*125В это киловатт. на нещасном транзисторе в то92.
тут надо или чем-то ограничивать ток (но во время запуска его нужно ограничивать сильнее, чем в установившемся режиме, что усложняет реализацию), или напряжение (чем собственно и занят супрессор, прощай плавный подьем напряжения).
Очень-очень далеко от ноля.
Но труд конечно огромный. Плюс однозначно.
Спасибо за обзор, есть моменты где такие супрессоры надо поставить в БП на работе.
прочел обзор до конца? хотябы по диагонали? а не только картинки посмотрел.
обычно скоростной диод + резистор для рассеивания мощности. еще нередко добавляют емкость для сглаживания ВЧ-шумов. ну или сложнее.
Калькулятор
Во вторых, Крыницкий к схеме «электронного дросселя» имеет отношение только потому, что напечатал её на сайте www.radiolamp.ru/drossel.php в 2009 году.
В третьих, в таком виде, как в статье — это вариант схемы, предложенный Е. Карповым.
В четвертых, практически используют такую схему, без выкрутасов с супрессором и прочим.
Или IRF830 параллельно с резистором R=300В/55ма = 5К (или 10К) мощностью на 2-5Вт, чтобы сразу на лампы шло небольшое напряжение и небольшой ток, не нагревая транзисторы (но можно и не ставить).
Схема типа такой (неправильная просто для иллюстрации из онлайн редактора), типа напряжение выросло, нижний транзистор открылся, верхний закрылся. И наоборот, напряжение в сети просело и верхний сразу закрывается.
Хотя конечно для звука не подойдет, решение с защитным диодом лучше. Или защитный диод + последовательно резистор на 50 Ом.
Кстати, когда я подал анодное на горячие лампы (с целью проверки работоспособности «улучшенной» схемы)- заметил небольшую как бы «вспышку» синего свечения на баллоне 6п3с, потом оно «стабилизировалось»- то есть какой-то небольшой колебательный процесс там все же идет, несмотря на «плавный загиб» анодного в начале- это вот аргумент в пользу вашей версии («супрессор не надо»). А если подавать анодное сразу с заряженной банки- страшно представить что там будет.
Это не на тех форумах, где кабели питания из бескислородной меди за пол ляма покупают? :)
Основная проблема — это зарядка ёмкостей в схеме. Например, зарядка конденсатора катодного смещения вызовет кратковременное повышение тока до уровня Uсм = 0 с последующим снижением его до рабочего. Это, в свою очередь, вызовет очень сильный щелчок в АС.
Что нашли причину «всплеска» синего свечения- огромное спасибо! :) Теперь я окончательно успокоился. Ну и заодно утвердился в мысли лампы предварительно не прогревать…
Про синие свечение я не говорил) Я не знаю, отчего оно возможно вообще в лампе — остаточные газы? А про ток — это просто следствие работы схемы автосмещения. Если смещение подать с внешнего источника на сетки, таких проблем не будет.
Про синее свечение я говорил. Оно локально на баллоне, так что точно не газы. Напротив щелей анода, кстати. В 6п3с частое явление на новых лампах. Просто удобная «бонусная» индикация получилась. О природе этого свечения спорят до сих пор, даже были версии что «Вавилова-Черненки».
Решений несколько — включать в определенное время (на максимуме напряжения) или мотать трансформатор с запасом по напряженности магнитного поля, чтобы не входил в жесткое насыщение при двукратном превышении тока.
Видимо, мой основной трансформатор 220-220 намотан с каким-то запасом, что у него особенных бросков я не замечал.
Где-то тут выше я озвучивал «решение»- NTC-резисторы последовательно, замыкаемые релюхой после «выхода на режим» трансформатора- чтоб остывали когда не нужны. Релюха подключается к накальной обмотке. Просто, дешево, и не надо ломать голову отслеживанием напряжения в момент включения.
Черненко эт про другое)
пс. Интересно тут у вас)
У меня тоже незакрытый гештальт висит,
с ламповым усилком, и чтоб всенепременно с красивыми, светящимися лампами напоказ, с привлекательными выпуклостями
и собственноручно намотанными пудовыми твз)
А нет фоток включенного усилка, полюбоваться свечением?
Фоток нет- поскольку нет самого усилка. Пока есть только плата, прикрученная к фанерке. Фотки рекомендую нагуглить- в гуголе оно красиво! В реальности «так себе»- достаточно тускло и маловыразительно. В темноте видно хорошо, при свете почти не видно.
возможно раньше попадались только мелкие картинки?
А то я тут шифт-контрол-ц и лазаю по дереву элементов.
Спасибо!
интересно.
Потом всё равно это вылезет.
А формулы/правила для расчета теплоотвода не подскажете?