Высоковольтный усилитель для измерения ламповых каскадов

[I_Avals]

Создать тему меня побудил диалог в одной из соседних тем

On ‎5‎/‎20‎/‎2021 at 10:46 PM, Василичь said:

Нужен генератор  имеющий выходное напряжение до 10-20 вольт

On ‎5‎/‎21‎/‎2021 at 9:13 AM, Анатолий Алеко said:

Согласен. Но нет генератора такого.

Казалось бы, непроходимая проблема. С одной стороны, исследуем отдельно взятый выходной каскад. Т.е, в соответвии с методикой мы должны подать ему на вход чистую синусоиду. Да ещё с амплитудой до нескольких десятков Вольт. Не каждый промышленный генератор способен на это. И, как правило, они имеют серьёзные габариты и цену. А нужны далеко не каждый день. Как же быть? Года тому назад я решил этот вопрос, сделав усилитель к звуковой карте. По весьма простой схеме и из более чем доступных транзисторов.

  

"Нижний" канал обеспечивает нужное усиление и амплитуду выходного сигнала, "верхний" выдаёт точно такой же, но инвертированный сигнал. В результате, есть возможность исследовать двухтактные выходные каскады. Причём, обеспечив буквально идеальную симметрию раскачки. Возможности усилителя демонстрирует спектр искажений при выходном напряжении каждого канала в 75 В RMS, что соответсвует 106 В амплитуды.

Глубокая ООС и ЭП на выходе дают очень низкое значение выходного сопротивления. Видно, что разность выходных напряжений каналов не превышает 0,01 дБ. Такая точность согласования достигнута подбором величины R17 при настройке. Искажения "верхнего" канала несколько выше, чем "нижнего" из за того, что он инвертирует усиленное "нижним" каналом напряжение с выхода звуковой карты. Можно было бы поставить какой либо фазоинвертор перед усилителями, что подравняло бы их искажения. Но, я не увидел в этом никакой пользы, поскольку искажения даже самого "плохого" канала минимум на порядок ниже ожидаемых искажений тестируемого каскада. И особой погрешности в измерения не внесут. Конструкция получилась компактной, много места не занимает.

 

 

Сзади можно видеть вход RCA и выход Jack 6.3, для компактности. Один выключатель сетевой, второй закорачивает переходные конденсаторы, делая выход "открытым" или "закрытым", по мере потребности. Конденсаторы и переключатель на схеме не показаны. Но, на фото видны.

Надеюсь, что подобная идея расширения возможности дмашней лаборатории, не требующая особых затрат и места, при высоком качестве, может оказаться полезной.

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[I_Avals]

Печатная плата

И расположение элементов

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[рижанин]

Если я всё правильно понял, то питание однополярное, в районе +150...180В, и подаётся в середину схемы, т.е. на выв.6.?

Вых. сигналы снимаются с выв.3 и 5 в противофазе.? и на них присутствует прим. половина напр. питания.? А если взять однофазный сигнал непосредственно с них, то вых. напр. будет ещё больше (раза в два).?

 

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[I_Avals]

Середина схемы... Сильно сказано. Да, питание однополярное и нестабилизированное. Переменка подаётся на клеммы 6, 7, с перемотанного трансформатора, на котором указано новое напряжение вторички - 255 Вольт. На C7, где то, в районе 300-т Вольт. На эмиттере повторителя, ~ 150. Если интересно, могу измерить режимы в схеме.

4 hours ago, рижанин said:

Вых. сигналы снимаются с выв.3 и 5 в противофазе.?

Конечно. Если нужны противофазные, для двухтакта. Для тестирования однотакта лучше снимать с вывода 5. Там искажения меньше.

4 hours ago, рижанин said:

если взять однофазный сигнал непосредственно с них

Да, он будет удвоенной амплитуды (до 200-т Вольт пика), но никак не связан с общим проводом. Точнее, симметричен, относительно него. И, "поднят" примерно на 150 Вольт.  С трудом могу себе представить, где такое нужно. Разве что, для раскачки Стаксов.

Это не очень очевидно, но усилитель имеет двухтактный выход. Что позволяет ему как отдавать, так и принимать ток. Это обеспечивает нормальную работу на довольно низкоомную нагрузку.

[Alex-007]

У КТ940 К-Э максимум 300 В. Как-бы совсем без запаса. Инцидентов не наблюдалось?

[I_Avals]

Думаю, всё же стоит выложить режимы.

Напряжения К-Э VT3 115,5 Вольт, VT4 - 179 Вольта. Если добавить к этому 106 Вольт амплитуды, при которой измерялся КНИ, получим 285 Вольт. Близко. Но, смертельно ли? А  душа, по всему, требует запаса. Давайте посмотрим, есть ли он?

Отчего погибает транзистор? От того же, что и Вселенная. Причина, для всех, одна. Тепловая смерть. Только, Вселенная от охлаждения. А транзистор - от перегрева. А вот причин перегрева может быть много. Но, раз мы заговорили о допустимом напряжении, нас будет интересовать лавинный пробой. Как раз и возникающий при превышении пробивного напряжения. После чего, ток через переход начинает неуправляемо расти, зачастую будучи ограничен только возможностями ИП. В результате, перегрев. И, тепловая смерть. Для КТ940 справочники определяют значение пробивного напряжения коллектор-база как 300 / 250 / 160 Вольт, в зависимости от буквы. При условии, что между базой и эмиттером стоит 10 кОм. Это, естественно, минимальное гарантированное значение. А сколько на самом деле? Давайте померяем. Подадим 600 Вольт, и посмотрим, где транзистор пробъётся. Так это ж тепловая смерть! А вот и нет. Если мы отграничим ток и, соответственно, мощность на переходе. Сотни миллиардов стабилитронов во всём мире именно так и работают. Такой лавинный пробой называется обратимым. Сделаем простую установку. Выпрямитель сети, с удвоением, на 1N4007 и конденсаторах 1,5 мкФ, 400 Вольт. Потом, через ограничивающий резистор 100 кОм, 1/2 Ватта, тестируемый транзистор с сопротивлением 10 кОм между Б и Э. Транзистор взял КТ940Б с пробивным, по паспорту, 250 Вольт. Включим

УЖОС!!! Как сказал бы Василичь. Хотя, паспортным данным соответствует. Но, попробуем уменьшить резистор до 1-го кОма

Как сказано в одном известном анекдоте - Ну, ужас.... Но не Ужас!!!! Ужас!!!! Напоследок, закоротим

Вот и совсем хорошо. В общем, видим, что пробивное напряжение самым серьёзным образом зависит от сопротивления, шунтирующего переход Б-Э транзистора. В моей схеме, перед VT3 стоит транзистор с током коллектора в 0,6 мА, перед VT4 - с током 7,3 мА. Грубо, 0,6 Вольта / 0,6 мА и есть тот самый 1 кОм, при котором транзистор имеет пробивное более 400-т Вольт. В общем, Alex-007, никаких признаков беды при эксплуатации усилителя не наблюдалось. Правда, сразу скажу - 106 Вольт амплитуды были только однажды, при тестировании возможностей усилителя. В реальной жизни, выход такого уровня ни разу не понадобился. И транзисторы стоят с буквой "А". Вот такие, при 10 кОм Б-Э

P. S . Показанное явление обратимого лавинного пробоя можно использовать, если понадобятся высоковольтные стабилитроны. Можно использовать пробой в обратносмещённых выпрямительных и импульсных диодах. В транзисторах Б-Э лучше коротить. Это увеличит температурную стабильность напряжения. И, естественно, всё надо подбирать. Напряжение лавинного пробоя обычных транзисторов / диодов не калибровано и может иметь заметный разброс от экземпляра к экземпляру. Но, иногда, чем бежать в магазин, можно покопаться в сусеках. Если нужен стабилитрон на 530 Вольт.

[тимвал]

20 часов назад, I_Avals сказал:

Возможности усилителя демонстрирует спектр искажений при выходном напряжении каждого канала в 75 В RMS, что соответсвует 106 В амплитуды.

Хотелось бы увидеть прямоугольник или хотя бы треугольник килогерц хотя бы 5-ти. Ну или 3кГц. на худой конец. 

А устоявшийся синус при такой глубокой ОООС абсолютно ничего не "демонстрирует". 

[I_Avals]

Валерий Сергеевич! Это усилитель не аудиофильский, для прослушивания музыки, а измерительный. Прочтите название темы. Он призван компенсировать ограничения используемых для измерения звуковых карт, подобно другой моей разработке. Прежде всего, предназначен для исследования свойств отдельно взятых выходных каскадов. Для которых предстоит определить мощность, искажения и выходное сопротивление. Или, скажем, подобрать оптимальную нагрузку. Всё это я делаю на частоте 1 кГц. Для которой и привёл характеристики. Исследование каскада прямоугольником, треугольником, кругом или иными геометрическими фигурами, в мои планы не входит. В справочном порядке выложу АЧХ

И, напомню - усилитель используется на частоте 1 кГц, для упомянутых выше измерений. Всё, что от него требуется - максимально точно усилить сигнал карты до нескольких десятков Вольт. Поэтому, его шум, уровень фона, искажений и неравномерность АЧХ на краях, при их теперешней величине, моим измерениям абсолютно не мешают. Всё параметры, безусловно, можно ещё более улучшить. Но, практической необходимости в этом я не вижу.

[Гость]

2 минуты назад, I_Avals сказал:

безусловно, можно ещё более улучшить.

Простите, что вмешиваюсь. Просто хочу попробовать собрать вашу схему. Цель одна. При больших значениях КО требуются значительные амплитудные напряжения.
При вашем усилителе генератора можно ли как то улучшить "полку" в диапазоне НЧ от 100 до 20 Гц.? Если измерять потом АЧХ усилителя.
Еще. Питание можно же улучшить или не стоит?
Спасибо за печатную плату. Детали все есть, кроме пока силового. 

[Василичь]

49 минут назад, тимвал сказал:

Хотелось бы увидеть прямоугольник

А нам он и нафик не нужен! Ни когда не тыкайте меандр на вход УНЧ! Нет в природе  такого сигнала. Какой смысл это  делать ,если есть у каждого на столе нормальный  Спектроанализатор измерительный. Это в прошлом веке тыкали  прямоугольный сигнал  что б по быстрому посмотреть АЧХ  приблизительно. Тем более  УНЧ ламповые с ТВЗ на выходе не воспроизводят прямоугольный импульс. А динамик  тем более.Для экспериментов мы  синусоиду  применяем. Вот фирменные  ТВЗ прямоугольник.

 

[I_Avals]

27 minutes ago, Анатолий Алеко said:

можно ли как то улучшить "полку"

Достаточно увеличить С1 до 1-го мкФ. Именно он даёт спад на НЧ. При желании устранить подъём на ВЧ установите 4,3 пФ параллельно R8 и 3 пФ параллельно R15.  В зависимости от применяемых транзисторов, возможно, потребуется уточнить номиналы.

27 minutes ago, Анатолий Алеко said:

все есть, кроме пока силового

Силовой, любой, от 5-ти Ватт. Я взял первый попавшийся, китайский, и перемотал вторичку на 255 Вольт. Всё.

[Гость]

4 минуты назад, I_Avals сказал:

Достаточно

Спасибо. Приму к сведению.
ТС придется самому мотать. Подберу подходящий. ТС-60 от видика Электроника подойдет?
А на счет БП?

Изменено 23 мая, 2021 пользователем Гость

[I_Avals]

Напряжение после выпрямителя 310 Вольт. Вся схема потребляет 17 мА.  Считайте, хватит ли ТС-60.

[Гость]

Да, хватит. Спасибо. Чет я затупил.

Так надо ли (можно) как то улучшать БП или как есть оставить?

 

[I_Avals]

Дело Ваше. Мне хватает того, что есть.

[тимвал]

43 минуты назад, I_Avals сказал:

Валерий Сергеевич! Это усилитель не аудиофильский, для прослушивания музыки, а измерительный. Прочтите название темы.

А к измерительным схемам требования ещё выше!  Впрочем у Вас свои представления об измерениях...

[Obergan Alexey]

On 5/23/2021 at 7:30 PM, тимвал said:

А к измерительным схемам требования ещё выше!

А смысл, этих повышенных требований, для измерений выходного каскада ? Сколько искажений вносит выходной каскад ? В самом лучшем случае 0.1% И чем для данной задачи плох прибор с искажениями в 0.005%

[Obergan Alexey]

Повторил данный усилитель, но пришлось немного помучаться.

В симуляторе был возбуд, пока не увеличил C4 до 330 пФ. По крайней мере с транзисторами MJE340 и 2n3904. В железе же с такой ёмкостью не хватало скорости нарастания и уже на 8-ми килогерцах вместо синусоиды была какая-то хрень. Но оказалось, что в железе всё прекрасно работает и с ёмкостью в 33 пФ. И тогда уже на 18 кГц проблем нет(на 20-ти ЗК начинает сильно амплитуду заваливать). Правда в первых двух каскадах у меня s8050 стоят.

По крайней мере приблизился ещё на шаг к испытанию каскада на ГУ-50.

[Obergan Alexey]

Предлагаю доработать схему так, чтоб была безопасна к козе. А то одно неверное движение и 5 транзисторов отечественных, 3 стабилитрона импортных, всё, что нажито непосильным трудом. Короче, жалко не столько компоненты, сколко времени на перепайку...

[z_vip]

@Obergan Alexey Привет

А задача защиты для высоковольтной схемы не тривиальная

Простой вариант - ограничительные резисторы на выход, подобрать по максимальной мощности рассеивания транзисторов.

Либо защитные транзисторы для ограничения тока по подобию выходных каскадов усилителей(хотя ток измерительный резистор нужно ставить в цепь коллектора выходных транзисторов - не так просто как выглядит, типа моя хотелка)

Вообщем нуна симуляция

Удачи