Радио лампы стреляют. Все. Гарантировано. Различается лишь вероятность этого события. Но готовится к нему заранее все равно надо в любом случае.

Защита мощных триодов

Часть 1. Защита управляющей сетки

Простейшая схема лампового усилителя с общей сеткой показана в несколько упрощенном виде на следующем рисунке.

Точнее, говоря, эта схема показана черными линиями: сетка сидит на корпусе прямо, катод – через дроссель (или через дроссель + стабилитрон смещения).

А красными линиями показан путь тока при разряде  ("простреле") в лампе. Путь этот ужасен: заряженный до единиц киловольт большой (несколько десятков мкФ) конденсатор анодного блока питания (С2 на нашем рисунке) через анодный предохранитель (если он есть), анодный же дроссель  и плазму "прострела" в лампе оказывается подключен к сетке лампы. Омическое сопротивление этой цепи мало, и импульс ток разряда конденсатора прыгает до сотен (!) ампер. Естественно, что ни сетка лампы, ни дроссель, ни предохранитель на такие цифры не рассчитаны. И начинают гореть. Но время сгорания предохранителя исчисляется многими десятками миллисекунд.  За это время тонкая проволока (или фольга) сетки тоже успевает частично расплавится. Да и дроссель, получив такой токовый удар, если и не сгорит, то ссыплется в кучу, за счет огромной силы притяжения витков (как в электромагните).

1. Вывод неутешителен: защита только анодным предохранителем – это фиговый листик,  не предохраняющий лампу от необратимых повреждений. Сетка ламп, испытавших прострелы (даже при наличии анодного предохранителя ), выглядит печально - часть ее металла сгорает, а оставшийся вокруг места сгорания торчит лохмотьями (нередко замыкая сетку на катод).

2. Ясно, что оставлять лампу и детали вокруг нее беззащитными перед прострелом (т.е. делать, как показано на рисунке черными линиями) – или роскошь (менять лампы и ремонтировать усилитель после каждого прострела) или наивность (думать, что "вот у меня-то лампа не стрельнет никогда"). Поэтому лампу, как правило, защищают посерьезнее.

Возможные простейшие защиты (их используют как поодиночке, так и комбинируют)  показаны на верхнем рисунке зеленым цветом и пунктирными линиями:

3. Наличие резисторов, ограничивающих ток в аноде и в сетке, дело неплохое. И удары тока при простреле меньше, и сетка скорее всего останется целой. Но вот восстанавливать  усилитель после прострела все равно придется (как минимум – сеточный резистор менять). А хорошо бы сделать так, чтобы после прострела ничего не надо было ремонтировать.

Для этого измеряют ток сетки (как втекающий в нее, так и вытекающий), и при превышении определенной величины (не 50 А, нет, очень намного меньше, несколько сотен mA) триггерная релейная защита отключает усилитель от сети. Идеология решения состоит в том, что при простреле не должно ничего выходить из строя. Так работает, например, Triode Board G3SEK.

Идея хорошая. По сути, самое начало развития процесса прострела ловится "на взлете", при относительно малых токах.  Правда пока сработает релейная защита пройдет с десяток миллисекунд в лучшем случае. А все это время ток будет лавинообразно нарастать. Плюс (вернее минус) еще и  то, что такой защитой отключается не анодная цепь, а общая сеть.   Заряженный же конденсатор анодного блока питания (а именно он дает огромные токи при разряде) будет все равно разряжаться через лампу.   Ну и  после срабатывания защиты, ее надо вручную сбрасывать, для возврата усилителя в рабочее состояние.

4. Недостатки предыдущего решения связаны  с тем, что в принципе допускается возникновение прострела, а его последствия лишь минимизируются.   Давайте попробуем сделать так, чтобы ток прострела ни при каких условиях не возрастал бы до опасных величин. А для этого внимательно посмотрим на первую схему в этой статье. Ток при простреле вытекает из сетки. А ведь при нормальной работе лампы ток в сетку только втекает (сетка отрицательнее корпуса). Решение напрашивается очевидное и простое до неприличия: установить в сетку высоковольтный диод, как показано на следующем рисунке:

D1 - выпрямительный диод (или несколько диодов последовательно), выдерживающий полное анодное напряжение. Я применял 1N5408 (один такой диод допускает до 1 кВ обратного напряжения).

С7 - блокировочный ВЧ конденсатор, выдерживающий полное анодное напряжение. Я использовал конденсаторы FKP - они выпускаются на напряжения 1,6 ... 4 кВ, доступны (на напряжение 2 кВ их можно найти в старых мониторах на вакуумных трубках) и дешевы, но можно любые, например, керамические К15 для высоковольтных импульсных цепей.

Рассмотрим, что происходит (вернее, не происходит) в данной схеме.

При нормальной работе усилителя лишь добавляется 0,6 ...1,8 В к напряжению смещения (падение нормального сеточного тока на 1 ... 3 открытых диодах – сколько их понадобилось для того чтобы они выдержали полное анодное напряжение). В большинстве случаев на такую добавку к смещению можно не обращать особого внимания.

Теперь пусть между анодом и сеткой возникла паразитная ионизация (например, от перекачки по входу усилителя). Анодный С2 через дроссель и ионизацию в лампе пытается разрядится. Но по пути он встречает наш "подарок": диод D1 в обратной полярности. И на этом всё. Да, анодное напряжение кратковременно окажется на сетке и приложится к диоду D1 и конденсатору С7. Но они на него рассчитаны и с ними ничего не произойдет.

А ток нашего так и не сумевшего начаться прострела, через сетку не превысит сотен микроампер, т.е. максимального обратного тока диода.

Иными словами, прострел умрет не начавшись - на его пути встанет запертый диод. Поэтому плавить сетку просто нечему. Поэтому же нет никакой необходимости в токоограничительных резисторах в аноде и сетке.

Нюанс: обратный (при отрицательном смещении) ток сетки должен быть намного меньше  обратного тока защитного диода (фактически, отрицательное напряжение смещения подается на сетку через делитель из обратных сопротивлений полупроводникового диода  и вакуумного диода сетка-катод). Обычно это выполняется (токи утечки в вакууме куда меньше, чем в кристалле полупроводника). Но если нет (выглядит это как начальный ток лампы намного выше ожидаемого, т.к. до сетки доходит не все, а лишь часть напряжения отрицательного смещения), то обратное сопротивление защитного диода надо снизить. Т.е. установить параллельно ему резистор. Поскольку этот резистор (как и диод) при пробое должен кратковременно выдерживать полное анодное напряжение, то он должен быть набран из нескольких последовательных мощных проволочных резисторов. Например, в одном из случаев я применял три последовательно соединенных резистора 15 кОм по 10 ватт каждый. Уточню: эти резисторы нужны только если сетка лампы имеет большой обратный ток утечки.

 

Решение было проверено на двух усилителях на триодах с общей сеткой : Ameritron AL - 811H на четырех лампах 811A и самодельный РА на трех ГИ7Б. Для испытаний были установлены (поочередно) шесть разных комплектов старых и плохих ламп (уже свое отработавших и лежавших в ящике в ожидании выбрасывания на помойку – в Германии запрещено выбрасывать электронику в бытовую мусорку, надо ждать специального дня ~ раз в полгода, когда в районе собирают электронный мусор), которые без защитных диодов в сетке не работали: бодро искрили и жгли сеточные резисторы и анодные предохранители не позднее, чем через несколько минут после включения.

После установки диодов (отдельно в каждую из сеток параллельно соединенных ламп) ситуация кардинально изменилась:

- четыре комплекта ламп (напомню, из кандидатов на помойку) заработали. В первый час работы каждого из комплектов стрелка анодного тока периодически (вначале где-то раз в минуту, потом все реже) кратковременно (на доли секунды) подергивалась вверх процентов на 30%, а выходная мощность во время этих подергиваний падала на 20%...50%. Это пытались проявить себя прострелы. Но у них мало что получалось. Защитные диоды в сетках не пускали.

- через час работы у трех из вышеупомянутых четырех комплектов подергивания прекратились, и усилители продолжали совершенно нормально работать (повторю - на лампах, которые в стандартной схеме работать уже не могли).

- у оставшегося комплекта подергивания остались и через час работы.

- сигнал в эфире по отзывам корреспондентов был нормальным. "Подергивания" мощности были слышны корреспондентам, но на спектр сигнала и его разборчивость они практически не влияли.

- два комплекта ламп вовсе отказались работать и давали прострелы, с выбиванием анодного предохранителя. У этих ламп прострел в сетку, конечно, тоже не шел (некуда ему, через диоды-то). Но лампы этих комплектов были настолько старые и набравшиеся воздуха, что прострел шел на катод. Понятно, что эти лампы уже были полностью неисправны и работать и не должны были. Но защищать остальные детали усилителя от прострела анод-катод все же желательно. Этим мы и займемся во второй части статьи.

 

Часть 2. Защита катода

Ток в катод всегда втекает. И при нормальной работе, и при простреле. Поэтому диодом тут не обойдешься. Схема катодной защиты должна иметь некую логику работы.

Выбор логики работы

Простые схемы токовой защиты работают как бдительный, но недалекий  вахтер, который при выходе контролируемых параметров за установленные границы отключает усилитель от сети и сообщает:"Хозяин, какая-то ненормальность была. Я на всякий случай всё выключил, а ты разбирайся что там произошло."

Но, во-первых, далеко не при каждом выходе катодного тока за рабочие пределы надо выключать усилитель. Хорошо известно, что кратковременные небольшие прострелы если ограничить их ток безопасной величиной не повреждают лампу, и она может спокойно работать дальше. В такой ситуации не то что сеть выключать, а даже переходить из режима передачи в режим приёма незачем.

Во-вторых, при простреле большим и ничем не ограниченным  током, отключение сети мера совершенно недостаточная. Ведь источник больших токов при простреле не сеть, а заряженный конденсатор С2 анодного выпрямителя. Например, заряженный до 1,8 кВ конденсатор емкостью 78, мкФ (это 6 штук 470 мкф х 400 В, включенных последовательно в умножителе сети на 6) обеспечит в течение 5 мс средний ток от 25 А (а пиковый в первые миллисекунды намного выше). И, если ток прострела специально не ограничивать до безопасных величин, то он прыгнет до указанных величин, невзирая на отключение усилителя от сети.

Кроме того, в любом случае любая релейная защита (отключающая, например не сеть, а анодный источник высокого напряжения) бессильна и бесполезна в первые 5...10 мс. Просто время срабатывания даже хороших мощных реле составляет минимум несколько миллисекунд. И если автомат защиты имеет логику вахтера: "Измеряю, и если что-то не так, выключу реле", то несмотря на все накрученные схемы защиты (например, та же упоминавшаяся в первой части статьи Triode Board G3SEK) он совершено бессилен что-то сделать в первые 5 ...10 мс начавшегося прострела. А ток в эти миллисекунды будет неуправляемо разгоняться до десятков (а то и сотен) ампер. В простых защитах закрывают глаза на эти первые миллисекунды. Дескать, за несколько миллисекунд даже большие токи не успеют сильно навредить. Сильно, конечно, не успеют. Но в любом случае, многократные (хотя и кратковременные) удары тока в десятки ампер по лампе и цепям, рассчитанным на 1,5...2 А, надежности усилителю не добавляют. Совсем наоборот.

А какая бы логика работы защиты нас устроила?

Поскольку единственным критерием прострела на катод является возрастание катодного тока, то его надо измерять. И если он начинает выходить за установленные границы, то лампу надо немедленно, в первые же доли миллисекунды призакрывать, не позволяя току превысить заданный порог. Пробой-пробоем, но если лампа еще хоть немного жива, на возрастание запирающего смещения она реагировать будет как положено – закрыванием. В триодах это проще всего делать, увеличивая запирающее положительное напряжение смещения на катоде.

А если лампа уже не реагирует и на резкое возрастание запирающего напряжения смещения на катоде (чуть забегая вперед – до 300 В) и и продолжает "разгонять" ток пробоя при 300 В запирающего смещения, то это уже не лампа, а неуправляемый кусок металла. И спасать ее поздно. Она умерла необратимо и её придется выбрасывать. Защищать надо всё остальное. И вот тут относительно медленная релейная защита вполне на месте. Полный выход лампы из строя – явление нечастое (один раз в несколько лет), в отличие от обычных, обратимых пробоев, которых может быть несколько штук в течение одного теста.

Таким образом, вместо необразованного "вахтера", знающего только, что в любом подозрительном случае надо вырубить усилитель из сети, нам нужен "инженер", который будет автоматически бороться за живучесть лампы и усилителя, не напрягая этим нас. И только если действительно сделать ничего нельзя, и лампа совсем вышла из строя, то тогда усилитель будет полностью выключен. Но только тогда и не раньше.

Принципиальная схема

Ниже описана схема катодного смещения (то, что включается между катодным дросселем и корпусом), реализующая приведенный выше алгоритм защиты.  Но сразу полностью ее не приведу. Ибо она достаточно сложна. По себе знаю, как трудно и неприятно разбираться в чужой запутанной схеме. Поэтому для облегчения понимания сначала приведу ее фрагмент без всяких защит, функционирующий при нормальной работе просто как катодный стабилитрон. Чтобы не создавать путаницы, нумерация деталей такая же, как и на полной схеме.

Стабилитрон выполнен на мощном полевом транзисторе VT1 (недорогой, от импульсных блоков питания). В качестве опорного напряжения используется падение на стабилитронах D1 D3 плюс напряжение отсечки VT1, умноженное на (R1+R2+R6)/R6.  Поэтому требуемое нормальное напряжение смещение лампы  грубо устанавливается типом и количеством стабилитронов в цепочке D1... D3 (они должны быть рассчитаны на работу с токами 20...30 мкА), а точно – резистором R6 (при желании его можно заменить постоянным + подстроечным).

Проволочный резистор R4 уменьшает мощность, рассеиваемую в рабочем режиме транзистором VT1. R4 выбирается так:

Кстати, наличие R4 не ухудшает свойств стабилитрона, т.к. VT1 на рабочем участке все скомпенсирует. Поскольку крутизна транзистора SVT1 больше 3 A/В, то стабилитрон получается неплохим. Его выходное сопротивление примерно равно 2/S VT1 + R9 и составляет около 1 Ома. При изменении тока от 100 мА (начальный ток ламп) до I мах = 1,2 А напряжение на нашем аналоге стабилитрона меняется на 1,2 В. Это, конечно, не предел совершенства, но для триодов вполне нормально.

О других деталях.

Оптрон U1 управляет коммутацией RX/TX. Если фототранзистор оптрона освещен, то он отрывается, шунтирует собой затвор-исток VT1, последний закрывается, лампа тоже. Это режим приема. В режиме передачи светодиод оптрона гаснет, выходной транзистор оптрона закрывается и наша схема работает как обычный стабилитрон. Оптрон понадобился по двум причинам:

Несколько странное на первый взгляд управление (когда светодиод оптрона не горит - ТХ, когда горит - RX) на самом деле реализуют идею быстрого разряда конденсаторов блока питания начальным током лампы, после отключения питания, описанную в статье "Разряд конденсатора БП".

Конденсаторы С1 и С2 блокировочные. С1 должен быть на напряжение не менее 1 кВ. Напряжение на С2 не превышает нескольких вольт, а вот его номинал не не должен быть очень большим, т.к. время переключения на передачу определяется постоянной времени (R1+R2)•C2. При указанных номиналах оно составляет около 1 мс.

Резистор R9 служит для измерение катодного тока. А R1 и R2 для ограничения напряжения на затворе до безопасных величин при любых неприятностях на катоде. Но это уже относится к защите, поэтому нам пора переходить к полной принципиальной схеме.


Что в ней добавилось?

1. Элементы, рассчитанные на то, что на катоде во время прострела напряжение может прыгнуть до нескольких сотен вольт. Сам транзистор VT1 в закрытом состоянии выдерживает 1 кВ. И нам надо, чтобы все остальные цепи тоже выдерживали бы (хотя бы кратковременно) высокое напряжение. Поэтому в измерительную цепь включены два резистора R1 и R2. При ударе по катоду напряжением 300 В (такое напряжение один маломощный резистор не перенесет, поэтому их поставлено два последовательно), ток через эти резисторы не превысит 1,5 мА, а мощность на них – 0,45 Вт, т.е. вполне переносимые величины. Защитный стабилитрон D5 "проглотит" эти 1,5 мА, не позволяя подняться напряжению на затворе выше 8,2 В при любых безобразиях на катоде.

По тем же самым причинам верхнее плечо делителя, измеряющее напряжение смещения на катоде, выполнено из двух резисторов R3 и R5.

2. Ограничение тока катода. Как только, напряжение на измерительном R9 достигнет 0,5 В, то откроется транзистор VT2 и зашунтирует затвор-исток VT1. В этот момент схема перестает быть стабилизатором напряжения и становится стабилизатором тока. Напряжение на катоде при этом, конечно растет, запирая лампу.

3. Обратный наклона вольт-амперной характеристики (ВАХ). Для чего это надо? Идея ограничить максимальный ток конечно хороша. Но при прямой ее реализации требования к транзистору VT1 становятся чересчур жесткими. Прикинем, при Iмах = 1,2 А мощность, рассеиваемая на коллекторе VT1 достигнет предельной для него величины 125 Вт уже при напряжении на катоде 122 В (с учетом падения на R4). А при пробое напряжение на катоде может быть ощутимо выше. Кроме того, если постоянное напряжение на катоде заметно превышает нормальное напряжение смещения, то это режим явно не режим нормальной работы, а борьбы с нештатной ситуацией: перекачкой усилителя по входу или пробоем. В такой борьбе держать ток равным I мах совершенно незачем. Его можно и нужно уменьшать.

Для этого на базу VT1 кроме сигнала тока (с резистора R9) дополнительно подается сигнал с резистора R7, пропорциональный выходному напряжению. На этом резисторе выделяется примерно 1/750 часть выходного напряжения. Поэтому напряжение на базе VT2 складывается из сигнала тока катода I к•R9 и сигнала выходного напряжения, равного Uвых•R7/(R7+R3+R5). Как только эта сумма достигает 0,5 В (именно 0,5, а не 0,7 В, т.к. ток базы VT2 всего несколько микроампер), то VT2 начинает открываться, а VT1, наоборот, закрываться.

Таким образом, при увеличении напряжения порог срабатывания схемы защиты по току линейно снижается. Выглядит это так: при увеличении напряжения свыше 25 В ток снижается с ростом напряжения. Т.е. действует положительная обратная связь (ПОС). Если диапазон ее работы не ограничить, то мы можем получить триггерное защелкивание схемы. Это произойдет, если выходное напряжение повысится настолько, что сигнал с R7 достигнет 0,5 В. VT2 откроется, VT1закроется и схема "повиснет" в таком состоянии. Чтобы этого не произошло, установлены мощные стабилитроны D2, D4, D6 c общим напряжением 300 В. При напряжении на выходе 300 В сигнал выходного напряжения на R7 составит 400 мВ, что недостаточно для открывания VT2 и срабатывания защиты. Коэффициент передачи делителя R7/(R7+R3+R5) и устанавливается таким (в приведенной схеме он равен 750), чтобы при максимальном заданном напряжении напряжение на R7 было бы 380...400 мВ, т.е. довольно большим (для снижения порога тока), но все же недостаточным для открывания VT2.

4. Защита от полного необратимого пробоя лампы. Если, невзирая на запирающее напряжение 300 В на катоде, лампа упорно гонит в катод ток в 2...3 А, то это уже не лампа, а неисправный хлам. Но остальные детали РА надо спасать, для чего не допустить разгона тока до больших значений и отключить РА от сети.

Если через стабилитроны D2, D4, D6 течет ток в 2 ...3 А (а такой ток они в состоянии выдержать 50 мс), то выделяющее на R9 напряжение во-первых полностью закроет VT1 полностью выводя его из игры. Во-вторых, через резистор R10 приложится ко входу оптрона U2, c выхода которого снимается сигнал аварийного отключения на простейший релейный триггер (реле отключения сети, одна из нормально разомкнутых групп которого включена параллельно выходу U2).Защитные диоды D7 D8 (выдерживающие большой прямой ток) предохраняют вход U2 и базу VT2 от выгорания.

Работа устройства

Проще всего разобраться с ней по вольт-амперной характеристике в режиме передачи, показанной на следующем рисунке.

  1. Пока лампа ведет себя нормально, то наше устройство ничем не отличается от мощного стабилитрона на 24.. 25 В. Работа идет на первом, почти вертикальном отрезке ВАХ.

  2. Если ток катода от перекачки усилителя входным сигналом достиг порога защиты 1,2 А, то дальше он нарастать не будет. Схема перестает быть стабилитроном и повышает запирающее напряжение на катоде, одновременно снижая максимально допустимый ток. Выглядеть это будет так: по достижении порога ток лампы больше не растет с увеличением раскачки, а даже начинает падать. Это не ALC, это скорее хитрое автоматическое смещение, поэтому искажения сигнала при перекачке будут. Но, согласитесь, это не обязанность схемы защиты: следить за качеством сигнала. Для этого есть другие устройства, та же ALC, например.

  3. Если ток катода достиг порога 1,2 А вследствие начинающегося прострела, то дальнейшее поведение схемы зависит от интенсивности этого прострела. Если это маленькая искорка, то она будет потушена, точно так же, как и перекачка по входу - небольшим увеличение запирающего напряжения на катоде.
       Если же прострел серьезный, то это значит, что облако плазмы окутало и сетку. И напряжение на ней прыгнуло вверх (см. первую часть статьи - в сетке ведь защитный диод). Намного прыгнуло. И, чтобы запереть лампу потребуется соответствующий прыжок напряжения на катоде. Именно его и обеспечивает наклонный участок ВАХ: катодное напряжение может оперативно увеличиться до 300 В безо всякого вреда.
        Это во-первых снижает пробивающее лампу напряжение на 300 В, что само по себе может погасить разряд.
       Во-вторых, токи принимаемые нашим устройством довольно велики (доли ампера) чтобы "высосать" из лампы паразитные электроны плазмы разряда за доли секунды.
       Например, из-за мощного пробоя напряжение на нашем устройстве достигло 250 В. С R7 при этом снимается 250В/ 750 = 333 мВ. Защита (ей нужно в сумме 500 мВ) ограничит ток уже при 500 - 333 = 167 мВ на R9 , т.е. при токе катода всего 0,4 А. Естественно, сочетание 250 В и тока 0,4 А – это пробой (в норме, при 250 В смещения любая лампа должна быть наглухо закрыта) и защита обязана работать, не позволяя току увеличиваться. Но как только ток уменьшится ниже 0,4 А, напряжение на базе VT2 станет менее 500 мВ. Защита отключится и наше устройство попытается вывести лампу в нормальный режим. Если лампа не будет возражать (пробой кончился), то этим все и завершится, будет продолжена нормальная работа. Если же ток катода при нормальном смещении снова попробует выйти за границу 1,2 А (пробой продолжается), снова сработает защита, увеличивая напряжение и пропорционально снижая ток.

    И такие циклы бросков запирающего напряжения на катоде будут длиться до тех пор, пока прострелы не прекратятся. Оператору тут делать нечего, прострелы в лампе гасятся автоматически.

  4. Если же лампа вышла из строя полностью, то на наши потуги закрыть ее по катоду она уже не реагирует. Напряжение на катоде проскакивает нашу границу автоматической работу 300 В и летит дальше. Открывшиеся стабилитроны D2 D4 D6 своим током, выделяющимся на R6 закроют VT1 и дадут аварийный сигнал на U2. Конечно, пока тот сигнал будет отработан релейной защитой пройдет несколько миллисекунд. Но стабилитроны серии 1.5KEXX способны кратковременно выдерживать огромные токовые перегрузки. так, цифра 1,5 в их названии означает, что один  такой стабилитрон выдерживает 1,5 киловатта в течение 1 мс, т.е. в нашем случае 15 А при 100 В. Нам, конечно требуется больше времени, но например в течение 10 мс один такой стабилитрон выдерживать 500 Ватт. Т.е 5 А при 100 вольтах.

  5. Катодный предохранитель F1 страхует от аварии релейной защиты. Если последняя отказала, то за десятки-сотни миллисекунд (зависит от тока) предохранитель сгорает. А т.к. в сетке стоят диоды, не пускающие в себя ток (см. первую часть статьи), то не остается никакого пути для тока высоковольтного выпрямителя. Правда стабилитроны D2, D4, D6 до сгорания предохранителя окажутся перегруженными сверх паспорта. Но при столь редком сочетании (умерла и лампа, и релейный автомат защиты) нам придется рисковать.
       Посчитаем: предохранители с индексом F (быстрые) сгорают за 100 мс при токе впятеро, превышающем номинальный. Кстати, полезно знать, что время сгорания изменяется пропорционально квадрату тока, например при токе, вдвое больше номинального время сгорания возрастет в (5/2) 2 = 6,25 раз и достигнет 0,63 с.
       Но вернемся к 100 мс. В нашем случае пятикратный ток это 1,5•5 = 7,5 А. Нужные предохранителю 100 мс примененные стабилитроны могут выдерживать мощность 200 Вт. А у нас получится 7,5 А•100 В = 750 Вт. Перегрузка почти вчетверо. Много, но возможно один раз возможно и пройдет.
       Однако, если применить больше стабилитронов, то можно вогнать их в паспорт и при таком режиме. Релейный автомат защиты тут уже будет совершенно не нужен (как и R10 и U2 ). Снова посчитаем. 200 ватт в течение 0,1 с один стабилитрон переносит. Значит, при токе 7,5 А этот стабилитрон этот стабилитрон должен быть на 200 Вт/7,5 А = 27В. Применив 11 штук (чтобы набрать нужные 300 В) 1,5КЕ27А мы получим желаемый результат. Такая цепочка уверенно пережжет катодный предохранитель при аварии лампы, не давая подниматься напряжению на катоде выше 300 с небольшим вольт. Причем режим стабилитронов при этом не выйдет за паспортный.
    Однако по затратам средств и места цепочка из 11 мощных стабилитронов не выигрывает у релейного автомата, поэтому у меня все же стоят три 1,5КЕ100А и реле защиты.

На следующем рисунке показана мощность, рассеиваемая на транзисторе VT1 во время работы ограничения тока.

Как видно, она нигде не выходит за допустимые 125 Вт. То есть транзистор всегда находится в зоне своих паспортных параметров (и по мощности, и по напряжению, и по току). Поэтому выше и говорилось, что выход из строя VТ1 крайне маловероятен. Очень большой радиатор для VТ1 не нужен, т.к. защита работает кратковременно: через доли секунды прострел прекращается. Тем не менее, желательно расположить радиатор так, чтобы его захватывал поток воздуха, обдувающего лампу.

Отмечу еще две особенности схемы.

Во-первых она по сути двухвыводная (сигналы управления не в счет). Поэтому без всяких проблем может быть применена в бестрансформаторном усилителе, не требуя дополнительных источников питания для своей работы.

Во-вторых, напряжение срабатывания защиты (т.е. база-эмиттер VT2 ) падает с ростом температуры (как и положено, 2,6 мВ/град). Это дает полезный эффект тепловой защиты: при перегреве усилителя защита начинает срабатывать раньше. Так, при повышении температуры внутри усилителя (точнее кристалла VT2 ) до 450, защита начнет срабатывать при токе, на 10% меньше заданного. А если температура достигнет 60...650, то усилитель перейдет в режим приема и не будет реагировать на сигнал PTТ, пока не остынет хотя бы на несколько градусов. Это проявит себя ПОС обратного наклона ВАХ. Помните, мы ее считали так, чтобы при 300 В на катоде, сигнала на R7 не превысил бы 400 мВ (во избежании защелкивания схемы). Так вот при перегреве VT2 его пороговое напряжение снизится настолько, что нормальных 400 мВ с R7 хватит для того, чтобы защелкнуть схему в режим приема без всякого тока через нее. И она останется в таком состоянии пока VT2 ( а с ним и весь усилитель) не остынет до максимально допустимой рабочей температуры и его пороговое напряжение база-эмиттер не возрастет свыше 400 мВ.

Конечно это не очень продвинутая защита от перегрева. Но лучше такая, чем никакой.

Требования к деталям

Про резисторы уже все написано выше. Кроме R9. Поскольку он задает порог защиты, то R9 приходится делать самостоятельно: на любом 0,5 Вт резисторе мотается нужный по сопротивлению кусок нихромовой проволоки.

Все конденсаторы, кроме С1, на небольшое напряжение. С1 должен быть рассчитан на 400 В минимум (лучше 1 кВ ).

Оптроны любые, имеющие напряжение развязки более 2 кВ если РА бестрансформаторный. И просто любые, если РА с силовым трансформатором.

Транзистор VT2 – любой кремниевый (на коллекторе у него больше 10 В не будет, а ток через него не превышает нескольких мА). VT1 – полевой транзистор от импульсных блоков питания. Его максимальный ток должен быть > 2 А, допустимое напряжение стока > 500 В, мощность > 120 Вт (все цифры чем больше, тем надежнее).

Стабилитроны D1, D3, D5 – любые, нормально работающие при токах от 20..30 мкА. Цепочка мощных стабилитронов D2, D4, D6 должна выдерживать ток в 3...4 А при напряжении 300 В в течение 10 мс и выдерживать еще большие токи за более короткое время. Такие параметры обеспечивают диоды подавления импульсных помех (VOLTAGE SUPPRESSOR).

Диоды D7, D8 – любые выпрямительные с допустимым импульсным током более 20 А.

Монтаж

Устройство низкочастотное, поэтому может быть сделано как навесным монтажом, так и на макетной или печатной плате. Единственное, что надо иметь в виду: на верхнем выводе схемы (точка соединения R1, R3, R4, D2, C1) напряжение при нормальной работе (в это понятие входит гашение обратимого прострела) достигает 300 В, а при пробое лампы может успеть подпрыгнуть еще выше.  Поэтому все цепи, соединенные с верхним выводом, должны быть сделаны с соблюдением правил высоковольтного (а не обыкновенного, транзисторного) монтажа.

У меня все эти цепи (резисторы R1 ... R5, стабилитроны D2, D4, D6, сток VT1, конденсатор С1 и предохранитель F1) выполнены навесным монтажом на радиаторе VT1, а оставшаяся часть схемы – на небольшой печатной плате, закрепленной на том же радиаторе.

 



На главную - Main page