БЛОК ПИТАНИЯ ЛАМПОВОГО УСИЛИТЕЛЯ
Ничто так не выдаёт консерватизм, чем изготовление ламповых усилителей звука. А может это просто признак особого изысканного вкуса настоящих аудиофилов? В любом случае собрать такой УНЧ представляется прикольным и теоретически выгодным занятием. Как знать, сколько подобный шедевр будет стоить спустя 20 лет. Тут один только внешний вид лампового усилителя уже делает достойной установку его на самом видном месте кабинета. А звук.. Ну это каждый решит после прослушки для себя сам. В общем приступая к сборке самого усилителя, вначале продумайте сам блок питания. Это вам не 12В взятые из БП ATX. Здесь должны присутствовать минимум два напряжения разной величины и мощности. Напряжение накала берётся в пределах 5,5 — 6,5В и чаще всего подаётся на схемы переменным, сразу с обмоток трансформатора, а питание анодов достигает 300 и даже 500В. При уже постоянной форме тока.
Несмотря на то, что в последнее время наметилась стойкая тенденция к импульсным источникам питания всего и вся, рекомендую всё-же забыть на время про электронные трансформаторы и задействовать старый добрый ТС180 (ТС160) от любого чёрно-белого лампового телевизора. Тому есть две причины. Во-первых обычный трансформатор прощает невнимательность монтажа и не взорвётся, как электронный, при случайных боках и замыканиях, а во-вторых цена ЭТ может быть весьма и ввесьма, в отличии от обычных ТС, коих у многих хватает в закромах. Представляется правильным собрать один универсальный блок питания с анодным и накальным напряжением, и питать от него или один конкретный ламповый усилитель (спрятав сам БП подальше), или собирая другие ламповые схемы переключать его при необходимости на них. На каждый ламповый УНЧ блоков питания не напасёшся:)
Смотрим схему простого блока питания лампового усилителя:
По питанию 220В ставим модный пластмассовый тумблер 250В 5А с зелёной подсветкой. Не забываем про предохранители — один на пару ампер по сети, второй трёхамперник по накалу, и третий по высоковольтному напряжению анода. В отличии от электронных трансформаторов, где предохранители сгорают последними, здесь они выполнят свою миссию, так как даже и без них блок питания выдержит кратковременные замыкания выходов. За что я и уважаю трансы в железе. Диоды для двухполупериодных мостов или собираем из советских КД202 с нужной буквой, или берём готовый диодный мост на подходящее напряжение и ток. Если у вас усилитель на пару ламп типа 6П14П с небольшой мощностью выхода, диодный мост выпрямителя пойдёт и советский коричневый КЦ405 или КЦ402. Накал выпрямлять следует только для входных ламп первого одного — двух каскадов. Дальше влияние постоянного накала сводится к нулю и это будет только расход тепла на диодах.
Можно питать накал от моста с конденсатором 4700 — 10000мкФ, а можно и КРЕН5 поставить. и не стремитесь на входные лампы подавать строго 6,3В — лучше питать их немного заниженным напряжением вплоть до 5В. Так что обычная пятивольтовая КРЕНка и всё будет ОК. Обязательно советую поставить пару светодиодов — индикаторов напряжения анода и накала. Во-первых красиво, а во-вторых информативно, сразу видны возможные проблемы с питанием.
Корпус лучше делать делезный, точнее из листового алюминия — он обрабатывается очень удобно. Или просто взять готовый подходящих размеров, где просверлить гнёзда под кнопку сети, светодиоды и разъёмы. Сеть тоже вводите в корпус не просто через дырку, а подключив штеккером к специальному сетевому гнезду. Лично я делаю только так на всех конструкциях — это удобно.
Конденсаторы фильтров анода берём чем больше — тем лучше. Минимум два по 300 микрофарад. Напряжение на них должно быть на 100В выше, чем напряжение на выходе БП. Если у вас схема рассчитана на 250В, то берём конденсатор на 350. Конечно я это правило выполняю далеко не всегда, а бывает вообще ставлю один к одному, но вы так не делайте и в этом с меня пример не берите. Резистор на 47 Ом 5 ватт уточняем по конкретной схеме лампового усилителя. Для простого однотактного его хватит, а для мощного двухтактника надо вообще ставить дроссель. Выдиратся он из любого лампового телевизора и называется ДР-0,38. Трансформатор питания перед установкой в БП обязательно послушайте на предмт гудения и жужжания. А то купите, рассчитете и соберёте под него корпус, а он гудит громче вечернего Пинк Флойда. Будет большой облом. И напоследок порекомендую все диоды шунтировать конденсаторами на 0,01-0,1 мкФ с соответствующими напряжениеми.
Все вопросы — на форум по БП
Как работает схема активной коррекции мощности с boost-конвертером?
Чаще всего в мощных компьютерных блоках питания используется схема активной boost PFC-коррекции (с импульсным повышающим преобразователем) с накопительной катушкой индуктивности L, работа которой управляется силовым ключом S1. Ее энергия используется для постоянного заряда выходного конденсатора C импульсами, амплитуда которых меняется в соответствии с синусоидальной формой входного напряжения:
Ток в этой схеме протекает поочередно:
- при замкнутом ключе S1 — через накопительную катушку индуктивности и разомкнутый ключ S2. При этом катушке заряжается, а питание нагрузки осуществляется от конденсатора C;
- при размыкании ключа S1 энергия, накопленная в катушке индуктивности складывается с питающим напряжением Vin и питает нагрузку через замкнутый ключ S2. Благодаря этому напряжение на выходе схемы становиться выше, чем питающее.
На практике в качестве ключа S2 используется диод с малым сопротивлением при прямом включении:
Два состояния, в которых находится схема с импульсным повышающим преобразованием напряжения:
Изменяя время On и Off-state с помощью импульсов ШИМ, можно управлять зарядным током конденсатора, приводя его в соответствие с входным синусоидальным напряжением:
Это позволяет снизить до минимума реактивные потери и обеспечить равномерную нагрузку на сеть. Кроме того, такая схема обеспечивает стабильность напряжений на выходе блока питания даже при значительных колебаниях входного напряжения.
В схеме импульсного повышающего преобразования обязательно используется контроллер (Control Circuit), управляющий работой ключевого транзистора:
В работе классической схемы активной boost-коррекции мощности участвуют:
- входной (обычно мостовой) выпрямитель;
- ключевой транзистор Q1, работающий как активный управляемый силовой ключ;
- быстродейстующий диод D1 (обычно диод Шоттки);
- схема управления (control circuit);
- нагрузка R1 Load;
- фильтрующий/накопительный конденсатор C1;
- катушка индуктивности L1 (boost inductor).
В приведенной выше схеме контролирующий узел постоянно производит измерение входного напряжения (вывод 2 контроллера), а также тока через шунт на выводах 3 и 11
Полученные данные используются для управления временем переключения и скважностью (duty cycle) импульсов на ключевом транзисторе Q1
Схема управления на основании действующего значения напряжения Vg(t) и тока Ig(t) формирует ШИМ-сигнал, управляющий открытием и закрытием ключевого транзистора.
Периодическое замыкание/размыкание транзисторного ключа обеспечивает заряд выходного конденсатора пульсирующим током в соответствии с формой входного синусоидального напряжения:
Осциллограммы напряжений и токов на элементах активного корректора мощности:
Использование сигнала обратной связи с выхода схемы коррекции мощности позволяет осуществить стабилизацию выходного напряжения. Для этого обычно используются резисторы обратной связи Roc1, Roc2 и перемножитель выпрямленного и выходного напряжения:
В блоках питания, питающихся от сети 220В, величина напряжения на выходе схемы APFC для обеспечения запаса по регулированию достигает 400В. Для получения квазисинусоидальной формы тока на выходе корректора мощности используют достаточно высокие частоты коммутации ключа (обычно от 300 КГц до 1 МГц).
Протекание тока в схеме boost-APFC с мостовым выпрямителем и сдвоенными ключевыми транзисторами и диодами (рисунки a и c — On-state, b и d — Off-state):
Исходя из того, что наибольшая нагрузка в схеме APFC приходится на ключевые транзисторы и диоды, именно они, а также микросхема-контроллер, чаще всего выходят из строя.
Структура IGBT
Закрытое состояние прибора характеризуется напряжением, приложенным к области n-, она находится между коллектором и эмиттером. Проводящий канал появляется при воздействии на затвор положительно заряженного потенциала в p-области, он обозначается как пунктирная линия. Ток из балласта идет из области n- (с минусом) в область n+. При этом происходит открытие МОП-транзистора, что делает возможным открытие биполярного транзистора с p-n-p перехода транзистора.
Рис. №2. Структура транзистора IGBT.
Эквивалентом структуре транзистора IGBT можно считать схему подключения транзистора, где n-канальный полевой транзистор выполнит роль промежуточного звена (динамического сопротивления), уменьшаемого в открытом состоянии IGBT. Он пропускает через базовую область биполярного транзистора с p-n-p-переходом, при этом происходит уменьшение остаточного напряжения в области n-. Опасность для схемы может представлять так называемый «паразитный биполярный транзистор», он может перейти в открытое состояние, называемое эффектом защелкивания, что влечет потерю управляемости.
Рис. №3. Схема включения транзистора IGBT эквивалентная структуре транзистора.
Таблица предельных значений
Работа транзистора с превышением значений, указанных в таблице, может его повредить или нарушить функционирование: пропадут или изменятся усилительные и переключающие характеристики полупроводникового прибора. Не рекомендуется допускать режимы с такими нагрузками. Кроме того, длительная работа с превышением предельных значений может повлиять на надежность радиокомпонента в будущем.
Значения напряжения и тока в таблице соответствуют температуре окружающей среды +25°C.
| Обозначение | Параметр | Величина | Ед.изм. |
| Uкб max | Напряжение коллектор-база | 20…50 | В |
| Uкэ max | Напряжение коллектоp-эмиттеp (Rбэ=10кОм) | 20…50 | В |
| Uэб max | Напряжение эмиттер-база | 5 | В |
| Iк max | Постоянный ток коллектора | 200 | мА |
| Iк имп max | Импульсный ток коллектора (tu 500) | 250 | мА |
| Pк max | Рассеиваемая мощность коллектора | 250 | мВт |
| Tj | Температура перехода | 125 | °C |
Производители
Daya Electric Group; DCCOM (Dc Components); Futurlec; HTSEMI (Shenzhen Jin Yu Semiconductor); KEXIN (Guangdong Kexin Industrial); Kisemiconductor (Kwang Myoung I.S.); Micro Electronics; NEC; Rectron Semiconductor; SECO (SeCoS Halbleitertechnologie GmbH); Stanson Technology; TGS (Tiger Electronic); UTC (Unisonic Technologies); Weitron Technology; Willas Electronic Corp; Winnerjoin (Shenzhen Yongerjia Industry).
Аналоги транзистор C945
| Type | Mat | Struct | Pc | Ucb | Uce | Ueb | Ic | Tj | Ft | Cc | Hfe | Caps |
| 2DC2412R | Si | NPN | 0.3 | 50 | 0.15 | 180 | 180 | SOT23 | ||||
| 2SC1623RLT1 | Si | NPN | 0.3 | 60 | 50 | 7 | 0.15 | 150 | 180 | 3 | 180 | SOT23 |
| 2SC1623SLT1 | Si | NPN | 0.3 | 60 | 50 | 7 | 0.15 | 150 | 180 | 3 | 270 | SOT23 |
| 2SC2412-R | Si | NPN | 0.2 | 60 | 50 | 7 | 0.15 | 150 | 180 | 2 | 180 | SOT23 |
| 2SC2412-S | Si | NPN | 0.2 | 60 | 50 | 7 | 0.15 | 150 | 180 | 2 | 270 | SOT23 |
| 2SC2412KRLT1 | Si | NPN | 0.2 | 60 | 50 | 7 | 0.15 | 150 | 180 | 2 | 180 | SOT23 |
| 2SC2412KSLT1 | Si | NPN | 0.2 | 60 | 50 | 7 | 0.15 | 150 | 180 | 2 | 270 | SOT23 |
| 2SC945LT1 | Si | NPN | 0.23 | 60 | 50 | 5 | 0.15 | 150 | 150 | 2.2 | 200 | SOT23 |
| 2SD1501 | Si | NPN | 1 | 70 | 1 | 150 | 250 | SOT23 | ||||
| 2STR1160 | Si | NPN | 0.5 | 60 | 60 | 5 | 1 | 150 | 250 | SOT23 | ||
| 50C02CH-TL-E | Si | NPN | 0.7 | 60 | 50 | 5 | 0.5 | 150 | 500 | 2.8 | 300 | SOT23 |
| BRY61 | Si | PNPN | 0.25 | 70 | 70 | 70 | 0.175 | 150 | 1000 | SOT23 | ||
| BSP52T1 | Si | NPN | 1.5 | 100 | 80 | 5 | 0.5 | 150 | 150 | 5000 | SOT23 | |
| BSP52T3 | Si | NPN | 1.5 | 100 | 80 | 5 | 0.5 | 150 | 150 | 5000 | SOT23 | |
| C945 | Si | NPN | 0.2 | 60 | 50 | 5 | 0.15 | 150 | 150 | 3 | 130 | SOT23 |
| DNLS160 | Si | NPN | 0.3 | 60 | 1 | 150 | 200 | SOT23 | ||||
| DTD123 | Si | Pre-Biased-NPN | 0.2 | 50 | 0.5 | 150 | 200 | 250 | SOT23 | |||
| ECG2408 | Si | NPN | 0.2 | 60 | 65 | 0.3 | 150 | 300 | 300 | SOT23 | ||
| FMMT493A | Si | NPN | 0.5 | 60 | 1 | 150 | 500 | SOT23 | ||||
| FMMTL619 | Si | NPN | 0.5 | 50 | 1.25 | 180 | 300 | SOT23 | ||||
| L2SC1623RLT1G | Si | NPN | 0.225 | 60 | 50 | 7 | 0.15 | 150 | 250 | 3 | 180 | SOT23 |
| L2SC1623SLT1G | Si | NPN | 0.225 | 60 | 50 | 7 | 0.15 | 150 | 250 | 3 | 270 | SOT23 |
| L2SC2412KRLT1G | Si | NPN | 0.2 | 60 | 50 | 7 | 0.15 | 150 | 180 | 2 | 180 | SOT23 |
| L2SC2412KSLT1G | Si | NPN | 0.2 | 60 | 50 | 7 | 0.15 | 150 | 180 | 2 | 270 | SOT23 |
| MMBT945-H | Si | NPN | 0.2 | 60 | 50 | 5 | 0.15 | 150 | 150 | 3 | 200 | SOT23 |
| MMBT945-L | Si | NPN | 0.2 | 60 | 50 | 5 | 0.15 | 150 | 150 | 3 | 130 | SOT23 |
| NSS60201LT1G | Si | NPN | 0.54 | 60 | 4 | 150 | SOT23 | |||||
| ZXTN19100CFF | Si | NPN | 1.5 | 100 | 4.5 | 150 | 200 | SOT23F | ||||
| ZXTN25050DFH | Si | NPN | 1.25 | 50 | 4 | 200 | 240 | SOT23 | ||||
| ZXTN25100DFH | Si | NPN | 1.25 | 100 | 2.5 | 175 | 300 | SOT23 |
Указания по применению и эксплуатации транзисторов
Основное назначение транзисторов – работа в усилительных каскадах и других схемах радиоэлектронной аппаратуры. Допускается применение транзисторов, изготовленных в обычном климатическом исполнении в аппаратуре, предназначенной для эксплуатации во всех климатических условиях, при покрытии транзисторов непосредственно в аппаратуре лаками (в 3 – 4 слоя) типа УР-231 по ТУ 6-21-14 или ЭП-730 по ГОСТ 20824 с последующей сушкой. Допустимое значение статического потенциала 200 В. Минимально допустимое расстояние от корпуса до места лужения и пайки (по длине вывода) 1 мм для транзисторов КТ361, КТ361-1 и 2 мм для транзисторов КТ361-2, КТ361-3. Число допустимых перепаек выводов при проведении монтажных (сборочных) операций – три.
Маркировка и цоколёвка
Данный прибор имеет структуру n — p — n . Выводы элемента слева-направо, при обращении лицевой части транзистора к нам(плоская сторона с маркировкой), имеют такой порядок – “коллектор-база-эмиттер”. Цоколёвку КТ3102 нужно знать и учитывать её при пайке прибора. Ошибка при пайке может повредить весь транзистор.
Маркировка транзисторов применяется для различия одного типа прибора от другого. Например, различия между типом А и Б. В случае КТ3102, маркировка имеет следующую структуру:
- Зелёный кружок на лицевой стороне означает тип транзистора. В нашем случае – КТ3102.
- Кружок сверху означает букву прибора (А, Б, В и т.д). Применяются следующие обозначения :
А – красный или бордовый. Б – жёлтый. В – зелёный. Г – голубой. Д – синий. Е – белый. Ж – тёмно-коричневый.
На некоторых приборах вместо цветовых обозначений, маркировка пишется словами. Например, 3102 EM. Подобные обозначения удобнее цветных.
Знание маркировки транзистора позволит правильно подобрать нужный элемент, согласно требуемым параметрам.
Маркировка транзисторов
Транзистор КТ361 и КТ361-1.
Тип транзистора указывается в этикетке, а также на корпусе прибора в виде буквы указывалась группа. На корпусе указывается полное название транзистора или только буква, которая находится по центру корпуса транзистора. Товарный знак завода может не указываться. Дата выпуска ставится в цифровом или кодированном обозначении (при этом могут указывать только год выпуска). Точка в составе маркировки транзистора указывает на его применяемость – в составе цветного телевидения, станков с числовым программным управлением и бытовой электроники высшего класса, соответственно такие транзисторы были повышенной надежности и проходили дополнительные испытания при изготовлении. Пример маркировки транзистора КТ361-1 показан на рисунке 1 (в случае КТ361 цифра в маркировке отсутствует).
Следует также отметить, что транзисторы КТ315 и КТ361 были первыми массовыми транзисторами с кодовой маркировкой в миниатюрном пластмассовом корпусе КТ-13. Транзистор КТ361 тоже маркировался одной буквой, как и КТ315, но буква располагалась по центру, а также иногда слева и справа от неё были тире. Однако транзисторы, поставляемые с отклонениями по внешнему виду и габаритным размерам, дополнительно маркировались диагональной чертой. Подавляющее большинство транзисторов КТ315 и КТ361 (характеристики такие же, как у КТ315, а проводимость p-n-p) было выпущено в корпусах желтого или красно-оранжевого цветов, значительно реже можно встретить транзисторы розового, зелёного и черного цветов. В маркировку транзисторов предназначенных для продажи помимо буквы обозначающей группу, товарного знака завода и даты изготовления входила и розничная цена, например «ц20к», что означало цена 20 копеек.
Транзистор КТ361-2 и КТ361-3.
Тип транзистора также указывается в этикетке, а на корпусе указывается полное название транзистора. Пример маркировки транзистора КТ361-2 приведен на рисунке 2(в случае КТ361-3 на корпусе указывается цифра 3).
Зарождение нового мира
В то время как Бардин бросил Bell Labs, чтобы стать академиком (он продолжил изучение германиевых транзисторов и сверхпроводников в Иллинойском университете), Браттэйн поработал еще некоторое время, а после ушел в педагогику. Шокли основал свою собственную компанию по производству транзисторов и создал уникальное место — Силиконовую долину. Это процветающий район в Калифорнии вокруг Пало-Альто, где находятся крупные корпорации электроники. Двое из его сотрудников, Роберт Нойс и Гордон Мур, основали компанию Intel — крупнейшего в мире производителя микросхем.
Бардин, Браттэйн и Шокли ненадолго воссоединились в 1956 году: за свое открытие они получили высшую в мире научную награду — Нобелевскую премию по физике.
КТ315 — аналоги отечественные и зарубежные
Но так как главной темой статьи является не КТ315 — аналоги для этого транзистора, то следует уже уделить внимание и основной теме. Итак, вот список аналогов:
- Биполярный транзистор BC847B. Относительно дорогой (3 рубля за 1 штуку) маломощный транзистор, имеющий значительный коэффициент усиления. Если сравнивать с КТ315, аналог зарубежный довольно дорогой. Но он имеет то преимущество, что при пайке и перепайке не так быстро выходит из строя (что не в последнюю очередь благодаря его увеличенной и укреплённой конструкции). Максимальная рассеиваемая мощность — 0,25. На направление «коллектор-база» может подаваться до 50 Вольт. На коллектор-эмиттер — до 45 Вольт. Максимальное напряжение для направления эмиттер-база составляет 6 Вольт. Коллекторный переход имеет ёмкость 8. Предельная температура перехода составляет 150 градусов. Статистический коэффициент передачи тока — 200.
- Биполярный транзистор 2SC634. Этот импортный аналог КТ315 является довольно сбалансированным относительно характеристик и цены. Значение максимальной рассеиваемой мощности составляет 0,18. Максимально допустимое напряжение на коллектор-базу и коллектор-эмиттер — 40 Вольт. Эмиттер-база — всего 6 Вольт. Ёмкость коллекторного перехода составляет 8. Предельная температура перехода — 125 градусов. Статический коэффициент передачи тока — 90.
- Биполярный транзистор КТ3102. Сказать, что он для КТ315 — аналог отечественный будет неверно, ведь исторически так сложилось, что подобные детали изготавливались одного вида, который соответствует всем необходимым запросам и может выполнить возложенные на него функции. Дело в том, что просто КТ3102 не существует, обязательно вслед идёт ещё одна буква. Во избежание конфликтов значения будут указаны для всей группы. Более детальную информацию вы сможете получить, просматривая каждый транзистор. Отечественная разработка является усовершенствованным КТ315. Аналог в этом случае — слово не совсем уместное, скорее, усовершенствованный механизм. Максимальная рассеиваемая мощность КТ3102 составляет 0,25. На коллектор-базу может подаваться максимальное напряжение в 20-50 Вольт. Максимальное напряжение, которое можно подавать на коллектор-эмиттер, тоже составляет 20-50 Вольт. Максимальное напряжение на эмиттер-базу составляет 5 Вольт. Ёмкость коллекторного перехода равняется 6. Предельная температура перехода — 150 градусов. Статический коэффициент передачи тока равняется 100.
- Биполярный транзистор 2SC641. Максимальная рассеиваемая мощность — 0,1. Напряжение на направлении коллектор — база не должно превышать 40 Вольт. Максимальное напряжение на направлении коллектор — эмиттер не должно быть больше 15 Вольт. Для направления эмиттер — база это значение не должно превышать 5 Вольт. Ёмкость коллекторного перехода составляет 6 единиц. Предельная температура перехода — 125 градусов. Статический коэффициент передачи тока равен 35.
Сравнение IGBT с MOSFET
Структуры обоих транзисторов очень похожи друг на друга. Что касается протекания тока, важным отличием является добавление слоя подложки P-типа под слой подложки N-типа в структуре модуля IGBT. В этом дополнительном слое дырки вводятся в слой с высоким сопротивлением N-типа, создавая избыток носителей. Это увеличение проводимости в N-слое помогает уменьшить общее напряжение во включенном состоянии в IGBT-модуле. К сожалению, это также блокирует поток электроэнергии в обратном направлении. Поэтому в схему добавлен специальный диод, который расположен параллельно с IGBT чтобы проводить ток в противоположном направлении.
Подведем итог
Многие из вышеупомянутых фактов касаются исторической основы обоих устройств. Достижения и технологические прорывы в разработке нового оборудования, а также использование новых материалов, таких как карбид кремния (SiC), привели к значительному улучшению производительности этих радиодеталей за последние годы.
МОП-транзистор:
- Высокая частота переключения.
- Лучшие динамические параметры и более низкое энергопотребление драйвера.
- Более низкая емкость затвора.
- Более низкое термосопротивление, которое приводит к лучшему рассеиванию мощности.
- Более короткое время нарастания и спада, что означает способность работать на более высоких частотах.
IGBT модуль:
- Улучшенная технология производства, которая приводит к снижению затрат.
- Лучшая устойчивость к перегрузкам.
- Улучшенная способность распараллеливания схемы.
- Более быстрое и плавное включение и выключение.
- Снижение потерь при включении и при переключении.
- Снижение входной мощности.
В любом случае модули MOSFET и IGBT быстро заменяют большинство старых полупроводниковых и механических устройств, используемых для управления током. Силовые устройства на основе SiC демонстрируют такие преимущества как меньшие потери, меньшие размеры и более высокая эффективность. Подобные инновации будут продолжать расширять пределы использования MOSFET и IGBT транзисторов для схем с более высоким напряжением и большей мощностью.
