Как повысить стабильность лампового УНЧ по рассеиваемой мощности

Рассмотрены рекомендации и примеры решений для повышения стабильности ламповых УМЗЧ по рассеиваемой мощности.

Теоретическая часть

Причиной нестабильности ламп, является неуправляемый обратный ток сетки, приводящий к повышению напряжения на сетке, что приводит к росту тока катода а затем может произойти лавинообразный  перегрев анода лампы.

Особенно этот эффект выражен в каскадах с «фиксированным смещением». Почему я этот вид смещения взял в кавычки. Фиксированным смещение может быть только при стремящемся к нулю сопротивлением источника смещения.

А поскольку в обычных резистивных схемах для подачи на сетку напряжения смещения используются довольно высокоомные резисторы, фиксированное смещение при некоторых условиях может превращаться в «плывущее». 

Т.е. в идеале падение напряжения на сеточных резисторах должно отсутствовать, а практически обратный ток утечки создает на резисторах падение напряжения, направленное навстречу напряжению смещения.

Допустим, для получения тока покоя анода 50мА при напряжении на аноде 400В (20W рассеиваемой мощности), мы выставляем смещение на УС -40В (6Р3С) через резистор утечки  47к.

Но в процессе работы и прогрева появляется обратный ток сетки 200мкА. Падение напряжения на нем будет I*R= 0,2*47= 9,4В.

Это падение действует навстречу заданному изначально напряжению смещения:-40 + 9,4 = -30,6В.

При крутизне характеристики S = 4,5 мА/В,  ток анода станет I + dU*S =  50 + 9,4*4,5 = 92,3мА.

При этом рассеиваемая мощность становится P = U*I = 400*92,3 = 36,9W.

В таком выделении мощности на одном аноде наступает сильный разогрев лампы, что может привести к дальнейшему росту обратного тока сетки… Много в своей практике я видел ламп с прикипевшим к аноду стеклом баллона.

Включение в цепь сеток выходных ламп повторителей напряжения резко снижает зависимость напряжения смещения на управляющих сетках от неуправляемых обратных токов сетки. Причем, чем ниже выходное сопротивление повторителей, тем выше стабильность токов.

Еще одна причина нестабильности – нестабильность напряжения питания. При повышении питающего напряжения в сети сильно растут токи ламп, а при снижении - сильно падают.

Применение нелинейного напряжения смещения устраняет этот эффект. При правильно подобранных элементах можно добиться не только стабильности токов покоя, но и стабильности рассеиваемой мощности, при изменении питающих напряжений в широких пределах.

Пример доработки схемы лампового УМЗЧ

Для примера я взял свою древнюю схему, и добавил элементы стабилизации:

Рис. 1. Пример доработки схемы лампового усилителя, добавление элементов стабилизации.

В первом варианте транзисторы должны быть по возможности с большим  h21.

Этот принцип можно использовать и в однотактных ламповых УМЗЧ с фиксированным смещением.

P.S. Если кто-то подобное делал, то прошу прощения, не в курсе.

С уважением. В.И Васильев.

Какие тут использованы транзисторы?

Здравствуйте. Написали автору, но пока что ответа не поступало.

По схеме видно что:

1. Допустимые напряжения База-Коллектор для Q1 и Q2 должны быть больше 280В и 90В;
2. Допустимые напряжения Коллектор-Эмиттер для транзисторов - больше 150В.

Пробуем искать транзисторы с такими параметрами, например тут: https://eu.mouser.com/c/semiconductors/discrete-semiconductors/transistors/bipolar-transistors-bjt/

Ставим опции фильтра:

• Transistor Polarity = NPN;
• Configuration = Single;
• Collector-Base Voltage VCBO = 375V (С хорошим запасом).

Результат: 2N3584 (Vce Max = 250V, Vcb = 375V, Max DC Collector Current = 2A, Power Dissipation = 35 W, h21e=80). Достаточно мощный транзистор в корпусе TO-66.

Можно попробовать использовать такие транзисторы.

Владимир Васиильев прислал нам ответ, в котором говорит что применил транзисторы 2N5962. Применение такого транзистора в данной схеме может показаться странным, но вот что пишет автор:

"Не обращайте внимание на даташит, я все полупроводниковые приборы проверяю на напряжение пробоя самодельным тестером пробоев и утечек (показываю). И он показал у меня, что все эти транзисторы имеют типовое напряжение электрического пробоя (как в зенере) 220в DC. Минимум - 215в.
Напряжение сеток примерно -65-75в. Напряжение источника смещения не зря выбран более -140в. Значит напряжение коллектор-эмиттер в работе не может не может превысить 75*2 т.е. 150в. В варианте с  сеточными токами напряжение отрицательного источника должно быть больше 150в, но и в этом случае вышеуказанные транзисторы имеют приличный запас."