Интерес к ламповой технике возникает либо из аудиофильства, либо при попытках восстановить дедовский приёмник - либо просто из любопытства к ретро-электронике. Преподавая базовый курс электроники в местной школе я неизбежно сталкиваюсь с вопросами на эту тему - и в какой-то момент решил сделать такую учебную поделку - в целях, в первую очередь, самому получше разобраться. Ведь в наш век контроллеров и цифровой схемотехники в аналоговую умеют уже не столь многие - а в ламповую и подавно.
Итак здесь мультивибратор на двойном триоде 6Н18Б и неонках (ну некрасиво же светодиоды ставить в ламповую-то технику) - с бестрансформаторным питанием. Сейчас быстренько расскажу что тут к чему :)
Сразу оговоримся - на неонках за счет нелинейности с "отрицательным дифференциальным сопротивлением" можно сделать перемигивающийся мультивибратор добавив только конденсатор и пару резисторов - но с одной стороны у такой схемы есть некоторые ограничения - с другой это не наша цель :)
Мультивибратор - разновидность генератора - схема с двумя состояниями, постоянно переключающимися между собой. Изобретён лет 100 назад, встречается во всевозможных книжках в виде узнаваемой симметричной схемы на паре транзисторов. Моя задача в общем-то проста - заменить транзисторы лампами, с учётом их особенностей. И ещё как-то это дело запитать.
Его работа "на пальцах" заключается в том, что когда один из транзисторов открыт (и соответствующий светодиод светит) - он запирает транзистор второй половины. Но сделано это через конденсатор заряд на котором потихоньку меняется, так что в какой-то момент вторая половина открывается и запирает первую. Вот анимированная картинка, с транзисторами представленными в виде ключей:
А теперь - Лампы!
Вернее, одна лампа - двойной триод. Как следует из названия - в ней два усилительных элемента похожих на транзисторы. С транзисторами есть однако существенные различия (кроме высокого анодного напряжения):
в базу транзистора втекает ток, чтобы его открыть - а сетка триода управляется напряжением (можно считать у неё бесконечное сопротивление и ничего туда не течет)
на базе транзистора в рабочем (открытом) состоянии должен быть потенциал немного выше чем на эмиттере - а у лампы наоборот состояние открытое по умолчанию - на сетку надо подать небольшое напряжение ниже эмиттерного, чтобы пресечь ток электронов.
С этими теоретическими идеями я немного помудрил и взялся конструировать макет - для аутентичности монтажом "на шпильках" - в роли которых выступили небольшие гвозди. Мне повезло - мои идеи оказались правильными и схема заработала. Вот как она выглядит целиком.
Извините за подписи на английском - изначально я это показывал знакомым на буржуинском форуме - но элементы нарисовал по-нашенски :)
Сам мультивибратор - снизу слева, вокруг двойного триода похожего на замысловатый "смайлик" - как видим, основное изменение в сравнении с транзисторной схемой заключается в том что резисторы на управляющих электродах тянутся вниз (к минусу) а не вверх - чтобы запирать триоды а не открывать их.
Чтобы на сетках минимальное напряжение было немного ниже катодного, катоды нужно "подпереть" резисторами - тогда проходящий через лампу ток создаст на них небольшое падение напряжение, "поднимающее" катоды "выше" потенциала минусового провода, к которому подключаются сетки. Как видите здесь один такой "подпирающий" резистор на оба катода - и с ним запараллелен конденсатор чтобы уменьшить влияние изменений анодного тока по ходу работы мультивибратора на уровень этой подпорки.
Выше триода - часть с неонками. Здесь всё понятно, типичные ограничительные резисторы - у неонок они на большее сопротивление чем у светодиодов - но принцип тот же. Неонка в рабочем состоянии имеет стабильное падение напряжения около 60в - и надо всё лишнее сжечь на резисторе, иначе она "бумкнет" как сказал бы Пятачок :)
Для чего добавил два резистора паралельно неонкам - я позабыл уже - по-моему без них схема не стартует - нам нужно чтобы когда оба триода закрыты потенциал анодов был близок к тому что на плюсовом проводе - а тут неонки в закрытом состоянии 90в теряющие. Если вместо неонок будут светодиоды или миниатюрные лампы накаливания - эти два резистора точно можно выкинуть.
Питание
Эта часть не менее интересна. Обычно ламповая техника питается через здоровенный трансформатор - у которого пара вторичных обмоток - низковольтная и мощная для накала - а также относительно слаботочная высоковольтная - для анодных цепей. Такой транс весит килограмм или несколько - и в маленькой схеме выглядит несимпатично (не говоря уж о том что это вещь ценная, не копеечная).
Поэтому запитаем непосредственно. С анодной цепью всё несложно - взяли диод (а почему не мост? сейчас расскажу) - и добавили двухкаскадный RC-фильтр - и вот вам что-то около 300 вольт на выходе. К конденсаторам не забываем "разряжающие" резисторы - нехорошо будет если дёрнет током от выключенной уже схемы.
С цепью накала сложнее - в ней относительно большой ток (сотни миллиампер для этой лампы) - но маленькое напряжение (около 6 вольт). Можно бы поставить жирный резистор, который "съест" все лишние 200 с хвостиком вольт. Нетрудно прикинуть что мощность такого резистора будет что-то среднее между паяльником и кипятильником :)
Поэтому вместо резистора - конденсатор. Он создаёт "реактивное" сопротивление переменному току. Ёмкость можно расчитать по формуле реактивного сопротивления конденсатора (оно зависит от частоты) исходя из желаемого тока, по закону Ома (падение напряжения на самой нити накала просто игнорируем). В общем-то очень удобно - в том числе для всяких зарядок батареечных и так далее - только важно что конденсатор должен быт плёночным (не электролит) и потому довольно здоровым (тем больше конечно, чем больший ток нужен). И ему тоже разряжающий резюк пригодится.
И вот здесь кроетя ещё нюанс. Цепь накала с конденсатором в качестве резистора - она включена прямо между проводами переменного напряжения. Цепь выпрямителя для анодного напряжения - тоже между ними. При этом нам нужно чтобы минус анодного напряжения был на том же проводе к которому подходит и нить накала!
Если бы мы вставили конденсатор не справа а слева от цепи накала (по схеме) - или если бы использовали мостовую схему выпрямителя - нить накала и минус схемы (с катодом) оказались бы не соединены непосредственно - и между ними в каждый период сетевого напряжения возникала бы разница потенциалов в сотни вольт. Из-за чего нить накала сама становилась бы дополнительным анодом :) Конечно она не будет работать точно так как основной анод (из-за нагрева и из-за отсутствия покрытия на внутренней стороне катода - но всё же может, в зависимости от схемы, здорово портить жизнь. В мультивибраторе это быть может оказалось бы менее критично - а в каком-нибудь усилителе - весьма.
Демо
Вот в общем-то и всё
Если решите повторить эту поделку, конечно, не забывайте о мерах безопасности (мы все знаем как легко что-нибудь упустить впопыхах) - при включении работайте только одной рукой, по возможности в перчатке. Используйте инструменты с изолирующими ручками. Ничего не ковыряйте в схеме во включенном состоянии.
Комментарии (53)
Demonter
05.10.2024 08:56+1Давайте немного проясню по накалу: это лампа косвенного накала, катод изолирован от подогревателя. Для того, чтобы между ними не произошло пробоя, нельзя превышать определенный уровень напряжения между ними. Эта величина указана в паспорте. Для 6н18б разница не должна превышать 150 В. В схемах для снижения помех часто на подогреватель подается небольшое положительное напряжение смещения относительно катода, вплоть до нескольких десятков вольт - именно для того, чтобы подогреватель выступал в роли "анода". Электроны начинают идти через изоляцию от катода на накал, а не наоборот, уровень наводок уменьшается.
Еще важный момент - у оксидных катодов довольно сложная физика работы, и поэтому температура на них критична для долговечности. Очень желательно не превышать 10% допуск накального напряжения.
RodionGork Автор
05.10.2024 08:56+3Спасибо за подробности! Про уменьшение наводок любопытно! Про 150в для данных ламп вообще не знал (а надо внимательнее в доки смотреть, видимо, двоечник я) Насчет температуры накала - я обычно расчитываю так чтобы напряжение было даже немного меньше номинального - в подобных схемах некритично, а срок службы больше.
Demonter
05.10.2024 08:56+4Не меньше 5.7 В. Иначе срок службы уменьшится катастрофически. При недокале на поверхности катода появляются "островки" эмиссии, соответственно через них идет повышенный ток, вызывающий локальные перегревы и деградацию катода в этих местах. В руководствах по разработке советовали делать 6.0 В - при таком накале статистически увеличивается надежность радиоламп.
DanilinS
05.10.2024 08:56Без трансформаторное питание для такой схемы - плохое решение. И не дай боже это принести на урок к детям.
RodionGork Автор
05.10.2024 08:56+6Трудно тут что-то сказать поскольку неясно из чего вы делаете вывод про "плохое решение". Ну и насчет принести на урок - было бы глупо делать поделки и не показывать их школьникам. Так что ношу и показываю. Ну разумеется во включенном состоянии в руки никому не даю. Вообще базовые поделки на сетевое напряжение у нас в программу входят. Как-то странно чтобы в 8-11 классе человек не умел вилку с проводом собрать и патрон с лампочкой прикрутить.
N-Cube
05.10.2024 08:56+1Странно, когда это делают, не «прозвонив» вилку на короткое замыкание, прежде чем в розетку воткнуть. Это и техника безопасности и базовое техническое умение.
RodionGork Автор
05.10.2024 08:56+1у нас всё под контролем, не думайте плохого :) поделки на 220 я вообще не разрешаю проверять - включаю только сам. одна мамочка писала как-то мол ах-ах, по гостам 1978 года можно в школе не выше 42 вольт. я ещё помню такие паяльники :)))
DanilinS
05.10.2024 08:56+1Любая схема, способная потенциально стать причиной смерти случайно коснувшегося человека, по умолчанию "плохая система". Особенно для школы. Понятно, что демонстрация происходит с соблюдением максимальных мер безопасности. Но всегда есть риски, что ученики захотят побаловаться самостоятельно. Или например на уроке нужно будет срочно отойти ( например в туалет).
Muzzy0
05.10.2024 08:56Как-то странно чтобы в 8-11 классе человек не умел вилку с проводом собрать и патрон с лампочкой прикрутить.
Во-первых, запросто.
Во-вторых - даже если умеет, я не доверю восьмикласснику что-то делать под сетевым напряжением, даже отключенном.
alcotel
05.10.2024 08:56После трансформатора всё равно будут те же 300 вольт. Если схема никуда кроме питания не подключается, в трансформаторе нет никакого смысла.
RodionGork Автор
05.10.2024 08:56+5смысл всё же есть - он в гальванической развязке. 300 вольт от вторичной обмотки по-прежнему опасно, но в большинстве случаев при касании не будет замкнутого контура тока и т.п... это на примере приёмников All American 5 бестрансформаторных очень наглядно было - как говорят они убили немало народу (особенно тех кто пытался установить их в душе и т.п.)
alcotel
05.10.2024 08:56Если в душе розетка, можно и телефонной зарядкой убиться. Поможет разве что полный вынос трансформатора из помещения)
приёмников All American 5 бестрансформаторных
Интересный экземпляр. Википедия говорит, что у них крепёжные винты под напряжением торчали наружу, и в вентиляцию помещались пальцы. Во всём, что в розетку втыкается, по-любому есть сетевое напряжение, просто с трансформатором меньше цепей изолировать от юзера надо.
nnstepan
05.10.2024 08:56+2Вот вы пишите что у транзисторов идёт ток через базу - это правда, но только если транзистор биполярный. А далее пишите что у лампы ток через сетку не идёт. А он не идет только если мы работаем в области запирающих значений, но лампа в отличие от биполярного транзистора работает и в области отпирающих значений и тогда ток через сетку пойдёт, да такой режим не применяется в усилителях, ибо искажения, но в мультивибраторе думаю всё будет работать.
alcotel
05.10.2024 08:56С биполярными всё то же самое, что и с лампой - через базу в одну сторону ток течёт, а в другую - нет (пока не пробит базовый pn-переход). А конденсаторы должны через что-то внятное разряжаться. Поэтому R2 и R3 из исходной биполярной схемы плавно перекочевали в сеточные резисторы на ламповую схему.
alcotel
05.10.2024 08:56+3Шикарно!
Только бросок тока при включении на выпрямителе вы ограничили (1k0), а бросок тока через балластный конденсатор питания сетки - забыли.
Моя любимая ламповая картинка с китайско-русским транслитом
RodionGork Автор
05.10.2024 08:56я не очень понял про какой Вы конденсатор - но там от розетки две цепи - одна через фильтр, другая через плёночный конденсатор, так что потенциальный бросок ограничен в них обеих...
alcotel
05.10.2024 08:56+2Через плёночный.
Вот эта цепь
Он немалой ёмкости, сравнимой с выпрямителем. И если схема включается в момент перехода сетевого напряжения через максиму, всё сетевое напряжение на 1/4 периода оседает на накале. А накал к тому же ещё холодный, с меньшим сопротивлением.
Поэтому вместе с балластным (или гасящим) конденсатором всегда последовательно включают резистор. Как компромисс между лишней активной мощностью и допустимым броском тока.
Типа как вот тут
Или тут https://habr.com/ru/articles/476812/ тоже отличное объяснение
RodionGork Автор
05.10.2024 08:56Да, вроде логично, но там ведь накальная нить сопротивлением 20 ом. Если там поставить любой резистор сравнимого сопротивления, на нём очевидно будет выделяться столько же тепла сколько на этой нити. Ставить меньше очевидно бессмысленно.
alcotel
05.10.2024 08:56+2Терморезистор от стартовых бросков помогает. При дребезге контактов не спасёт, но хоть что-то.
Конденсатор параллельно накалу (вместе с общим ограничением тока) тоже по-моему уменьшит энергию, получаемую нитью при броске.
Может, конечно, я и перебдел, и накал без труда выдержит бросок. А может накал постареет, пообгорит, и помрёт побыстрее. Точно не знаю, сколько джоулей в импульсе он может проглотить.
RodionGork Автор
05.10.2024 08:56нить накала сгорает не от тока а от температуры ведь :) если бросок её не нагревает достаточно, то ничего страшного... лампочки накаливания ведь тоже бросок нехилый дают из-за того что их "холодное" сопротивление в 10 раз меньше рабочего. в общем интересный вопрос, но похоже что при включении импульсного БП от ноутбука в розетку (когда искры проскакивают) броски и то больше. а тут 10-15 ампер что ли выходит - и то только на часть периода...
в то же время я абсолютно не отрицаю что об этом не подумал и для других схем с подобным питанием через конденсатор (хоть для светодиодных светильников и зарядок) очевидно про этот самый бросок надо не забывать, тут Вы правы. не знаю что лучше - терморезистор или дроссель, м.б. отдельно почитаю, любопытно :)alcotel
05.10.2024 08:56Всё-же перестраховщик я ещё тот, наверное ;) Но лампочки-то как-раз чаще на старте и дохнут.
В момент старта на накал придёт максимум CU²/2 = 0,25 джоулей. Как похожее устройство, 2-ваттный проволочный резистор выдерживает по описанию больше 2 Дж в импульсе. Так что скорее всего ложная тревога
nehrung
05.10.2024 08:56+5Всё это здорово, интересно и познавательно, но... есть парочка замечаний.
Во-первых, объяснять работу схемы на биполярных транзисторах через напряжения - это не комильфо. Можно, но методологически неправильно. Это правильнее делать через токи.
Во-вторых, если проводить аналогию между ламповой и транзисторной техникой, то уж никак не через биполярные транзисторы. Полевые транзисторы к лампам куда ближе - они тоже управляются напряжением. Кстати, очень много лет назад, когда старикам-ламповикам пришлось осваивать первые транзисторы (биполярники, естественно), то эта ихняя принципиальная "токовость" им здорово мешала - ведь полевиков тогда ещё не было. Зато когда появились первые полевики, то те, кто ещё не забыл основы ламповой техники, освоили их играючи.
VT100
05.10.2024 08:56..... объяснять работу схемы на биполярных транзисторах через напряжения - это не комильфо.
А как же модели биполярного транзистора Эберса-Молла и Гуммеля-Пуна? Да и физически - в данном случае первична разность потенциалов, приложенная к переходу база-эмиттер.
nehrung
05.10.2024 08:56+3VT100, вы пытаетесь втянуть меня в теорию, а я пытаюсь остаться на практической стороне. Вспомните, как называется основной усилительный параметр биполярного транзистора? Правильно, коэфф. усиления по току (миллиамперы делить на миллиамперы, получается безразмерная величина - разы). А у ламп? На всякий случай напомню: это крутизна, миллиамперы на вольт. Кстати, на начальной стадии освоения полевиков понятие крутизны пытались применить и к ним, ввиду привычности и явного удобства при оценке и сравнении усилительных свойств. Но... как-то не привилось.
RodionGork Автор
05.10.2024 08:56в общем-то всё верно, в классификации ТОЭ транзисторы это "ИТУТ - источник тока управляемый током" а лампы и полевики "ИТУН - источник тока управляемый напряжением". но я кажется примерно о том и написал в статье :)
alcotel
05.10.2024 08:56+3на начальной стадии освоения полевиков понятие крутизны пытались применить и к ним, ввиду привычности и явного удобства при оценке и сравнении усилительных свойств. Но... как-то не привилось
Вполне привилось. И сейчас этот параметр указывают:
JFET MMBFJ201 
MOSFET Si2301CDS Просто большинство полевиков чисто ключевые, их нельзя использовать в аналоговых схемах из-за особенностей теплового разгона. У тех, которые можно, крутизна в описании указывается.
Во-вторых, в отличии от ламп крутизна у полевиков имеет большой разброс от штуки к штуке, и сильно плывёт от температуры. Точное значение особо не интересно, лишь бы оно было побольше.
Serj_78
05.10.2024 08:56+1Прекрасная статья. Интересно, но переключение происходит плавно, (судя по яркости неонок)- а не как в мультивибраторе на транзисторах- там моментально опрокидывается схема, т.к коэффициенты усиления перемножаются. Интересно посмотреть осциллограммы 4 канальным осциллографом например, или пару двухканальным.
RodionGork Автор
05.10.2024 08:56мне кажется можно это и промоделировать заменив лампы например JFET-ами - но в общем смысл видимо в том как подключены управляющие RC-цепи. возможно есть какой-то лучший вариант чем тот что я придумал - здесь очевидно вот как происходит - когда конденсатор заряжается, запирание возникает только когда он уже очень-очень близко по напряжению к ассимптоте своей подошёл (а резистор до минуса соответственно уже последний вольт проходит) - то есть напряжение полное на конденсаторе - десятки вольт - а управлять сеткой он начинает только на последнем вольте. поэтому проходит этот "хвост ассимптоты" долго. возможно можно сделать процесс резче если добавить резистор между анодом и конденсатором а не соединять их напрямую. в общем схема плодотворная для медитации и экспериментов :)
Dr_Faksov
05.10.2024 08:56Если я правильно помню, ВАХ неонки вполне нелинейная. Это раз. Малый ток нагрузки - это два. Отсюда плавность.
Я бы ещё сказал, что мультивибратор это RS-тригер с ПОС.
RodionGork Автор
05.10.2024 08:56+1ВАХ неонки нелинейная, но не в том смысле чтобы плавность обусловить - классический генератор собственно на неонке мигает вполне резкими вспышками. И токи там тоже малые... :)
engine9
05.10.2024 08:56Я делал четырёхтактный мультивибратор на КП501 с лампочками в нагрузке и мегаомными резисторами времязадающей цепи, и лампочки переключалась не мгновенно, а как бы разгораясь и затухая.
alcotel
05.10.2024 08:56переключение происходит плавно, (судя по яркости неонок)
Потому, что ток заряда-разряда конденсаторов в ламповом варианте даёт большой вклад в ток нагрузки. По классике базовые (в биполярном варианте) или сеточные (в ламповом) резисторы обычно на порядок или два больше нагрузочных, и ток заряда-разряда слабо влияет на нагрузку.
fiego
05.10.2024 08:56Я, конечно, паял мультивибратор в школьные годы, но сейчас сделал бытакое на самом дешёвом микроконтроллере, и это, подозреваю, было бы сильно дешевле ;)
Признаю, проект "тёплый ламповый" ;)
RodionGork Автор
05.10.2024 08:56+2на микроконтроллере это оверинжиниринг конечно - есть же NE555 :)
alcotel
05.10.2024 08:56+1Согласен, для программиста взять мк проще, чем сидеть и рассчитывать номиналы резисторов, кондёров, ...
Но вот чтобы от мк или 555 зажечь две неонки, придётся повторить схему автора почти полностью. И ещё мк сверху припаять ;)
Didimus
05.10.2024 08:56Кстати, конденсаторы мбг (?) содержали какой-то супер канцероген, как я помню. Даже тут статья была
VT100
05.10.2024 08:56Вряд ли. @steanlabписал про другие.
Didimus
05.10.2024 08:56Ну так в старой технике можно нарваться
RodionGork Автор
05.10.2024 08:56+1ну наверное не надо жрать конденсаторы
да и статья вообще не о них :)
Demonter
05.10.2024 08:56+1Не, это всякие ЛСЕ, ЛСМ, БКС. В них есть дифенилы. Опасная хрень. Но такие конденсаторы еще надо где-то найти. Все остатки пожилые аудиофилы растащили в свои ламповые усилки (но на всякий случай старые лампы дневного света курочить не нужно). Гораздо более широко распространенные БМх, МБГх ничего опасного внутри не содержат.
Didimus
05.10.2024 08:56В старой технике много чего можно найти. Ртутные приборы, всякие радиоактивные штуки, ставшие токсичными от старости материалы
RodionGork Автор
05.10.2024 08:56радиоактивные материалы (я думаю, торий) в неонках присутствуют, для облегчения ионизации. правда в таких количествах что не облучить и микроба :)
Demonter
05.10.2024 08:56А во всех ли? Мне запомнилось, что они присутствуют в неонках с низким напряжением зажигания, в районе 70 вольт. В широко распространенных ne-2, мне кажется, радиоактивных веществ быть не должно.
RodionGork Автор
05.10.2024 08:56хм. а почему "вам кажется что не должно"? опасаетесь радиации? :) я правда ошибся, пишут что обычно криптон-85 - видимо в сам газ добавлен. там такое дело что на свету лампа будет зажигаться и так, а в темноте без "раздражителей" стартует хуже. ну, повторюсь, там такое количество что дозиметр ничего интересного не покажет - ну ведь и сама лампа-то крохотная.
Demonter
05.10.2024 08:56Зачем бравировать контактом с потенциально опасными веществами? Тем более такими, которые потенциально могут кого-то неизбирательно убить в произвольный момент времени.
Не должно быть в современных ne-2 никакого криптона - и период полураспада у него всего 9.5 лет, и дорогой он, и нет необходимости в низком напряжении зажигания - для таких целей сейчас есть светодиоды.RodionGork Автор
05.10.2024 08:56напряжение в неонке гораздо опаснее чем "потенциальная опасность" от микроскопических включений радиоактивных веществ. гранит на набережных, например, излучает гораздо больше. чтобы судить об опасности радиации нужно немного представлять что-то о дозах облучения, естественном фоне и т.п... а просто подскакивать от слова "радиация" - это, извините, уровень представления бабушковый. там радиация, тут радиация - страшно жить.
Насчет "должно / не должно" - Вы хорошо сделаете если изучите вопрос в подробностях и напишете статью, а не будете делиться гаданиями в комментариях к статье на другую вообще тему :)
erley
Вашим ученикам повезло что у них такой хороший преподаватель!
RodionGork Автор
Спасибо! Вы слишком добры, но бум стараться оправдать :)
sasa-123
Надо тоже сделать такой у себя в Кванториуме! Спасибо!