Wzmacniacz wysokonapięciowy z transformatorem na wyjściu

Wykonuję wzmacniacz wysokonapięciowy. Potrzebuję uzyskać ponad 600 Vpp na wyjściu, co odpowiada wartości skutecznej ok. 230 V dla przebiegu sinusoidalnego. Składowa stała nie musi być przeniesiona, stąd wykorzystanie transformatora. Pasmo nie jest szczególnie istotne wystarczy ok. 20-500 Hz. Zakładana moc wyjściowa to ok. 10 W. Jednak układ musi pracować poprawnie i zapewniać zbliżone wzmocnienie dla różnych rezystancji obciążenia. Zatem rezystancja obciążenia może się zmieniać w zakresie od ok. 5,3 kΩ do nieskończoności. Nie zakładam obciążenia indukcyjnego ani też pojemnościowego.

Wykorzystałem jako wzmacniacz mocy TDA2005 w konfiguracji mostkowej. Jest to zatem układ z rysunku 31. Wszystko jest prawidłowo dla obciążenia rezystancyjnego wzmacniacza. Możliwe jest uzyskanie przynajmniej 15 W.

Problemem jest dołączenie transformatora. Układ się wtedy niejednokrotnie wzbudza, lub reagują diody zabezpieczające na wyjściu TDA2005. Testowo zastosowałem transformator TS5/10. Z innymi jest lepiej, lub gorzej, ale zawsze problematycznie. Im mniejsza indukcyjność obciążenia tym gorzej.

Zastanawiam się też jak dobrać układ Zobel'a (C9, R7 i C10, R8) ? Impedancja widziana przez wzmacniacz będzie różna. Zależeć to z kolei będzie od obciążenia wtórnej strony transformatora. W końcu impedancja jest tu też transformowana. Próbowałem zwiększyć pojemności w układzie Zobel'a do 4,7 µF, z uwagi na znaczną indukcyjność, ale niewiele to pomaga. Może powinienem coś zmienić w sprzężeniu zwrotnym ? Jakaś pojemność ? Pozwoliłoby to niewątpliwie zmienić położenie biegunów transmitancji kosztem pasma.

W mojej ocenie wzbudznie nie następuje np. poprzez strumień rozproszenia transformatora, czy jakieś sprzęgi pojemnościowe.

A próbowałeś pobierać sygnał sprzężenia zwrotnego z uzwojenia wysokonapięciowego?

A gdzie jest schemat tej konstrukcji? Chcesz porady a nie zamieszczasz najważniejszego.

Futrzaczek wrote:

A próbowałeś pobierać sygnał sprzężenia zwrotnego z uzwojenia wysokonapięciowego?

Tego jeszcze nie próbowałem z tym układem. Jednak z uwagi na przesunięcie fazowe, które nie jest idealnie zerowe układ "zwykły", bez mostka też się wzbudzał. Nie pobierałem jednak sygnału z uzwojenia wysokonapięciowego tylko jakiegoś innego w transformatorze TS10/7. Ograniczenie wzmocnienia też wiele nie pomagało.

Ogólnie planowałem zostawić ten schemat tak, jak jest. Sprzężenie zwrotne od uzwojenia wtórnego zamierzałem wstawić poprzez dzielnik i kondensator bezpośrednio do wejścia tzn. do pinu 1. Przy odpowiednim dołączeniu transformatora sprzężenie byłoby ujemne. Wzmacniacz zaś kompensowałby zmiany napięcia wywołane zmianą rezystancji obciążenia.

Setel wrote:

A gdzie jest schemat tej konstrukcji? Chcesz porady a nie zamieszczasz najważniejszego.

Mogę wkleić schemat, chociaż znajduje się on w podanym wcześniej PDF.

Różnica jest tylko taka, że zamiast głośnika jest wstawione uzwojenie transformatora.

W głośniku jest obwód magnetyczny -w nim porusza się cewka zasilana przemiennym prądem .Całość się dzieje w liniowym obszarze strumienia magnetycznego zapewnionego przez obwód magnetyczny głośnika .

Przy pracy na uzwojenie transformatora trzeba stworzyć w rdzeniu podobne warunki.

I w tym celu trzeba niestety rozebrać rdzeń i zrobić szczelinę magnetyczną. A właściwie to dlaczego nie zastosować kompensacji pojemnością równoległą? Jestem przekonany że to załatwi sprawę.

Link

tu jest wzmacniacz radiowęzłowy ze sprzężeniem z dodatkowego uzwojenia z transformatora. Problem w tym że nie bardzo wiadomo jak dobrać przekładnię i gdzie to wpiąć? Może na wejście po prostu. Dać potencjometr i dobrać odpowiedni poziom sprzężenia.

Założone pasmo od 20Hz nie będzie przeniesione przy nominalnej mocy transformatora 10W (ani 15W!), gdyż moc transformatora jest proporcjonalna do częstotliwości, zatem transformator 10VA przy 50Hz, zasilony napięciem 20Hz przeniesie tylko 4W.
Aby przenieść całe 15W przy 20Hz musisz dać transformator o nominalnej mocy (50Hz) ok. 40VA.

Transformator stanowczo musi być mocniejszy niż 10W. Taki będzie nasycał się i układ generuje b. duże zniekształcenia i oczywiście nie przenosi mocy.

Układ prosty jak budowa cepa.
Robisz tak jak gdybyś robił wzmacniacz radiowęzłowy. Generator + końcówka mocy (może być klasa d) i zwykły transformator. Z wyjścia transformatora nie robisz sprzężenia na wejście wzmacniacza bo to zawsze wygeneruje problemy.

Jeśli chcesz stabilizować napięcie na wyjściu to musisz je wyprostować i odfiltrować (taki detektor szczytowy) i przekazać na wejście wzmacniacza jako regulacja amplitudy sygnału wejściowego.

Transformator 10W przeniesie te 10W przy 20Hz jak i 500Hz z odpowiednio większymi stratami a w granicznej sytuacji może uszkodzić się izolacja drutu.

1. Koledzy Rzuuf i jaszczur1111 mają całkowitą rację co do mocy transformatora. Jeśli zastosujesz transformator o zbyt małej mocy, to jego rdzeń będzie się nasycał a wtedy impedancja uzwojenia pierwotnego transformatora gwałtownie maleje. W takiej chwili wzmacniacz zaczyna pracować na "prawie" zwarciu.
2. Autorze podaj jakim napięciem zasilasz wzmacniacze mocy, jakie napięcie zmienne wzmacniacz podaje na uzwojenie pierwotne transformatora i jaka jest dolna częstotliwość pracy układu.
3. Wzmacniacz mostkowy z transformatorem głośnikowym na wyjściu ma pewną wadę, która jest bardzo istotna w Twoim zastosowaniu. Jest nią napięcie niezrównoważenia pomiędzy wyjściami wzmacniaczy mocy. Nie ujawnia się ona, gdy obciążeniem takiego wzmacniacza jest głośnik lub rezystor. Jednakże rezystancja uzwojenia pierwotnego transformatora jest dużo mniejsza od rezystancji głośnika, a to prowadzi do przepływu prądu stałego o dużej wartości przez uzwojenie pierwotne transformatora i wzmacniacze mocy. To może być przyczyną problemów z którymi boryka się Autor. Proponuję zmierzyć napięcie stałe pomiędzy wyjściami wzmacniaczy (bez dołączonego obciążenia i bez podania sygnału na ich wejście). Powinno wynosić 0mV. Najlepszym testem będzie dołączenie szeregowo z uzwojeniem pierwotnym transformatora dodatkowego kondensatora elektrolitycznego o pojemności rzędu 2200uF i sprawdzenie jak wówczas działa układ.

W archiwum Elektrody (https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic625528.html#postingbox, #2 17 Nov 2006 21:53) jest wzór:

CW-Bax-61 wrote:

P = 4,44*η*f*Bm*J*krdz*kok*Sr*Sok)/((1+η)*100) , gdzie:
P-Moc
η-sprawność
f-częstotliwość
Bm-amplituda indukcji w rdzeniu
J- gęstość prądu w uzwojeniach,
krdz-współczynnik zapełnienia rdzenia
kok-współczynnik zapełnienia okna
Sr-przekrój rdzenia
Sok-przekrój okna

Jeżeli zachowasz niezmienione wszystkie wymiary geometryczne, oraz współczynniki wypełnienia, sprawność i indukcję, to można napisać:

MOC = (wartość stała wynikająca z konstrukcji) * CZĘSTOTLIWOŚĆ

Dla częstotliwości 2,5 raza mniejszej ten sam transformator przeniesie 2,5 raza mniejszą moc.
A dla częstotliwości 0 Hz każdy transformator przenosi 0 Watów.

Piszecie o tym ile transformator przeniesie mocy, a tu nie moc jest ważna lecz napiecie, wspomniany TS5/10 przy 50Hz ma specyfikację 230V/10V, przy 20Hz ten transformator może pracować do 92V/4V, obciążalność prądowa bez zmian.

Piszę o tym żeby nikomu (Rzuuf) nie wydawało sie że wystarczy zastosować transformator o wiekszej mocy, choćby miał 100W to przy nominalnym napięciu i 20Hz i tak sie nasyci.

jarek_lnx wrote:

... nie wydawało sie że wystarczy zastosować transformator o wiekszej mocy ...

Oczywiście, że w identyczny sposób należy przeliczyć uzwojenia (ilość zwojów na Volt), wstawiając do wzoru odpowiednio niższą częstotliwość!

Mozna też połączyć trzy identyczne transformatory sieciowe szeregowo, nie wszyscy mają sprzęt i materiały żeby sobie samemu nawinąć, oczywiście jeden transformator był by wygodniejszy - są firmy które nawijają na zamówienie.

Jak bym miał coś takiego budować, zrobił bym wzmacniacz bez transformatora.

Dziękuję za zainteresowanie. Jako transformator wstawiłem TS5/10 tylko próbnie. Przeniesienie tych 10 W w tym przypadku to problem związany z częstotliwością i stratami w rdzeniu. Oczywiście napięcie jest na tyle małe, że rdzeń jeszcze się nie nasyca. Sam wzmacniacz zasilam napięciem +15 V. Nie muszę wprowadzać szczeliny powietrznej, bo przez uzwojenie transformatora nie płynie składowa stała. Napięcie niezrównoważenia jest na poziomie mV, co nie wywoła tu istotnego przepływu stałego prądu. Wstawienie szeregowego kondensatora niebiegunowego też nic nie zmieniało.

Okazało się, że znaczna część problemów z układem to przepięcia powstające na uzwojeniu transformatora. Napięcia na obu wyjściach wzmacniacza mostkowego zapewne nie narastają równie szybko. Stąd dochodzi do gwałtownych zmian napięcia w trakcie załączenia układu. Dołączyć sygnału prostokątnego też się nie da z tego samego powodu. Dojdzie w takim przypadku do zadziałania wewnętrznych diod zabezpieczających i włączenia ograniczenia prądu w zasilaczu. Wywoła to zmniejszenie napięcia zasilania i w konsekwencji powstaną kolejne stany przejściowe. Zatem w końcu może dojść w jakiś sposób do wzbudzenia. Pomaga wstawienie rezystora 1 Ω szeregowo z uzwojeniem transformatora.

Kolego mkpl też sądziłem, że to takie proste. Nic bardziej mylnego. Słuszna jest jednak uwaga o stabilizacji napięcia wyjściowego.

Dlaczego nie próbuję ze wzmacniaczem tranzystorowym ? Przyczyna jest prosta. Gdzie kupić odpowiednią parę komplementarną ? Zresztą miałbym niemałe straty w tranzystorach. Nie napisałem tego, ale napięcie 230 V na wyjściu jest maksymalne. Potrzebować też będę czasem ok. 100 V. W obu przypadkach jest to wartość skuteczna. Moc 10 W bardzo by mi się przydała, ale wzmacniacz 1 W też byłby nie do pogardzenia w pewnych zastosowaniach.

A może przewrotnie wykonać to na lampie elektronowej? Dobre do doświadczeń bo lampy wybaczają spore błędy. Dać np 2 szt el 84 przeciwsobnie z 250V -/+ Przy wysokoomowym obiążeniu wyciśnie z nich 12-15W.

jaszczur1111 wrote:

A może przewrotnie wykonać to na lampie elektronowej? Dobre do doświadczeń bo lampy wybaczają spore błędy. Dać np 2 szt el 84 przeciwsobnie z 250V -/+ Przy wysokoomowym obiążeniu wyciśnie z nich 12-15W.

W tym dokumencie jest nawet taki przykład (strona 8, rys. 11): http://cds.linear.com/docs/en/application-note/an18f.pdf. Można też kombinować z potężniejszymi PL500. Jest to ciekawe rozwiązanie, ale byłoby z tym zbyt wiele pracy.

atom1477 wrote:

Nikt nie mówił o wzmacniaczu tranzystorowym W sensie wzmacniacza na tranzystorach dyskretnych.

Nie taki układ miałem na myśli pisząc "tranzystorowy". Chodziło o układ na tranzystorach wysokonapięciowych i wzmacniaczu operacyjnym. Wykonałem dzisiaj nawet taki układ. Konkretnie pochodzi on z rysunku 9, podanego wyżej PDF. Jako wzmacniacz operacyjny wstawiłem AD8599. Wzmocnienie zwiększyłem do 20 V/V, poprzez zmniejszenie rezystorów 10 kΩ do wartości 5 kΩ. Wykorzystane tranzystory to para komplementarna 2SC3468 i 2SA1371. Układ pracuje znakomicie, jest idealnie stabilny. Po podaniu na wejście sygnału prostokątnego na wyjściu nie ma żadnych oscylacji. Pasmo jest szersze niż podano. Szybkość narastania też jest lepsza. Wynosi ona 24 V/µs. Przy zwiększeniu napięcia zasilania do ±155 V można uzyskać na wyjściu ok. 300 Vpp. Strach zwiększać napięcie bardziej, bo jest to już na granicy napięcia przebicia zastosowanych tranzystorów.

atom1477 wrote:

Wystarczy użyć scalonego wzmacniacza bo może się taki uda znaleźć. Być może jakiś scalony wzmacniacz napięć odchylania do oscyloskopu.

Wzmacniacze odchylania od oscyloskopów są dosyć specyficzne, kosztowne i trudno dostępne. Scalony wzmacniacz wizji z telewizora też się nadaje.

atom1477 wrote:

Ale jeżeli nie to faktycznie wzmacniacz tranzystorowy. No to znowu, nikt nie mówił o parze komplementarnej. Wzmacniacz może być na 2 tranzystorach NPN. Np. BUX85.
Do kupienia bez problemu. Ale na upartego parę komplementarną NPN + PNP też znajdzie.

Rezygnując z pary komplementarnej musiałbym zaprojektować taki układ od zera. Zresztą byłoby to już trochę nietypowe. Znalezienie odpowiedniej pary komplementarnej jest bardzo trudne, zresztą próbowałem. Myślałem też o układzie z tranzystorami quasi komplementarnymi. Kupić wysokonapięciowy tranzystor NPN to żaden problem. Inne rozwiązanie to łączenie tranzystorów szeregowo, tak by każdy z nich otrzymywał tylko część napięcia.

Jest jeszcze coś takiego: Link. Tranzystory takie niby nawet da się gdzieś kupić.

atom1477 wrote:

A najprościej to chyba było by użyć przetwornicy impulsowej. Tzn. wyjście jak w przetwornicy 12V/230V sinusoidalnej.
Czyli jedna para MOSFETów N, driver Low & High Side np. IR2104, i generator PWM modulowany przebiegiem sinusoidalnym (da się zrobić nawet całkowicie analogowo).
Znacznie to upraszcza część mocy w stosunku do liniowego wzmacniacza "audio" (bo do sterowania wystarczy układ IR2014 za 3zł, a we wzmacniaczu liniowym trzeba by stopień sterujący też na tranzystorach wysokonapięciowych).
Jedyna różnica/utrudnienie taka że wymagał by filtru LC na wyjściu.

To też jest jakieś rozwiązanie. Gdybym jednak zrezygnował z jakiejkolwiek mocy wyjściowej mógłbym zwyczajnie konwertować sygnał PWM o poziomach TTL na bipolarny ±350 V i podać to na filtr RC. Modulator PWM można wykonać nawet na TL494.

trymer01 wrote:

maciej_333 wrote:

Tranzystory takie niby nawet da się gdzieś kupić.

Bez problemu na e-bay. To rozwiązuje Twój problem, który sobie niepotrzebnie komplikujesz.

Właśnie to sprawdziłem. Faktycznie są tam dostępne te tranzystory, ale cena jest spora. Łatwo też trafić na podróbkę. Para BF871 i BF872 kosztuje grosze, ale nie wytrzymuje tego napięcia. Zatem będę próbował zapewne dobierać tranzystory pod kątem napięcia przebicia. Zrobię to z zasilaczem wysokonapięciowym i mikroamperomierzem, lub nawet galwanometrem.

Robiłem taki wzmacniacz (zasilanie +/- 300V) na MJE13007 i MJE5852 na wyjściu. Dwa lata temu były dostępne w Polsce za kilka złotych.

Futrzaczek wrote:

Robiłem taki wzmacniacz (zasilanie +/- 300V) na MJE13007 i MJE5852 na wyjściu. Dwa lata temu były dostępne w Polsce za kilka złotych.

Tranzystory były łączone szeregowo ? Pytam, bo podana para jest na jedynie 400 V. W tym układzie kiedy PNP jest w pełni wysterowany, to NPN prawie zatkany. Oczywiście może być również odwrotnie. Zatem na każdym z tranzystorów odkłada się maksymalnie ok. 600 V.

Uwierzyłem swojej pamięci Zasilanie 2x140V AC, więc napięcia i amplitudy odpowiednio mniejsze.

Ja bym zrobił na N-MOSFETach.

jarek_lnx wrote:

Ja bym zrobił na N-MOSFETach.

Interesujący pomysł. Jeśli dobrze rozumiem, to tranzystor M1 jest aktywnym obciążeniem dla M2 ?

Jest jeszcze sposób z bootstrapowaniem wzmacniacza operacyjnego. Chodzi o to by dynamicznie zmieniać napięcia zasilania wzmacniacza wraz z napięciem wyjściowym. Dzięki temu różnica pomiędzy napięciami zasilania wzmacniacza operacyjnego pozostaje stała. Wzmacniacz zaś w takiej "pływającej" aplikacji może nadal kontrolować napięcie wyjściowe. Napięcia mierzone na wzmacniaczu względem masy są oczywiście znacznie wyższe od dopuszczalnych. Również napięcia wspólne dla obu wejść są tak naprawdę małe, jeśli odnieść je np. do Veo. Bardzo dobrze zostało to wyłożone w tym artykule: Link. Warto przeczytać ten tekst.

W przypadku układu, którego schemat już podawałem (Link, str. 7, rys. 9) podniosłem odważnie napięcie zasilania do ±185 V. Układ o dziwo nadal działał tak samo dobrze z maksymalnym napięciem wyjściowym. Nie wiem jak te tranzystory to wytrzymują.

Quote:

Interesujący pomysł. Jeśli dobrze rozumiem, to tranzystor M1 jest aktywnym obciążeniem dla M2 ?

Nawet więcej, dla dodatnich połówek M1 działa jako wtórnik dając pożądaną wydajność prądową bez (powodującego wzrost strat) zmniejszania R1, dla połówek ujemnych przez diodę D1 prąd przejmuje M2, układ taki pracuje w klasie B i jest dosyć nieliniowy (rózne wzmocnienia dla + i -), ale gdy kontroluje go ujemne sprzężenie zwrotne wzmacniacza operacyjnego, a częstotliwość nie jest wysoka to moze całkiem precyzyjnie działać, spodziewał bym sie lepszych parametrów niż w układzie z transformatorem.
Układ warto by rozbudować o ograniczenie prądowe - dojdą dwa tranzystory.

A co do układu z TDA2005 zaczął bym od zmierzenia indukcyjności i częstotliwości rezonansu własnego transformatora, wtedy mozna by pokombinować z gasikami.

Bootstrapowanie WO też nie jest bez wad i tak musiał byś mieć wysokonapięciowy tranzystor PNP, chyba że dolny regulator napiecia przerobisz na NPN.