Тёплый Ламповый Мультивибратор

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 катоа — 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.