Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

Стабилизатор напряжения без обратной связи

Автор: Andy Nehan

Когда речь заходит о стабилизаторах напряжения, сразу вспоминаются трехвыводные стабилизаторы типа LM317/337 или 78ХХ и 79ХХ. Все они работают при небольших напряжениях (до 40 Вольт), имеют всего три вывода и, как следствие, простые схемы включения.

Забегая вперёд, приведу цитату из конца этой статьи:

«Если вы обычно слушаете усилители со стабилизаторами на LM317 и им подобным, то прослушивание усилителя со стабилизатором без обратной связи поначалу может вызвать у вас шок!

Для меня это было сравнимо с тем, когда я первый раз попробовал сырую рыбу.

Просто забудьте про ваши предрассудки!»

Для слежения за выходным напряжением  микросхемы LM317/LM337 и аналогичные используют обратную связь.

Другой тип стабилизаторов обычно называют параллельными и часто говорят, что они не имеют обратной связи, а стабилизация напряжения происходит путем шунтирования нагрузки (из рисунка видно, что это не так и обратная связь присутствует и в этом типе стабилизаторов).Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

У обоих типов стабилизаторов есть ряд общих черт. Оба используют усилитель сигнала ошибки. При этом все усилители имеют конечный коэффициент усиления и ограниченную полосу пропускания. В идеале, надо использовать усилитель сигнала ошибки с постоянным усилением и фазовым сдвигом в полосе от постоянного тока и далее во всем звуковом диапазоне.

Смысл этого в том, что характеристики усилителя сигнала ошибки и цепи обратной связи определяют выходное сопротивление стабилизатора таким образом, что:

1. чем выше коэффициент усиления, тем ниже выходное сопротивление стабилизатора

2. выходное сопротивление обычно монотонно растёт с ростом частоты. Зависит от АЧХ усилителя ошибки и на практике рост может начинаться с частот 100Гц-10кГц.

На рисунке показан типичный выходной импеданс стабилизатора на микросхеме LM317:

Целью моей работы было создание стабилизатора со стабильным выходным сопротивлением во всем диапазоне звуковых частот, высоким уровнем подавления пульсаций и низким уровнем шумов.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

Исходя из этих требований, рассмотрим весь тракт от выпрямления до стабилизации напряжения.

Выпрямление переменного напряжения

Сегодня требования к качеству напряжения сети довольно мягки. Прибавьте к этому огромное количество потребителей с импульсными блоками питания (компьютеры, телевизоры, принтеры, DVD-проигрыватели и т.п.) и нелинейные характеристики понижающих трансформаторов. В результате форма питающего напряжения далека от синуса. В первую очередь наблюдается уплощение вершин полуволн.

На рисунке  показаны результаты измерений напряжения на выходе Ш-образного трансформатора:

Увеличение по клику

Я был удивлен, честно скажу — ожидал худшего.

Примечание главного редактора «РадиоГазеты»: имейте ввиду, что автор живёт в Великобритании!!! В российской электросети  картина будет далеко не такая радужная.

Я использую Ш-образные трансформаторы, потому что их звук мне больше по душе. Они не так быстродействующие, как торы, но я считаю, что они дают лучшую детализацию и проработку сцены в звучании.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

На предыдущем рисунке показан и спектр выходного напряжения мостового выпрямителя.

Ужасно! Даже хуже, чем на входе трансформатора.
Теперь появились гармоники частотой 2 кГц, с уровнем около 60 дБ относительно  к 50 Гц пульсациям напряжения.

Чистый вход

Я хотел получить чистое входное напряжение по максимуму очистив его от гармоник и исключив все переходные процессы. Дело в том, что все стабилизаторы имеют некоторую ёмкость между входом и выходом. Плюс помехи могут проникнуть на выход стабилизатора через цепи обратной связи или общий провод. Потому на входе стабилизатора нам требуется иметь максимально чистый сигнал.

Звучит немного утопически? Как получить «чистое» напряжение на входе стабилизатора?
RC или LC-фильтры могут значительно снизить гармоники в выпрямленном напряжении.
А какой сигнал считать достаточно чистым?

Довольно популярны в ламповых усилителях выпрямители на кенотронах, которые в силу своих конструктивных особенностей являются несимметричными, однако же ничего.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи ..звучат эти усилители! 🙂

Чтобы получить минимальный уровень гармоник в выпрямленном напряжении я экспериментировал с одно и двухзвенными RC-фильтрами, установленными после первого фильтрующего конденсатора.

Как и ожидалось, добавление одного звена даёт наибольший прирост в качестве звучания усилителя.
Второе звено также даёт заметный вклад. Дальнейшее увеличение количества звеньев на звук существенно не влияет, а вот на массо-габаритные показатели очень.

Результаты измерений:

Как видно, существенно уменьшают не только верхние гармоники, но и основные пульсации также существенно затухают. Что и требовалось. К сожалению, моё оборудование не позволяет точно измерить уровень фона в присутствии сигнала. Кроме основой гармоники уровень других гармоник составил ниже 10 мВ.

Дополнительное звено в фильтре может снизить ещё на 20дБ уровень всех гармоник выше 200Гц. Но они и так уже на уровне шума стабилизатора.
Упрощенное моделирование стабилизатора на мощном FET-транзисторе показало уровень подавления низкочастотных составляющих на уровне 100дБ и 40 дБ для гармоник 100 кГц и выше.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

Такие впечатляющие цифры вряд ли будут достигнуты на практике из-за паразитных ёмкостей монтажа, наводок со стороны сети и прочих негативных факторов.

Поэтому я решил считать нормальными результаты: подавление 60дБ на нижних частотах и 20дБ на высоких. Получается, что пульсации частотой 50Гц и амплитудой 100 мВ будут ослаблены до уровня 0,1мВ. Подавление ВЧ-гармоник не столь важно, так как они очень хорошо ослабляются RC-фильтрами.

Слабые сигналы

Основываясь на моем опыте, я считаю, что все неосновные (шумы, помехи, гармоники) сигналы питающей сети должны быть подавлены с достаточной степенью. Особенно это относится к высокочастотным составляющим, так как с увеличением частоты из-за паразитных емкостей между входом и выходом стабилизатора, а также ограниченной полосы пропускания усилителя сигнала ошибки, способность стабилизатора их подавлять заметно ухудшается.

Как легко заметить, резистор (или может быть индуктивность) в фильтре включены в оба провода: положительный и общий.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи Часто резистор (или дроссель) добавляют только в один (положительный) проводник фильтра. На результатах измерений это не сказывается.

Но это ошибка!!! Я уверен, что из-за распределенной индуктивности трансформатора помеха на одном выводе вторичной обмотки может быть больше, чем на другом. (К сожалению, моё измерительное оборудование не позволяет это проверить) Симметричная схема фильтра наиболее эффективно справится с такой помехой.

Если говорить о замене резисторов в фильтре на индуктивности, то я никогда не был доволен LC-фильтрами. На мой взгляд они замедляют атаку и снижают динамику усилителя. Это вовсе не означает, правильно посчитанный и изготовленный дроссель будет звучать плохо. Но за последние 5 лет мне не попалось таких изделий, хорошо сочетающихся с моими конструкциями.

К аналогичному результату (снижению динамики) приводит увеличение номинала резисторов фильтра. Для маломощной нагрузки я использую резисторы на 22 Ом. Для более мощной нагрузки значения резисторов следует уменьшить.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

«СВЯЗЬ ВПЕРЁД»

Я разработал топологию стабилизатора без обратной связи. Считаю, что именно она отвечает моим требованиям, а после тестовых прослушиваний я заменил в своих конструкциях типовые стабилизаторы с обратной связью, несмотря на их высокие параметры.

В моей топологии сначала получается стабильное образцовое напряжение, которое через буфер подается на накапливающее устройство (конденсатор). Буфер обеспечивает постоянство выходного сопротивления стабилизатора, а конденсатор мгновенную подачу энергии усилителю при резких колебаниях тока нагрузки.

Обе топологии я смоделировал для проверки своих рассуждений.

Оказалось, что топология с обратной связью имеет чуть больший коэффициент стабилизации и ниже выходное сопротивление, которое повышается с ростом частоты.

Однако, по результатам прослушивания я отдал предпочтение топологии без обратной связи.

Базовая конфигурация

Главная задача стабилизатора — обеспечить постоянство выходного напряжения и подавление пульсаций.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи
Конструкция стабилизатора основана на простейшей схеме, но каждый её элемент я выбирал так, чтобы он идеально выполнял свою функцию:
Для максимального подавления входных шумов сопротивление резистора R должно быть максимально, а в внутреннее сопротивление источника опорного напряжения Vref как можно ниже. Да и работать формирователь опорного напряжения будет лучше, если его питать от высокоомного источника. Таким требованиям отвечает источник стабильного тока (ГСТ).

Для высоковольтного стабилизатора я использовал ГСТ на двух транзисторах, что обеспечивает большую стабильность тока при колебаниях питающего напряжения.

Для низковольтных стабилизаторов можно использовать аналогичную схему или просто одиночный диод.

Для высоковольтных стабилизаторов я выбрал значение тока ГСТ около 5мА. Для низковольтных стабилизаторов можно выбрать значение поменьше.

Микросхеме TL431 для нормальной работы требуется минимум 2 мА.

Важное замечание: ГСТ на двух транзисторах может иногда возбуждаться, если использовать высокочастотные транзисторы.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи Поэтому я выбрал транзисторы  MJ340/350 которые, как показывает мой опыт, работают стабильно.

Стабилитроны довольно шумные и кроме того имеют плохой температурный коэффициент. Выходное напряжение при их использовании будет меняться в зависимости от температуры окружающей среды, а если в вашем усилителе активная вентиляция, то тем более. Кроме того, стабильность их внутреннего сопротивления тоже оставляет желать лучшего.

Вместо них я использовал TL431 в качестве источника опорного напряжения, так как их шумовые характеристики весьма достойны, они имеют низкое выходное сопротивление и довольно широкий диапазон выходных напряжений, которое устанавливается с помощью простого делителя.

Стабилизатор напряжения для цепей накала.

Буферным элементом стабилизатора может быть как биполярный так и полевой транзистор.  На практике я использовал полевые транзисторы, с высокой крутизной, номинальной мощностью и высоким рабочим напряжением.  Надежность была превосходной!

Теплоотвод для буферного транзистора требуется как для низковольтного, так и в случае высоковольтного стабилизатора.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

Конденсатор в цепи TL431 Дополнительно снижает уровень шума.

увеличение по клику

Недостатком схемы можно считать необходимость подстройки выходного напряжения при замене ламп, так как из-за конструктивных особенностей потребление по цепям накала у разных ламп отличается.

Но настоящего аудиофила это не остановит!

Высоковольтный стабилизатор напряжения

Так как максимальное выходное напряжение микросхемы TL431 составляет всего 30В, то для получения больших значений выходного напряжения стабилизатора используется полевой транзистор, включенный как умножитель. Его коэффициент усиления равен отношению суммы резисторов 330кОм и 270 кОм к резистору в 33кОм. При указанных номиналах усиление равно 15, т.е. максимальное выходное напряжение схемы составляет порядка 450В.

Источник тока на транзисторах MJE350 питает источник образцового напряжения током в 5мА, значение которого устанавливается резистором 150R.
В остальном работа схемы аналогична предыдущей.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

Следует обратить внимание на качество конденсаторов. Они должны быть низкоимпедансными и быстрыми. К примеру, плёночные конденсаторы фирмы WIMA типа FKP1 отвечают всем этим требованиям.

Кстати, так как схема не обеспечивает плавную подачу анодного напряжения (или задержку включения) до прогрева ламп, для решения это проблемы можно использовать модуль, описанный здесь.

Стабилизатор напряжения отрицательной полярности

Понятно, что для отрицательной полярности напряжения схема должна претерпеть изменения, так как для микросхемы TL431 нет комплементарного аналога.

Тем не менее, я так же использовал TL431, но в связке с составным транзистором (Дарлингтон):

Этот стабилизатор обычно используется для питания вспомогательных цепей, к примеру, катодных источников стабильного тока. Потому образцовые параметры здесь не нужны и усложнять схему я не стал.

Буфер

После рассмотрения стабилизаторов цепей накала и высоковольтного стабилизатора, я предлагаю вашему вниманию схему простого высоковольтного буфера:

Его функция в обеспечении постоянного выходного сопротивления и подавление пульсация и помех по питанию.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи Если его подключить после обычного стабилизатора, то все негативные факторы от обратной связи в источнике питания можно существенно снизить.

Выходное сопротивление такого буфера обратно пропорционально крутизне транзистора и получается достаточно низким. Оно также постоянно в звуковом диапазоне частот.

Большую роль для качества звучания играет выбор конденсаторов!!!

Кстати, я обнаружил, что параллельное соединение конденсаторов не добавляет качества звучания. К примеру, один конденсатор на 20 мкФ звучит лучше, чем параллельное соединение двух конденсаторов на 10 мкФ того же производителя.

Конструкция.

Конструкция таких стабилизаторов особенностей не имеет. При ограничениях в размерах вы можете использовать двухсторонний монтаж. В этом случае одна сторона платы должны быть заземлена. В моих опытах заземление одной стороны платы давало значительный прирост в качестве звучания!

Подобные стабилизаторы я эксплуатирую в своих конструкциях уже около пяти лет и они не доставляют мне проблем ни с качеством звучания, ни с надёжностью.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

Прослушивание.

Если вы обычно слушаете усилители со стабилизаторами на LM317 и им подобным, то прослушивание усилителя со стабилизатором без обратной связи поначалу может вызвать у вас шок!

Первое, что вас удивит — кажущаяся потеря динамики. Я считаю, что LM317 добавляет «лишней скорости звуку», искажая тем самым истинное звучание фонограммы. Закрытое прослушивание показало, что стабилизаторы без ОС удаляют  из звука весь мусор, который привносит LM317.

Потратьте немного времени на привыкание к новому звуку. На это уйдет не больше часа. Но я уверен, что вы будете восхищенны конечным результатом.

Для меня это было сравнимо с тем, когда я первый раз попробовал сырую рыбу.

Просто забудьте про ваши предрассудки!

Теперь немного сравнительных тестов. Я сравнивал стабилизатор на LM317, на лампах и стабилизатор без обратной связи.

1. LM317 как стабилизатор цепей накала и LM317 с двухзвенным фильтром помех. Последний вариант дает более детальный звук.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

2. LM371 как стабилизатор цепей накала против безоосного стабилизатора. Второй вариант дает большую динамику и повышает детальность в верхнем диапазоне, что приводит к расширению стереобазы.

3. Выпрямитель на кенотроне и стабилизатор на лампах против безоосного стабилизатора анодного напряжения. Второй вариант даёт в звучании большую динамику и детальность. Ламповый стабилизатор дал более «жирный» звук.

Для получения максимального эффекта необходимо использовать для питания каждой лампы отдельный стабилизатор. Это несколько удорожает, усложняет и утяжеляет конструкцию. Но, поверьте мне, оно того стоит!

Кроме этого я провел много сравнительных прослушиваний для конденсаторов. В результате я остановился на пленочных конденсаторах фирмы WIMA. Я услышал четкие различия в звучании между плёночными и электролитическими конденсаторами. Пленочные гораздо предпочтительнее.

В своей системе я могу на слух отличить какие используются конденсаторы — пленочные или электролитические даже в цепях накала ламп.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

Если вы хотите получить достойный результат, будьте готовы использовать качественные материалы!

Статья подготовлена по материалам журнала AudoiXpress.

Удачного творчества!

Замечание от главного редактора «РАДИОГАЗЕТЫ»: мнение редакции может частично или полностью не совпадать с мнением авторов статей.

Так как приходят вопросы по реализации описанных схем на доступных элементах, для примера привожу схему собранную и опробованную в работе.

Здесь интегральный источник тока J310 заменён на более доступную микросхему LM317L, включенную по схеме стабилизатора тока. Можно использовать и источники тока на полевых транзисторах.

Резистор R3 задаёт выходное напряжение (подбирается). Качество стабилизации этой схемы сильно зависит от параметров транзистора Т1. Сюда надо выбрать транзистор с максимальной крутизной и минимальным сопротивлением открытого канала. Отлично показал себя  CEP50N06. Из более доступных стоит попробовать IRFZ44.

Важно иметь в виду, что управляющее напряжение на транзисторе порядка 3,5-4В и для нормальной работы источника тока необходимо напряжение около 3,5В.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи Поэтому разница между входным и выходным напряжениями такого стабилизатора должна быть не менее 8В! Это несколько снижает КПД этой схемы и при больших токах нагрузки требует использования радиаторов приличных размеров. Настоящего аудиофила такие трудности не остановят 🙂

Похожие статьи:

Простой стабилизатор на лампах » Схемы на все случаи жизни

Добрый день, уважаемые радиолюбители. Сегодня я хотел бы поделиться с Вами схемой простейшего стабилизатора анодного напряжения, который может найти широкое применение в ламповой технике, когда не требуется высокая стабильность питающего напряжения. Схема электрическая принципиальная данного стабилизатора показана на схеме ниже.

Итак, рассмотрим подробнее принцип работы данного стабилизатора. Хорошо выпрямленное и сглаженное напряжение с выхода выпрямителя поступает на вход стабилизатора. Данный стабилизатор выполнен по классической схеме и состоит из 2-ух каскадов: опорного источника напряжения и регулирующего элемента.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

Опорное напряжение формируется цепочкой стабилитронов VD1-VD3 [3]. Ток стабилизации жёстко задаётся источником тока, реализованным на половинке радиолампы Ла1.2 [2]. Применение источника тока дополнительно повышает стабильность выходного напряжения данного стабилизатора. Конденсаторы С3, С4 — дополнительный фильтр напряжения опорного источника.

Сформированное опорным источником напряжение поступает на сетку второй половинки лампы Ла 1.1 [2]. Задавая жёстко напряжение на управляющей сетке данной половинки лампы, мы, по сути, жёстко задаём выходное напряжение данного стабилизатора.

Конденсаторы C1, С2 — дополнительный фильтр выходного напряжения. Резистор R1 — разрядной резистор. Назначение данного резистора — разряд конденсаторов фильтра после выключения напряжения питания в том случае, если стабилизатор не подключён к нагрузке. Присутствие данного резистора не обязательно, но желательно т.к. в случае его отсутствия на конденсаторах фильтра долгое время может сохраняться опасное высокое напряжение.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

Все использованные детали указаны на схеме. Стоит только сказать пару слов о цепочке стабилитронов VD1-VD3. Каждый стабилитрон данной цепочки следует установить на радиатор площадью не менее 5-10 квадратных сантиметров, толщиной 1-2 мм. В качестве цепочки стабилитронов можно применить любые подходящие по напряжению стабилитроны в том числе и стабилитроны тлеющего разряда типа СГхх [4] (что с точки зрения разброса напряжения стабилизации будет даже лучше. Для примера сравните разброс напряжения стабилизации стабилитрона КС650 [3] и СГ1П [4] на напряжение стабилизации равное 150 Вольт). При применении в качестве цепочки VD1-VD3 стабилитронов тлеющего разряда необходимо из схемы исключить конденсатор С4, а величину конденсатора С3 уменьшить до 0.1 мкФ. Это связано с тем, что подобные стабилитроны имеют петлю гистерезиса между напряжением зажигания, стабилизации и сохранения разряда при снижении напряжения на стабилитроне. Это может привести к самовозбуждению данной цепочки стабилитронов и выходу её из строя.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

Настройка данного стабилизатора очень проста. Следует только подобрать величину резистора R2 так, что бы при среднем входном напряжении ток стабилизации цепочки стабилитронов VD1-VD3 был равен среднему значению тока на участке стабилизации. На этом настройку можно считать законченной. Максимальный выходной ток, который может отдать данный стабилизатор зависит от рассеиваемой на аноде регулирующей лампы Ла1.1 мощности. Чем меньше падение напряжения на регулирующей лампе (разница между входным и выходным напряжением. Так же нужно учесть, что минимальное падение напряжение на лампе для стабильной работы не должно быть менее 30-40 вольт.), тем больший ток можно получить на выходе (т.к. произведение падения напряжения на лампе на протекающий ток не должно превышать рассеиваемой на аноде мощности, а при низких падениях напряжения на лампе потребляемый ток не должен превышать ток эмиссии катода). Для повышения величины отдаваемого тока можно применить более мощные стабилизаторные лампы, например 6С41С, 6С18С, 6С33С или применить параллельное соединение менее мощных ламп.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

Основное достоинство данного стабилизатора — это простота его изготовления. В качестве недостатка можно назвать относительно низкую стабильность выходного напряжения при изменении напряжения питания, а так же зависимость выходного напряжения от потребляемого тока.

На этом на сегодня всё. С уважением, Андрей Савченко.

Список использованной литературы

1. Мазель К.Б. Стабилизаторы напряжения и тока, 1955 год, Госэнергоиздат.

2. Параметры лампы 6Н13С

3. Параметры стабилитрона КС650, Д817В

4. Параметры стабилитрона СГ1П

Стабилизированный источник питания для лампового усилителя

После публикации статьи Владимира Стародубцева «Линия Прибоя» (июль 2002) редакция получила много писем с просьбой рассказать о стабилизированном источнике питания, который применяется в последних версиях усилителей «Мустанг» и «Обертон». Описываемая ниже конструкция выполнена в виде самостоятельного блока и может обеспечить питанием любую схему, потребляющую по анодной цепи до 250 — 265 Вт.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

Источник питания (ИП) является обязательной частью любой радиоэлектронной аппаратуры. Его качество, т.е. надёжность, экономичность, эксплуатационные свойства — в значительной мере определяет технические показатели всего аппарата. Постоянное повышение требований к техническим характеристикам усилительных устройств приводит к тому, что и к вторичным ИП предъявляются всё более жёсткие требования.

Анализ большинства серийных ламповых усилителей показывает, что ИП в них построен по традиционной схеме: сетевой трансформатор, выпрямитель (на диодах или кенотронах) и сглаживающий фильтр с конденсаторами, резисторами и дросселями). Напряжение такого ИП обычно нестабильно, из-за чего меняются режимы работы усилителя. При этом выходная мощность падает, а нелинейные искажения, наоборот, растут.

Сейчас очень популярны однотактники на прямонакальных триодах — 6С4С, 2А3, 300В и ГМ-70. Как правило, их выходная мощность невелика — от 3,5 до 25 Вт, и многие разработчики поддаются соблазну построить ИП по упрощенной схеме с П-фильтром.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи А между тем, звучание этих усилителей, как никаких других, зависит от качества питающего их источника. Более того, некоторые недостатки, считающиеся неотъемлемым атрибутом однотактных выходных каскадов и ограничивающие их распространение, — слабая динамика в нижнем диапазоне и плохо артикулированный бас — в 90 случаях из 100 являются следствием неправильной организации питания.

Многие пытаются решить проблему, наращивая ёмкость конденсаторов фильтра и увеличивая габариты выходного трансформатора. Это дает некоторый выигрыш в звучании, но главные проблемы остаются. И потом, до какой степени стоит наращивать ёмкости в блоке питания? Раньше в ходу был параметр «энергоёмкость ИП», выраженный в джоулях на ватт выходной мощности. Энергия, запасенная в конденсаторах фильтра, рассчитывается по формуле:

А = 1/2 * U2 * C,

где А — в джоулях; U — в вольтах; С — в фарадах.

Если же А поделить на Pвых., то получим величину, характеризующую энергетические показатели усилителя.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи У серийных зарубежных усилителей эта величина находится в пределах 1,5 — 2,5 Дж/Вт. Много это или мало? Сказать трудно, хотя и позволяет в какой-то мере судить об энерговооруженности аппарата.

Нашему КБ тоже пришлось столкнуться с такой проблемой. Несколько лет назад мы получили заказ на разработку однотактного лампового усилителя с выходной мощностью не менее 30 — 35 Вт. Требования были сформулированы так: аппарат должен иметь динамику двухтактного, бас — как у транзисторного, а эмоциональность и музыкальность — как у однотактника. Ничего себе задачка? Не стану подробно описывать все муки творчества, скажу только, что в конце концов был выбран однотактный выходной каскад на двух 6С33С-В, запараллеленных через магнитный поток выходного трансформатора, причем с нагрузкой в цепи катода.

Когда мы сделали макет, выяснилось, что на номинальной мощности при изменении частоты сигнала от 400 до 40 Гц анодное напряжение падало с 200 до 160 В. Источник, несмотря на солидный запас мощности, не держал.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи Прослушивание музыки, богатой НЧ-составляющими, подтвердило результаты стендовых измерений: бас прорабатывался вяло.

Пришлось взяться за стабилизированный ИП, и чтобы не нарушать чистоту ламповой концепции, в качестве проходной выбрали лампу 6С33С-В. Которая, кстати, изначально и разрабатывалась для этих целей, поэтому наряду с большой токоотдачей имеет очень низкое внутреннее сопротивление. Но прежде чем перейти к описанию конструкции, рассмотрим общие принципы построения стабилизаторов напряжения.

Чаще всего применяются параметрические и компенсационные, причем последние бывают последовательные и параллельные (об этом уже успел рассказать Андрей Маркитанов, поэтому опустим подробности. — Прим. ред.). Параметрические — наиболее простые, они строятся на газоразрядных или кремниевых стабилитронах. Номенклатура последних довольно широка, что позволяет строить стабилизаторы с выходным напряжением от единиц до сотен вольт. Но любая простая схема далека от совершенства. В параметрическом стабилизаторе ток через нагрузку всегда должен быть меньше, чем через сам стабилитрон, поэтому к.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи п.д. таких стабилизаторов низок, и они уместны лишь при малой мощности потребителя.

Компенсационные стабилизаторы последовательного типа обладают хорошим к.п.д., высоким коэффициентом стабилизации и малым выходным сопротивлением. Поэтому они и получили столь широкое распространение. Однако и у них есть недостатки — низкая надёжность при перегрузках и коротком замыкании в нагрузке. Это особенно опасно в транзисторных схемах, поэтому приходится вводить в них сложные системы защиты с токовыми датчиками. Неоспоримое достоинство параллельных стабилизаторов — нечувствительность к форс-мажорным ситуациям. При к.з. в нагрузке напряжение на регулирующем элементе и ток, протекающий через него, резко уменьшаются, и никаких фатальных последствий не бывает. Но у параллельных стабилизаторов такие важные параметры, как к.п.д. и выходное сопротивление, оставляют желать лучшего. Стабилизирующие же качества обоих типов примерно одинаковы.

Поэтому наш выбор пал на последовательный стабилизатор, ведь лампы менее чувствительны к перегрузкам и к.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи з. Да и схема получается простой и надежной.

Упрощенно принцип ее работы показан на рис. 1.

РЭ — регулирующий элемент;

И — измерительный элемент;

ЭС — элемент сравнения;

Uo — опорный элемент;

УПТ — уcилитель постоянного тока;

Rн — нагрузка.

По сути, это управляемый делитель напряжения, в верхнем плече которого включён регулирующий элемент РЭ, а в нижнем — нагрузка Rн. У такого стабилизатора входной ток Iвх примерно равен току нагрузки Iн, и как следствие — высокий к.п.д. и малое потребление в режиме х.х. (при Iн = 0). Работает он следующим образом. При увеличении Uвх или уменьшении Iн, напряжение Uвых повышается, в результате чего напряжение на выходе измерительного элемента И превысит опорное Uо. В этом случае на выходе элемента сравнения ЭС будет напряжение Uc = UнКд-Uо (где Кд — коэффициент деления выходного напряжения измерительным элементом). Это напряжение повышается усилителем постоянного тока УПТ и поступает на регулирующий элемент РЭ.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи Под действием управляющего напряжения Uу падение напряжения на РЭ будет увеличиваться, а на выходе стабилизатора — уменьшаться. Этим обеспечивается обратное слежение (тот самый случай, когда без ООС не обойтись). В установившемся режиме выходное напряжение стабилизатора сохраняется практически постоянным. Его нестабильность при воздействии дестабилизирующих факторов будет тем меньше, чем больше коэффициент усиления УПТ.

Итак, конкретный пример (рис. 2).

Как видите, нам пришлось стабилизировать не только анодное напряжение выходных ламп, но также драйвера и сеточных цепей. Это из-за того, что «просадка» источника сказывалась и на питании каскадов предварительного усиления, правда, в меньшей степени — отклонения от номинального значения были примерно 20 — 25%. Поскольку потребляемый ток здесь невелик, мы применили параметрический стабилизатор.

Описываемым ИП комплектуются усилители с выходной мощностью до 16 Вт в каждом канале. При необходимости напряжения на выходе можно изменить, устанавливая газовые стабилитроны с большим или меньшим напряжением стабилизации.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

Детали и конструкция

Мы старались использовать по возможности широко распространённые и недорогие радиоэлементы — резисторы типа МЛТ, пленочные конденсаторы К73-17 и т.д. А вот электролитические конденсаторы желательно приобрести импортные, поскольку применение отечественных значительно увеличит габариты блока. Хотя на качестве и надежности источника это не скажется.

Лампы тоже не дефицитны — 6С33С-В, 6С19П, 6Н2П, СГ1П, СГ2П (СГ15-2). Можно применить стабилитроны и октальной серии, они красиво горят, но занимают больше места. Выпрямители построены на высокочастотных диодах 2Д213А, хотя можно использовать и «быстрые» импортные на соответствующие токи и напряжения. От кенотронов мы отказались из-за того, что они в данной конструкции усилителя ухудшали динамику.

Трансформаторы — основа любого ИП, и на них хочу остановиться более подробно. Дело в том, что при питании выходных каскадов, работающих в классе А, потребление энергии происходит постоянно и ток почти не зависит от амплитуды выходного сигнала.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи При этом сетевые трансформаторы всегда работают с полной нагрузкой. А так как к.п.д. усилителя класса А довольно низок, в лучшем случае это где-то 25%, а то и меньше, то потери в ИП довольно велики. Как правило, все они превращаются в тепло, и его необходимо отводить, иначе блок станет перегреваться, со всеми вытекающими неприятностями. Практика конструирования усилителей подобного рода в нашем КБ показала, что для надёжной работы без перегрева и гудения необходим 3 — 4-кратный запас габаритной мощности сетевого трансформатора по отношению к потребляемой. То есть, если ваш усилитель потребляет 100 Вт, выбирайте 300 — 400-ваттное железо, не ошибётесь.

В нашем же случае речь идёт о потреблении порядка 250 — 265 Вт, так что мощность сетевого трансформатора желательно иметь порядка 800 — 900 Вт. Из конструктивных соображений мы изготовили два трансформатора по 440 Вт и распределили нагрузку на них по возможности равномерно. В соответствии с вышеизложенными рекомендациями потребление от каждого из них составляет 120 — 130 Вт.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

Обратите внимание, что напряжения на выводах трансформаторов указаны в режиме холостого хода.

Конструкция

Источник питания собран на каркасе размером 260 х 150 х 370 мм (Ш х В х Г), выполненном из алюминиевых уголков 15 х 15. На нем установлены трансформаторы и дроссели, а также плата стабилизатора. Снизу к каркасу прикреплены четыре опорные ножки и поддон. Лицевая панель выполнена из алюминия толщиной 5 — 8 мм, на ней находятся сетевой переключатель и индикатор включения. На задней стенке (алюминий толщиной 2 мм) установлен сетевой ввод, предохранитель, а также разъём, соединяющий источник питания с усилителем. Последний может быть любым, но учтите, что по цепям накала лампа 6С33С (а у нас их в усилителе две) потребляет 6,6 А, так что хотя бы пара контактов должна быть рассчитана на большой ток. Соединение с усилителем выполнено гибким жгутом длинной 0,5 — 0,75 м из провода типа МГТФ-0,35. В накальные линии необходимо заложить провод сечением не менее 5 мм2. Сверху каркас закрыт перфорированным кожухом.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

Технические данные трансформаторов и дросселей
Т1 — анодный.
Сердечник ПЛ 25 х 50 х 80, Рг 440 ВА, к = 4 витка/В.
ОбмоткаUххвитковпровод, тип, диаметр
W1220880 (2 х 440)ПЭВ-2-0,71
W22801120 (2 х 560)ПЭВ-2-0,56
Т2 — накально-анодный.
Сердечник ПЛ 25 х 50 х 80, Рг 440 ВА, к = 4 витка/В
W1220880 (2 х 440)ПЭВ-2-0,71
W23301320 (2 х 660)ПЭВ-2-0,4
W3125500 (2 х 250)ПЭВ-2-0,2
W46,526 (2 х 13)ПЭВ-2-2,49 отвод от середины
W56,526 (2 х 13)ПЭВ-2-1,8
W66,526 (2 х 13)ПЭВ-2-0,85 отвод от середины
D1 Сердечник ШЛ 16 х 20 х 50.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи
W~ 1800ПЭВ-2-0,45 мм, мотать в навал до заполнения каркаса
D2 Cердечник Ш15 х 20 х 30ПЭВ-2-0,2 мм, мотать в навал до заполнения каркаса

Регулировка блока питания

Сначала невредно убедиться, что все обмотки двухкатушечных трансформаторов скоммутированы правильно и на их выводах присутствуют именно те напряжения, на которые вы рассчитывали. Затем подключаем стабилизаторы и вольтметром проверяем поочерёдно режимы каждого звена. В отличие от параллельных стабилизаторов последовательные можно включать без нагрузки, что мы и делаем. После 5 — 10-минутного прогрева устанавливаем подстроечными резисторами RT1 и RT2 выходные напряжения +210 и +350 В соответственно. Запас по регулированию должен быть примерно 20% в обе стороны. Затем подключаем эквивалент нагрузки. Для мощного каскада это может быть обычная лампа накаливания 100 Вт на 220 В, а для драйверного звена — резистор типа ПЭВ-50 сопротивлением 3500 Ом.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи Под нагрузкой напряжение не должно просаживаться более чем на 0,5 — 1 В. Погоняйте блок в таком режиме несколько часов, и если в схеме ничего не дымит и не перегревается, работу можно считать законченной.

Теперь посмотрим, стоило ли вообще затевать весь этот проект. Первое, что мы отметили после подключения усилителя, — стабильность его режимов при изменении напряжения питающей сети. При скачках на линии от +5% и -10% (а у нас в Таганроге бывает и больше) анодные, и что особенно важно, сеточные потенциалы не менялись. Сравнительное прослушивание двух аналогичных усилителей с разными ИП — традиционным и стабилизированным — показало, что последний явно обладает лучшей энергетикой. Звучание становится более плотным и насыщенным во всём спектре частот, улучшается микро- и макродинамика.

Эмоциональный эффект примерно тот же, что при сравнении усилителей с ООС и без неё. Слушать аппарат с нестабилизированным источником питания уже не хочется.

Январь 2003, г. Таганрог


Литература: [1].Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи Назаров С.В. «Транзисторные стабилизаторы напряжения». М., Энергия 1980 г.

[2]. Белопольский И.И., Тихонов В.И. «Транзисторные стабилизаторы на повышенные и высокие напряжения». М., Энергия 1971 г.

[3]. Ложников А.П., Сонин Е.К. «Каскодные усилители». М., Энергия 1969 г.


Практика AV #6/2003

Радиосхемы. — Микросхема КР142ЕН19А- регулируемый стабилизатор напряжения

Микросхема КР142ЕН19А- регулируемый стабилизатор напряжения

категория

Схемы начинающим радиолюбителям

материалы в категории

И. НЕЧАЕВ, г. Курск
Журнал Радио, 2000 год, №6

Отечественная промышленность выпускает интересный полупроводниковый прибор — микросхему КР142ЕН19А. Она представляет собой параллельный стабилизатор напряжения.

Невысокая цена и большие функциональные возможности позволяют широко использовать микросхему в различных блоках питания и узлах аппаратуры как источник опорного напряжения либо регулируемый стабилитрон.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

В отличие от обычного стабилитрона, КР142ЕН19А имеет выводы не только анода и катода, но и входа управления (рис. 1,а). Здесь под анодом будем понимать электрод, на который подается плюс стабилизируемого напряжения. Выпускается микросхема в корпусе, напоминающем транзистор (рис. 1,б).

Подавая на управляющий вход напряжение с анода (рис. 2,а) или резнетивного делителя (рис. 2,6), включенного между анодом и катодом, можно изменять напряжение стабилизации от 2,5 до 30 В.

Ток стабилизации может лежать в пределах 1…100 мА, а дифференциальное сопротивление не превышает 0,5 Ом. Наибольшая мощность рассеяния достигает 0,4 Вт, а ток входа управления — 5 мкА. Ток через резистивный делитель желательно выбирать не менее 0,5 мА.

Для постройки маломощного стабилизатора напряжения (параллельного типа) последовательно с микросхемой включают балластный резистор (R1 на рис. 2), а нагрузку подключают к выводам анода и катода, как это делают в случае с обычным стабилитроном.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи Рассчитывают такой стабилизатор по методике, аналогичной для стабилитрона.

Если нужно плавно изменять выходное напряжение стабилизатора, в него вводят переменный либо подстроечный резистор (рис. 3). Тогда минимальное напряжение нетрудно рассчитать по формуле: формуле: Uмин = 2.5·[1 + R2/(R3 + + R4)] В. а максимальное Uмакс = = 2.5·[1 + (R2 + R3)/R4] В. Сопротивление балластного резистора определяют так: R1 = (Uвхмин — Uвых)/(Icтмин +Iдеп+Iстмакс ). где Iстмин можно принять равным 1 мА.

Если нагрузка должна потреблять больший ток, чем может обеспечить микросхема, в стабилизатор вводят биполярный транзистор (рис. 4) соответствующей мощности. Следует заметить, что резистивный делитель в этом случае включают между выходом стабилизатора и общим проводом. В итоге получится компенсационный стабилизатор напряжения с регулирующим транзистором. Несмотря на простоту, такой стабилизатор зачастую превосходит по параметрам специализированные интегральные стабилизаторы напряжения (микросхемы серий К142, КР142).Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

На рис. 5 приведена схема стабилизированного блока питания с микросхемой КР142ЕН19А, который предназначен для работы с плейером, маломощным радиоприемником и другой аппаратурой. Его удобно встроить в сетевой адаптер с нестабилизированным и переключаемым выходным напряжением.

Трансформатор, диодный мост и конденсатор фильтра С1 используют от адаптера. Вместо имеющегося переключателя на одно направление придется установить аналогичный по габаритам на два направления. Большинство деталей размещают методом навесного монтажа, транзистор (КТ815А—КТ815Г, КТ817А—КТ817Г) снабжают теплоотводом. Сопротивление каждого из резисторов R3 — R5 рассчитывают по формуле: R= R2/(Uвых/2,5-1).

При испытании этого блока получились весьма хорошие результаты: коэффициент стабилизации составил несколько сотен, а амплитуда пульсаций выходного напряжения при токе нагрузки 200 мА — не более 2…3 мВ.

При налаживании блока более точно выходные напряжения устанавливают подбором резисторов R3 — R5.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

Более мощный блок, который использовался для питания стационарной радиостанции Си-Би диапазона с выходной мощностью 10 Вт, был выполнен по схеме, приведенной на рис. 6. Здесь для повышения коэффициента стабилизации вместо резистора применен стабилизатор тока на полевом транзисторе, а для обеспечения выходного тока 3 А и более использован мощный составной биполярный транзистор с коэффициентом передачи тока базы 1000 и более. Выходное напряжение можно регулировать в небольших пределах (11,5…14 В) подстроенным резистором R2.

Трансформатор Т1 должен обеспечивать на обмотке II переменное напряжение около 15 В при максимальном токе нагрузки. На такой же ток подбирают диоды выпрямительного моста и транзистор VT2 (его устанавливают на теплоотвод).

При испытании блока коэффициент стабилизации при токе нагрузки 2 А оказался более 1000, а выходное сопротивление — около 0,005 Ом.

РадиоКот :: Современный, ламповый…

РадиоКот >Схемы >Аудио >Усилители >

Современный, ламповый…

    Разработчики ламповых усилителей зачастую пренебрегают теми возможностями, которые предоставляют современная элементная база и современная схемотехника.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи Борясь за чистоту «лампового звука» они признают достойными внимания только те схемные решения, которые использовались в эпоху расцвета ламп. В предлагаемом вашему вниманию усилителе реализован совершенно иной подход: усиление переменного сигнала осуществляется классическими ламповыми каскадами, а режимы работы ламп по постоянному току задаются современными активными компонентами с применением современных схемотехнических методов. Такой подход позволил сохранить особенности воспроизведения звука, присущие ламповому усилителю, и обеспечил отсутствие зависимости режимов работы от параметров отдельных экземпляров ламп и дрейфа этих параметров.
    Описываемый усилитель предназначен для прослушивания музыки во время работы за компьютером. Его также можно использовать в качестве усилителя для стереонаушников. Усилитель построен на триодах, его выходная мощность — 2.5Вт, а полоса усиливаемых частот — 25Гц…25кГц. Коэффициент нелинейных искажений не превышает 0.3% при выходной мощности 250 мВт.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

Прежде чем перейти к описанию устройства, сделаю необходимое предупреждение:

Внимание! Данное устройство использует опасные для жизни напряжения и предназначено для повторения только достаточно опытными радиолюбителями. Автор не несет никакой ответственности за последствия, наступившие в результате повторения этого устройства или его отдельных частей.

    Выбор ламповых триодов в качестве усилительных элементов был обусловлен желанием построить наиболее классический вариант лампового усилителя. С этой же целью было решено отказаться от применения отрицательной обратной связи в выходном каскаде. Вначале, усилитель предполагалось сделать однотактным, но наличие достаточно мощных сдвоенных триодов и меньший коэффициент нелинейных искажений двухтактного выходного каскада определили окончательный выбор в его пользу.

    Принципиальная схема одного из каналов усилителя (левого) представлена на рисунке:

    Усилитель имеет два каскада предварительного усиления (усилитель напряжения и фазоинвертор) и выходной каскад.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи Усилитель напряжения реализован на триоде VL1A (половина лампы 6Н2П, другая половина используется в правом канале) по известной схеме, с тем отличием, что ток катода задан источником тока на транзисторе Q1 и не зависит от параметров лампы. Легко видеть, что напряжение на аноде также не зависит от параметров используемой лампы. Таким образом, триод находится в фиксированном режиме работы по постоянному току.
    Фазоинвертор выполнен на триоде VL2A (половина лампы 6Н23П, другая половина также используется в правом канале) по схеме с разделенной нагрузкой и непосредственной связью с первым каскадом. Режим работы этого триода также задан источником тока. Этот источник тока построен с применением микросхемы TL431 (U2), которая поддерживает постоянным падение напряжения на резисторе R15, стабилизируя ток эмиттера, а, следовательно (с учетом погрешности, вызванной базовым током), и ток коллектора транзистора Q2. Транзистор Q1 подключен к транзистору Q2 по схеме токового зеркала.
Посредством цепи C2, R4, R9, C6, предварительный усилитель охвачен неглубокой ООС с целью стабилизации величины усиления с обеспечением возможности её подстройки (при помощи переменного резистора R9) и снижения нелинейных искажений.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи Следует отметить, что действие этой ООС сохраняется даже тогда, когда выходной каскад оказывается в режиме перегрузки, поэтому ООС не оказывает негативного влияния на воспроизведение звукового сигнала.
    Выходной двухтактный каскад также выполнен по известной схеме, но рабочий ток этого каскада задан источником тока на микросхеме U1. Этот каскад работает в режиме A, вместе с тем, сравнительно большое значение ёмкости конденсатора C5, шунтирующего источник тока по переменному напряжению, позволяет выходному каскаду короткое время (несколько миллисекунд) работать в режиме AB, что благоприятно сказывается на воспроизведении коротких пиков музыкального сигнала. Стабилитрон D1 защищает микросхему U1 от возможных перенапряжений.

    Питание усилителя осуществляется от стабилизатора напряжения, в котором реализована задержка включения, необходимая для предварительного прогрева ламп с целью продления их срока службы. В то же время, подача анодного напряжения на прогретые лампы усилителя приводит к одному неприятному эффекту, которому, как правило, не уделяют достаточного внимания.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи Дело в том, что первоначальный заряд разделительных конденсаторов, установленных в цепи управляющих сеток ламп выходного каскада, вызывает скачок напряжения на этих сетках, что, в свою очередь, приводит к броску тока через эти лампы. Ситуация усугубляется тем, что шунтирующая емкость в цепи катодов этих ламп также разряжена в момент подачи анодного напряжения.
    Для минимизации влияния данного эффекта, в описываемом усилителе применено устройство защиты, реализованное на элементах D2-D6, R16, R17 и C11. В первый момент после включения питания, конденсатор C11 разряжен, поэтому заряд разделительных конденсаторов, в основном, происходит через диоды D2, D3, D5, D6, что существенно снижает амплитуду скачка напряжения на сетках. В дальнейшем, конденсатор заряжается до напряжения, определяемого делителем R16-R17, диоды закрываются, и устройство не влияет на работу усилителя. Диод D4 нужен для ускорения разряда конденсатора C11 при выключении питания.

    Выходной трансформатор изготовлен на сердечнике от трансформатора кадровой развертки ТВК110-ЛМ.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи Первичная обмотка трансформатора имеет две соединенные последовательно секции по 2184 витка провода ПЭВТЛ-1 диаметром 0.14 мм. Вторичная обмотка, для номинальной нагрузки 6 Ом, имеет две соединенные последовательно секции по 42 витка провода ПЭВ-1 диаметром — 0.64 мм.
    Считается, что намотка выходного трансформатора вызывает наибольшую трудность при изготовлении лампового усилителя. Выходной трансформатор описываемого усилителя имеет конструкцию, существенно снижающую трудоёмкость его изготовления. Каркас катушки изготовлен из стеклотекстолита толщиной 1.0 мм. Катушка разделена посередине на две части дополнительной перегородкой, имеющей сквозной паз. Расположение обмоток на каркасе схематично показано на рисунке:

    Красным показано расположение секций вторичной обмотки, а синим – первичной. Разным наклоном штриховки отмечено разное направление намотки при изготовлении обмотки трансформатора.

    Намотку катушек трансформатора начинают с первой секции вторичной обмотки.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи Диаметр провода выбран таким образом, чтобы секция уложилась в один слой. При намотке секции, 21 виток укладывают в одной части катушки, а ещё 21 – в другой, пропустив провод в паз центральной перегородки. После этого, обмотку тщательно изолируют (я использовал комбинацию из сантехнической фум-ленты и пленки от «рукава для запекания» фирмы Paclan), и приступают к намотке первой секции первичной обмотки (2184 витка). Она наматывается внавал в одной половине катушки без каких-либо прокладок. Намотка должна быть максимально плотной, необходимо следить, чтобы при намотке витки не проваливались внутрь катушки (особенно часто это случается у её краев). Далее, таким же образом, на второй половине катушки наматывают вторую секцию первичной обмотки (2184 витка). Направление намотки должно быть противоположным по отношению к первой секции для того, чтобы средняя точка обмотки получалась соединением расположенных ближе к сердечнику выводов  обеих секций. После изоляции первичной обмотки наматывают оставшуюся секцию вторичной обмотки.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи Направление намотки также должно быть противоположным по отношению к первой секции, для того, чтобы полная вторичная обмотка получалась соединением выводов, расположенных с одной стороны катушки. Готовая катушка обматывается снаружи фум-лентой и защищается слоем малярного скотча. После этого трансформатор собирается, и сердечник стягивается для обеспечения отсутствия зазора между его частями.

    Особенностями воспроизведения звука в условиях, для которых предназначен данный усилитель, являются близость точки прослушивания к источнику звука и, как правило, окружающая тишина. Эти особенности налагают повышенные требования к  уровню фона переменного тока. Чтобы гарантировать минимальный фон, в усилителе применен стабилизированный блок питания, принципиальная схема которого приведена ниже:

    Блок питания обеспечивает переменное напряжение накала 6.3В, содержит стабилизированный источник напряжения -5В и стабилизированный источник анодного напряжения +300В, который опишу более подробно.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

    Прототипом стабилизатора анодного напряжения является разработанный Евгением Карповым “Простой высоковольтный стабилизатор”. По сравнению с прототипом, схема существенно переработана с целью увеличения коэффициента стабилизации и повышения устойчивости стабилизатора. Кроме того в нем реализована задержка подачи выходного напряжения, а защита от перегрузки и короткого замыкания имеет спадающую выходную характеристику.
    Основой стабилизатора является микросхема TL431 (U1), сигнал с которой передается на регулирующий транзистор Q2 посредством усилительного каскада с общей базой (Q5). Нагрузкой этого каскада служит источник тока на транзисторе Q4, это обеспечивает повышенный коэффициент усиления каскада, что способствует увеличению коэффициента стабилизации. Кроме того, пульсации выпрямленного напряжения не проникают в цепь управления регулирующим элементом, что также способствует снижению их уровня. Цепочка C5-R13 обеспечивает частотную коррекцию этого каскада. Посредством конденсатора C4 осуществляется общая коррекция частотной характеристики стабилизатора.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи
    Защита от перегрузки и короткого замыкания работает следующим образом. При нормальной работе транзистор Q1 открыт и на базе транзистора Q3 формируется напряжение, вызванное протеканием тока нагрузки через параллельное соединение резисторов R2 и R8. Когда, при увеличении тока нагрузки, это напряжение достигнет величины примерно 0.6В (при указанных номиналах, ток должен быть около 120мА), транзистор Q3 начнет открываться, шунтируя напряжение на затворе регулирующего транзистора Q2. Схема перейдет в режим ограничения тока, и, при дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки, напряжение на выходе будет уменьшаться. Вследствие этого, в определённый момент, транзистор Q1 закроется, и напряжение на базе транзистора Q3 станет определяться протеканием тока только через резистор R8, что приведет к уменьшению величины ограничиваемого тока (примерно до 60мА). Значение этого тока сохранится вплоть до короткого замыкания в нагрузке.
    Транзистор Q6, конденсатор C7 и резистор R16 образуют узел задержки подачи выходного напряжения.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи В первый момент после включения питания, конденсатор C7 разряжен и на эмиттере транзистора Q5, транзистором Q6, поддерживается напряжение около 0.7В. Транзистор Q5 переходит в режим насыщения, и напряжение на выходе стабилизатора поддерживается на уровне около 0В. По мере заряда конденсатора C7 через резистор R16, напряжение на эмиттере транзистора Q5 возрастает, и, в определенный момент, он выходит из насыщения, стабилизатор включается, и напряжение на выходе плавно достигает требуемого значения. Дальнейший рост напряжения на конденсаторе C7 полностью закрывает транзистор Q6 и в дальнейшей работе стабилизатора он не участвует. Время задержки при указанных номиналах – около 40 секунд. После выключения питания, работоспособность устройства задержки восстанавливается постепенно, по мере разряда конденсатора C7, поэтому задержка не происходит при кратковременном пропадании питания.
    Для обеспечения нормальной работы стабилизатора, регулирующий транзистор Q2 необходимо разместить на теплоотводе.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи На него, также, желательно поместить транзистор Q5.

    Электронные компоненты и схемные решения, примененные в усилителе, обеспечивают его работу в заранее заданном режиме. Как собственно усилитель, так и блок питания не требуют наладки, и, при условии исправных компонентов и отсутствии ошибок монтажа, начинают работать сразу после включения. Единственное, что может потребоваться, это установка величины усиления канала.
    Тем не менее, проверку работоспособности усилителя следует выполнять в определённой последовательности. Прежде всего, необходимо убедиться в отсутствии ошибок монтажа. До первого включения устройства его необходимо отмыть от остатков флюса. Печатные платы рекомендуется покрыть одним слоем лака Plastik фирмы Cramolin. Это убережет от образования проводящих мостиков между дорожками платы, возникающими из-за пониженного поверхностного сопротивления текстолита, вызванного остатками хлорного железа, активного флюса и т.д. Первое включение любого высоковольтного устройства следует проводить, находясь на некотором расстоянии от него: некачественные компоненты, особенно конденсаторы, представляют реальную опасность.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи
    Сначала проверяют работоспособность блока питания: подключив его к сети, убеждаются в отсутствии “пиротехнических эффектов”. Следует помнить, что вследствие работы узла задержки, выходное напряжение высоковольтного стабилизатора подается примерно через 40 секунд после включения блока питания. Если необходимо, узел задержки можно временно отключить, отсоединив от схемы эмиттер транзистора Q6. После выхода стабилизатора в рабочий режим, убеждаются в отсутствии самовозбуждения (это удобно делать в точке соединения резисторов R12, R14 и конденсатора C4, осциллограф должен использоваться с щупом-делителем на 10) и проверяют выходное напряжение (его величину можно подстроить резистором R14). После этого проверяют наличие напряжения -5В и переменного напряжения 6.3В.
    Проверку работоспособности усилителя начинают с каскадов предварительного усиления, лампу VL3 не устанавливают в панель. После подачи питания, проверяют падение напряжения на резисторах R14 и R15, оно должно быть около 2.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи 5В.  Падение напряжения на резисторе R1 должно быть около 170В, а на резисторах R2 и R5 — около 40В. Работу предварительного усилителя можно проверить, подав на вход переменный сигнал, при этом на выходах должны появиться усиленные сигналы, находящиеся в противофазе.
    После проверки работы предварительного усилителя, питание отключают и  устанавливают лампу VL3. Подав питание, проверяют падение напряжения на резисторе R13, оно должно быть около 1.25В. Напряжение на катодах лампы VL3 не должно превышать 20В.
    Убедившись в работоспособности усилителя, при помощи переменного резистора R9, устанавливают необходимое усиление канала, им же осуществляют балансировку каналов.

    Усилитель собран в корпусе от компьютерного блока питания, а в качестве лицевой панели использована пластмассовая деталь от лотка подачи бумаги струйного принтера Epson. Установленный на верхней части корпуса небольшой вентилятор обеспечивает циркуляцию воздуха внутри корпуса.

    Чертеж печатных плат усилителя не приводится, поскольку значительная часть соединений выполнена объемным монтажом.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

    В рамках статьи невозможно предусмотреть ответы на все вопросы, которые могут возникнуть у тех, кто заинтересуется данной конструкцией, поэтому с вопросами обращайтесь сюда.




Все вопросы в
Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

Параллельный параметрический и последовательный стабилизаторы напряжения

Параллельный параметрический стабилизатор, последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе. Практические расчеты.

Доброго дня уважаемые Радиолюбители!
Сегодня на сайте “Радиолюбитель“, в разделе “Практикум начинающего радиолюбителя“, мы продолжим рассмотрение статьи “Источники питания радиолюбительских устройств“. Напомню, что в прошлый раз, изучая схему источника питания радиолюбительских устройств, мы остановились на назначении и расчете сглаживающего фильтра:

Сегодня мы рассмотрим последний элемент – стабилизатор напряжения.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

Стабилизатор напряжения — преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки



Сегодня мы рассмотрим два простейших стабилизатора напряжения:
— параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне;
– последовательный стабилизатор напряжения на биполярном транзисторе.


Параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне

Полупроводниковый стабилитрон —  (другое название – диод Зенера)  предназначен для стабилизации постоянного напряжения источников питания. В простейшей схеме линейного параметрического стабилизатора он выступает одновременно и источником опорного напряжения, и силовым регулирующим элементом. В более сложных схемах ему отводится только роль источника опорного напряжения.

Один из внешних видов и обозначение стабилитрона:

Как работает стабилитрон

Напряжение на стабилитрон (в отличие от диода) подают в обратной полярности (анод соединяют с минусом а катод с плюсом источника питания – Uобр).Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи При таком включении через стабилитрон течет обратный ток – Iобр.
При увеличении напряжения обратный ток растет очень медленно (на схеме, почти параллельно оси Uобр), но при некотором напряжении Uобр переход стабилитрона пробивается (но разрушение стабилитрона в этот момент не происходит) и через него начинает идти обратный ток значительно большего значения. В этот момент вольтамперная характеристика стабилитрона (ВАХ) резко идет вниз (почти параллельно оси Iобр) – наступает режим стабилизации, основные параметры которого – напряжение стабилизации минимальное (Uст min) и ток стабилизации минимальный (Iст min).
При дальнейшем увеличении Uобр ВАХ стабилитрона опять меняет свое направление – заканчивается режим стабилизации, основные параметры которого – напряжение стабилизации максимальное (Uст max)  и ток стабилизации максимальный (Iст max). С этого момента стабилитрон теряет свои свойства, начинает разогреваться, что может привести к тепловому пробою перехода стабилитрона и соответственно к его выходу из строя.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

Режим стабилизации стабилитрона может быть в широких пределах, поэтому в документации на стабилитроны указывают допустимые минимальные и максимальные значения токов (Iст min и Iст max) и напряжений стабилизации (Uст min и Uст max). Внутри этих диапазонов лежат выбранные производителем номинальные значения – Iст и Uст. Номинальный ток стабилизации обычно устанавливается производителями на уровне 25%-35% от максимального, а номинальное значение напряжения стабилизации как среднее от максимального и минимального.

Для примера можно воспользоваться программой  “TBFEdit”  – справочник по радиодеталям“ и воочию посмотреть какие характеристики приводятся в справочниках по стабилитронам:

К примеру стабилитрон Д814Г:
— номинальный ток стабилизации (Iст)= 5 мА;
– номинальное напряжение стабилизации (Uст)= (от 10 до 12 вольт)= 11 вольт;
– максимальный ток стабилизации (Iст max)= 29 мА.
Эти данные нам будут необходимы при расчетах простейшего стабилизатора напряжения.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

Если вы не смогли найти нужный наш родной, советский, стабилитрон, то можно используя, к примеру программу, Color And Code, подобрать по нужным параметрам буржуйский аналог:

Как видите, стабилитрон Д814Г легко можно заменить аналогом – BZX55C11 (у которого характеристики даже немного получше)

Ну а теперь рассмотрим параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне.

Параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне применяется в слаботочных устройствах (несколько миллиампер) и представляет собой делитель напряжения (на резисторе R – балластный резистор и стабилитроне VD – который выполняет роль второго резистора) на вход которого подается нестабильное  напряжение  а выходное напряжение снимается с нижнего плеча делителя. При повышении (понижении) входного напряжения внутреннее сопротивление стабилитрона уменьшается (увеличивается), что позволяет удерживать выходное напряжение на заданном уровне. На балластном резисторе падает разница между входным напряжением питания и напряжением стабилизации стабилитрона.Параллельный стабилизатор анодного напряжения: Стабилизатор напряжения без обратной связи

Рассмотрим схему данного (самого простейшего) стабилизатора напряжения:

Как рассчитать параметры такого стабилизатора. Первое и самое главное, что нужно запомнить:

Для нормальной работы схемы ток через стабилитрон должен в несколько раз (3-10 раз) превышать ток в стабилизируемой нагрузке. Практически, так-как номинальный ток стабилизации стабилитрона в несколько раз меньше максимального, то допускается при расчетах считать, что ток нагрузки не должен превышать номинального тока стабилизации.
К примеру: ток потребляемый нагрузкой составляет 10 мА, значит нам необходимо подобрать такой стабилитрон, чтобы его номинальный ток стабилизации не был меньше 10 мА (лучше конечно, если он будет больше).

Расчет параллельного параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне

Дано:
Uвх – входное напряжение = 15 вольт
Uвых – выходное напряжение (напряжение стабилизации) = 11 вольт

Расчет:
1. По справочнику, приведенному выше, определяем, что для наших целей подходит стабилитрон Д814Г:
Uст (10-12в)= 11 вольт
Iст max= 29 мА
Iст номинальный = 5 мА
Исходя из сказанного выше, определяемся, что ток нагрузки не должен превышать Iст номинального – 5 мА
2. Определяем напряжение падения на балластном резисторе (R) как разность входного и выходного стабилизированного напряжения:
Uпад=Uвх – Uвых=15-11= 4 вольта
3. Используя закон Ома, определяем номинал балластного сопротивления R, деля напряжение падения Uпад на Iст стабилитрона:
R= Uпад/Iст= 4/0,005= 800 Ом
Так как резисторов номиналом 800 Ом нет, берем ближайший больший номинал – R=1000 Ом= 1 кОм
4. Определяем мощность балластного резистора R:
Pрез= Uпад*Iст= 4*0,005= 0,02 ватта
Так как через резистор протекает не только ток стабилизации стабилитрона но и ток потребляемый нагрузкой, то полученное значение увеличиваем минимум в 2 раза:
Pрез= 0,004*2= 0,008 ват, что соответствует ближайшему номиналу = 0,125 ватт.

Что делать если вы не нашли стабилитрон с нужным напряжением стабилизации.
В этом случае можно применить последовательное соединение стабилитронов. К примеру, если мы соединим последовательно два стабилитрона Д814Г, то напряжение стабилизации составит 22 вольта (11+11). Если соединим Д814Г и Д810 то получим напряжение стабилизации 20 вольт (11+10).
Допускается любое число последовательного соединения стабилитронов одной серии (как в примере – Д8**).
Последовательное соединение стабилитронов разной серии допускается только в том случае, если рабочие токи последовательной цепочки укладываются в паспортные диапазоны токов стабилизации каждой использованной серии.

Что делать, если в приведеном выше примере, ток нагрузки составляет к примеру не 5 а 25 мА?
Можно конечно все так и оставить, так как максимальный ток стабилизации (Iст max) Д814Г равен 29 мА, единственное придется пересчитать мощность балластного резистора. Но в этом случае стабилитрон будет работать на пределе своих возможностей и у вас не будет никаких гарантий, что он не выйдет из строя.
А что делать если ток нагрузки составляет, к примеру, 50 мА?


 Последовательный стабилизатор напряжения на биполярном транзисторе

Последовательный стабилизатор напряжения на биполярном транзисторе – это по сути параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне, подключенный ко входу эммитерного повторителя.

Его выходное напряжение меньше напряжения стабилизации стабилитрона за счет падения напряжения на переходе база-эммитер транзистора (для кремниевых транзисторов – около 0,6 вольт, для германиевы – окло 0,25 вольт), что нужно учитывать при выборе стабилитрона.
Эммитерный повторитель (он же – усилитель тока) позволяет увеличить максимальный ток стабилизатора напряжения по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне в β (h21э) раз (где β (h31э) – коэффициент усиления по току данного транзистора, берется наименьшее значение).

Схема последовательного стабилизатора на биполярном транзисторе:

Так-как данный стабилизатор состоит из двух частей – источник опорного напряжения (он же параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне) и усилителя тока на транзисторе (он же эммитерный повторитель), то расчет такого стабилизатора производится аналогично выше приведенному примеру.
Единственное отличие:
— к примеру нам надо получить ток нагрузки 50 мА, тогда выбираем транзистор с коэффициентом усиления β (h21э) не менее 10 (β (h21э)=Iнагрузки/Iст=50/5=10
– мощность балластного резистора рассчитываем по формуле: Ррез=Uпад*(Iст+Iнагрузки)

Ток нагрузки можно увеличить еще в несколько раз, если применить схему с составным тразистором (два транзистора, включенные по схеме Дарлингтона или Шиклаи):



Вот, в принципе, и все.

Klausmobile Tube Tester — Русский текст

Klausmobile Tube Tester — Русский текст — Ламповый тестер Клаусмобиоля

Ламповый тестер
Клаусмобиля

Внимание!
В схеме высокое напряжение. Не
уверен — не повторяй.


О методике измерений

Тестер — полностью аналоговый
прибор, управляемый компьютером
через измерительную плату ЦАП/АЦП.
В том виде, как я его построил, он
способен закачать в лампу до 5Вт,
что достаточно для измерений
предусилительных одиночных и
двойных триодов, и «маленьких»
оконечных ламп (6Н6П и т.п.). Прибор
легко масштабируется на большие
мощности (замена анодного
трансформатора, фильтра и
измерительных резисторов). Двойные
триоды тестируются
последовательно (левый или правый)
или включенные параллельно, но не
синхронно. Программное обеспечение
определяет режим работы, например —
характериограф, измеритель S-мю-Ra,
сеточный микроамперметр, и т.п.

Динамический диапазон измерений
определяется (1) разрешением ЦАП-АЦП
(2) подбором прецизионных
компонентов и (3) правильной
калибровкой. В промышленных
образцах А/Ц разрешение доводят до
16 бит, что позволяет на одном
комплекте измерительных
резисторов тестировать лампы на
рабочие токи от долей мА до сотен мА
(Audiomatica). В любительских условиях,
именно проблемы калибровки задают
потолок ошибки, поэтому было
выбрано 12-битное преобразование
(фактически 11 бит), и диапазон
рабочих токов ограничен 1-32 мА. На
пределе 30мА один отсчет ЦАПа
соответствует 32мА/2000 =16мкА
изменению анодного тока.

Обычный амперметр можно включить
хоть в анодную, хоть в катодную
цепь, но АЦП измеряет только «от
земли», значит датчик анодного
тока включать непосредственно в
анодную цепь нельзя.

Анодный источник и датчик Ia
построены на основе параллельного
стабилизатора напряжения с
плавающей землей, управляемого
«анодным» ЦАПом Uxa (фактически —
УПТ с полосой пропускания около 500
Гц). Параллельный стабилизатор (во
первых) надежнее последовательного
— при КЗ на землю и при пробое
регулирующего транзистора вся
мощность рассеивается глупым
сопротивлением (во вторых) им может
управлять ОУ с питанием от
заземленного источника, не
используя схемы сдвига уровня.

Весь ток, отдаваемый анодным
источником в нагрузку через Rseries и
проходящий через триод, T1
(управляемый шунт) и Rleak (путь
утечки), обязан вернуться в
источник. Падение напряжения на Rsense
пропорционально не току катода Ik, а
току анода — закон Кирхгофа.
Сопротивление утечки Rleak
обеспечивает устойчивость
стабилизации при Ia=0. Cопротивление
датчика Rsense намного меньше
сопротивления источника, поэтому
он не может «уплыть» от земли
дальше, чем на Iamax*Rense (которое не
превышает входного предела ЦАП — 5В;
Rsense = 0.95 * 5В /Iamaх).

Ток, отдаваемый стабилизатором в
нагрузку линейно падает с ростом Ua.
При использовании обмоток 1-4
трансформатора ТА-21 (габаритная
мощность 22Вт) и фильтра с Uвых=310В,
Rвых=1 кОм, cопротивление Rseries
выбираем исходя из мощности
трансформатора — 6кОм для предела 32
мА, 3кОм для предела 65мА. При
указанных на схеме номиналах
трансформатор отдает в нагрузку до
22Вт, на триоде и Т1 в сумме падает до
5Вт, на Rseries — до 17Вт мощности.

Сеточный ток Ic
определяется грубым, но надежным
способом — по падению напряжения на
резисторе, включенном в цепь ОС.
Усиление буферных усилителей Ugd, Ug
установлено так, что выходные
напряжения совпадают, пока Ic=0 и ОУ
не вошел в отсечку. Разница между Ugd,
Ug программно пересчитывается в ток
сетки, отсечка контролируется по
уровню Ugd. Cопротивление Rgs задает
практический диапазон
детектирования Ic — 1..200мкА (1мкА
примерно соответствует 4 отсчетам
АЦП). При больших токах сетки ОУ
уходит в отсечку и не в состоянии
обеспечить требуемое напряжение на
сетке (легко определяется по
переполнению АЦП Ugd). Благодаря
плавающему анодному источнику,
прямой ток сетка-катод Uag (при
положительном Ug) не влияет на
показания датчика анодного тока, а
обратный ток анод-сетка Ugc —
суммируется на Rsense c током
анод-катод. Как видно из рисунка —
прямой ток сетка-катод (Igc) не
смещает показаний датчика Rsense.

Утечки и ошибки: Фактически
ток через Rsense всегда превышает Iк на
величину тока, протекающего через
делитель R2 (а также любое
сопротивление анод-земля, например,
делитель анодного вольтметра).
Этому току через R2 просто некуда
деться кроме как вернуться в
источник через землю и Rsense. Зная Ua, R2
— поправка считается программно.
После прогрева прибора (при вынутой
из гнезда лампе) — софт просто
считывает напряжение на Rsense (для
двух значений Ua) и определяет
линейную аппроксимацию ошибки
(смещение и коэффициент
пропорциональности к Ua) для каждого
Rsense и каждого программно
устанавливаемого усиления платы
АЦП. МДП транзистор Т1 выбран
потому, что у него нет тока базы! С
биполярным транзистором ток базы
также прошел бы через Rsense, и его
точно учесть уже невозможно
(слишком сильно h31э зависит от
температуры и тока).

Cопряжение с АЦП требует
низкоомных буферных усилителей.
При поступлении команды считывания
на АЦП, открываются мультиплексоры
выбранного канала, и устройство
выборки-хранения подключает
разряженный конденсатор памяти
(несколько десятков пФ) к
опрашиваемой линии. В ней возникает
импульс тока, дергающий вниз
напряжение на выходе буфера.
Буферный усилитель должен (а)
обеспечить быстрое, без звона
восстановление выходного уровня (б)
иметь согласованный с АЦП и линией
выходной импеданс (в) быть
достаточно прецизионным. В любом
случае, на частоте опроса (сотни кГц
— единицы МГц) выходной импеданс
должен быть низким (200 Ом для STP
кабеля). Берем документацию на
плату, определяем тип АЦП и УВХ, и по
оригинальным даташитам подбираем
подходящий ОУ и обвеску.


О конструкции в
деталях

Я строил прибор по кускам, в итоге
получилось три платы. Плата LV
питает операционники и на плате ОУ,
и на плате HV. Ваше дело решать,
делать ли на одной плате или как у
меня (зависит и от выбора
трансформатора). Из инструментов,
кроме тестера, понадобится
осциллограф и генератор НЧ для
отладки анодного источника, но в
этом качестве прекрасно отработает
АЦ плата.

A. Низковольтные
стабилизаторы (плата LV)

Использован трансформатор ТПП261,
обмотки 20В, 20В питают ОУ, а обмотки
10В, 10В (параллельно) — накал. Все
обмотки, выпрямители и первичные
фильтры — плавают относительно
земли. На выходе каждого фильтра
питания ОУ образуется порядка 30В,
поэтому стабилизатор —
двухступенчатый. Сначала,
параметрический
(стабилитрон-повторитель), выход
которого заземляется, формирует
напряжение 20В с пульсациями до 20мВ.
Это облегчает задачу второй
ступени — обычных трехвыводных
uA78LC15/79L15. Одна пара 78/79 нагружена на
ОУ выходных буферов, другая на
входные ОУ и ОУ в анодном
стабилизаторе.

В накальном стабилизаторе IC205 (TL431)
cтабилизирует напряжение, R212-IC206
(TL431) ограничивают ток КЗ на уровне
2.5В/R212. Проходной транзистор — любой
низковольтный NMОП, от 5А, Rds<1Ом. Все
управление затвором питается от +22В
шины стабилизатора +15В через цепь
R207-C217-R208 (задержка, ограничение
напряжения на затворе). Управляющий
потенциометр R211 установлен на
лицевой панели. Кстати, уровни на
выводах IC205 можно использовать при
настройке как ИОНы -2.5В, -5В.
Фактически измеренное выходное
сопротивление стабилизатора — 0.03
Ома на контактах ламповой панельки.
При желании, и накалом можно
управлять с ЦАПа (см. Лабораторный
блок питания Клаусмобиля).

Цепочка «земляных»
контактов на этой плате есть ЗВЕЗДА
общего провода всей системы.

Вентилятор 12В/0.23А питается от
первичного выпрямителя накала
через балласт 7.5 Ом. Если не
использовать вентилятор, на его
место включите 5-ваттный резистор 470
Ом, чтобы разряжать емкости при
выключении питания. Кстати, шум
вентилятора — идеальный накальный
«амперметр» и индикатор КЗ в
накальной цепи.

B. Плата анодного
стабилизатора (HV)

Так вышло, что у меня завалялся
22-ваттный транс ТА21, его вторичные
обмотки как раз позволяют снять 300В
выпрямленное напряжение ХХ при уже
указанной нагрузочной кривой.

Чтоб улучшить разрешегние на
малых токах и тепловой баланс
внутри корпуса, Rseries и Rsense разделены
на две половины. Половина (R102-104,
6кОм, и R116 — 150 Ом) стоят на плате и
предназначены для нижнего
диапазона до 30 мА (5В/150 Ом). Вторая
половина — идентичные
сопротивления — вынесены на стенку
ящика и подключаются тумблером.
Rseries рассеивает немало Ватт, так что
будьте любезны разместить его
подальше от ИС, транзисторов и
измерительных сопротивлений. Rsense
должен быть термостабильным и
предельно точно измерен,
желательно подобрать обе половинки
Rsense c точностью не хуже 0.25%.

Опережающая цепочка R106-C105
корректирует передний фронт
импульса анодного напряжения (ведь
ОУ нагружен на емкость затвора),
время установления — до 1 мс. IC101 —
прецизионный ОУ (испытаны OPA227, OPA228,
NE5532), T101 — любой 500В, 1A N-МДП. Анодные
трассы на плате должны быть
отделены от низковольтных не менее
3мм. На вывод стока Т101 одеть
кембрик, а как окончите все пайки —
залить дорожки на плате лаком. C105 —
на 500В (КСО, К73-15). Подстроечник R115 —
удалить, коррекция уровня только
подстроечниками платы буферных
усилителей. Критична
термостабильность R106-107 и R114-113 —
вместе с ними плавает масштаб
анодного стабилизатора. Абсолютная
их точность не обязательна.

Для проверки на вход Uxa подается
импульс 100Гц, 3В и отслеживается
форма импульса на «аноде»,
сначала при разрыве цепи
анод-катод, затем на нагрузке в виде
6кОм/10Вт проволочного резистора
параллельно с 1нФ емкостью,
подключенными длинными проводами
(от 1м). Это учитывает всемозможные
паразитные C,L монтажа. Форма
импульса — без выбросов, первым
порядком, время установления 1 мс,
полка импульса не должна проседать,
независимо от его длительности (это
же УПТ). Если звенит — нарастить С106
до 10-15нФ, не более. И не вздумайте
«улучшать» схему емкостями в
цепи анод-катод, она это не
переносит.

C. Плата ОУ

Все шесть буферных выходных
усилителей — идентичные двойки ОУ с
потенциометром вне петель ОС,
максимальное Ку=2. ОУ — прецизионные,
с малым входным током и смещением,
стабильные в схеме повторителя (unity
gain stable), например OPA 2277, OPA2227, OPA 2234 но
не OPA2228. Только многооборотные
прецизионные подстроечники и
стабильные 1% резисторы в делителях
ОС, также критичны сопротивления
R301,311, R317.

Защитные диоды в цепи сетки —
компромисс точности с
безопасностью. Обратный ток
хорошего диода широкого применения
(КД424) — 100нА, поэтому порог
детектирования тока сетки не лучше
500нА, фактически — 1..200мкА.
Существуют диоды c низким обратным
током, менее 1нА — ПИН диоды и
специальные измерительные диоды — Philips BAS45, BAS116, BAV156, BAV170, BAV199,
можете попробовать, но надо ли?

Наладки не требуется.
Установите (используя вольтметр и
ИОН на плате LV) коэффициенты
усиления: Grid/Uxg=1:2; Ug=Uxg; Ugs=Uxg; 1:1 в
остальных каналах, кроме канала Uhtr —
0.5. Это пока предварительная
настройка.

D. Собираем вместе

Три платы, включая
трансформаторы, умещаются на
площади листа А4. А вот с
коммутацией ламповых панелек
пришлось поломать голову. Делать
схему полностью управляемый с
компа не хотелось, нет ни опыта ни
желания возиться с цифрами и массой
реле. История предлагает четыре
способа коммутации:

Audiomatica — в современной
модели с 16-битным
преобразованием полностью
ручной коммутатор типа
«барышня, алё!». По одной
панельке каждого типа. Красиво,
просто, понятно, но явные
проблемы с безопасностью.
Ряд моделей Hickok
(довоенные и 60-х годов)
использовал десятки панелек (я
на фото насчитал 39) — каждая на
свой тип лампы. Удобно,
безопасно, но сколько же места
нужно, и сколько терпения —
распаять полотни панелек!
Более
распространенные Hickok имеют 7-9
галетников, коммутирующих
схему к панелькам. Тоже
головоломка с распайкой…

Кстати,
в те годы было два класса
тестера. Первый — Emission tester —
просто пробник на ток анода —
вообще не требовал активных
элементов (на анод подавалось
переменное, без выпрямителя,
напряжение). Второй (те, что
представлены) — измерители
проводимости (S) лампы в
заданной рабочей точке. По
соотношению S при нормальном
накале и недокаленном катоде
делался вывод о том, жива ли
лампа и сколько еще протянет (у
умирающей лампы S резко падает
с уменьшением тока накала, у
нормальной тоже падает, но не
так быстро).

И венец ламповой эры —
тестер, в котором и коммутация
и рабочие точки задаются
перфокартами! Разумеется, куча
механических переключателей.

Фактически, я остановился на
гибриде первых двух вариантов. Одна
миниатюрная (РШ8) и одна октальная
(РШ5-1) панельки распаяны под
наиболее распространенные наши
лампы — 6Н1П (6Н2П, 6Н6П и пр) и 6Н8С (6Н9С).
Другая пара — коммутируются
«барышней». Если придется
тестировать лампы в других цоколях
(а много ли их, из маломощных?),
сделаем «паука» из панельки и
подвесим его к коммутатору.

Прибор связан с А/Ц картой cетевым
кабелем STP-8 (6 витых пар на АЦП, 2 на
ЦАПы и общую землю).


Калибровка

До подключения к
компьютеру, проверьте
работоспособность прибора! При
заземленном входе Uxa на аноде
должно быть не более +5В. Анодное и
сеточное напряжение должны
реагировать на входной сигнал, как
положено.Собственно калибровку
проводим в следующей
последовательности. Фраза
«подаем 3.3В с ЦАПа» означает 3.3В
по собственной шкале ЦАПа, но не на
внешнем вольтиметре! Все уровни
даются исходя из -5В..+5В шкалы и АЦП и
ЦАПа! Разумеется, при калибровке
лампу из панельки надо вынуть 🙂

Анодный источник. Подаем
3.3В с ЦАПа на Uxa. Устанавливаем
усиление входного буфера (R302) так,
чтоб на аноде было Ua=198.0В (хороший
вольтметр на пределе 200В). Даем
прибору поработать час, если Ua
уйдет более чем на полвольта —
балансируем ОУ. Затем
устанавливаем усиление на выходе
буфера Ua так, чтоб АЦП показывал
Ua=3.3В.

Сеточный усилитель и буферы.Временно
подключите выход АЦПа
непосредественно к выходу на сетку.
Подайте на вход Uxg 2.0В с ЦАПа.
Отрегулируйте усиление — АЦП на
выходе сетки должен показывать
ровно 4.0В. Теперь всесто АЦП
подключите к выходу сетки
вольтметр (R>МОм) и прогоняем Uxg от
-5В до +5В — убеждаемся, что ОУ IC302/2 не
зашкаливает в крайних положениях.
Отключив вольтметр, калибруем
усиление в выходных каналах Ug, Ugd —
показания АЦП должны совпадать с
ЦАПом Uxg.

Анодный ток — просто
устанавливаем Ку=1. Для этого
замыкаем петлю ЦАП-буфер Ia-АЦП и
устанавливаем код АЦП = код ЦАП.

Накальные U, I —
аналогично (Ку=0.5 для Uhtr, 1.0 или 2.0 для
Ihtr).


Ссылки и
благодарности

  • Audiomatica
    Характериограф для ламп (на
    последовательный порт)
  • Steve Bench
    Аналоговый измеритель ламп.
    Схемы старых характериографов
  • Padgett’s Hickok Tube Tester Museum — Ламповые тестеры Hickok
  • Another Hickok Shrine,
    они же с принципиальными
    схемами
  • Federico Paoletti
    Схемы цифрового
    характериографа для ламп

Home — English — Mail (c) klausmobile 2001

Расположение официального сервисного центра филипс в центре города.

Шунтирующие регуляторы трубчатого типа

— трубный завод вауватоса

В отличие от сбивающего с толку регулятора прохода серии AF, шунтирующий регулятор может быть изготовлен с использованием всего лишь одной лампы, и его работа должна быть вам хорошо знакома после чтения об усилителях с заземленным катодом. Обратите внимание: то, что это можно сделать своими руками из одной трубки, не означает, что это нужно делать только с одной трубкой (вы скряга).

Шунтирующие регуляторы переменного тока

В простейшей форме выходной постоянный ток выпрямителя и фильтра подается на резисторную нагрузку.Другой конец резистора подключен к аноду триода. Выход берется из этого соединения. Мы знаем, что смещение трубки (разница напряжений между сеткой и катодом) в заземленном катоде определяет анодное напряжение. В шунтирующем регуляторе мы устанавливаем выходное напряжение, используя тот же принцип.

Шунтирующий регулятор переменного тока будет противодействовать пульсации в PSU

. Предположим на мгновение, что у нас есть питание 300 В, и мы хотим снизить его до 200 В с помощью шунтирующего повторителя 6h40pi.Поэтому мы хотим выбрать рабочую точку вдоль красной линии (200 В). Для этого нам также нужно решить, какой ток мы хотим через трубку. Давайте пропустим через трубку 14 мА (синяя линия), потому что она попадает в линию сетки, и мне лень начинать использовать дроби.

Итак, если нам нужно 14 мА через трубку и 200 В на аноде (который также является выходом шунтирующего регулятора), нам нужно, чтобы сетка была на 12 В более отрицательной, чем катод. Если мы используем катодный резистор, фактическое напряжение между анодом и землей будет 200 В + 12 В.Черт. Хорошо, давайте представим, что вместо этого нам нужен регулируемый выход 212 В. При 14 мА и падении напряжения 12 В нам понадобится катодный резистор 12 / 0,014 = 850 Ом. Не ищите ни одного; их не существует, потому что реальность — отстой. Хорошо, что это притворство. Как и в усилителе с заземленным катодом, сетка привязана к земле с помощью резистора утечки сетки («ссылка» на схеме), так что катод приподнят над сеткой.

Таким образом, лампа попытается установить 200 В на аноде плюс 12 В на катодном резисторе.Что будет с другими 88 В (300 В + минус 212 В для лампы)? Это будет падать на нагрузочный резистор. Чтобы вычислить это значение, нам нужно решить, какой ток будет потреблять нагрузка, подключенная к выходу шунтирующего регулятора (потому что весь ток течет через резистор нагрузки). Допустим, нагрузка будет 26 мА, так что через нагрузочный резистор у нас будет всего 40 мА. Вы знаете закон Ома, поэтому можете легко определить требуемое сопротивление нагрузочного резистора. Подсказка: рифмуется с 2200.

Примечание: если мы хотим точно настроить выход на исходные 200 В на этом этапе, мы можем изменить ток через лампу, отрегулировав ее смещение, или мы можем изменить размер последовательного резистора.

Наконец, мы хотим, чтобы сетка знала о пульсации на выходе, чтобы она могла противодействовать ей на аноде. Для этого мы подключаем его к выходу с конденсатором (это тоже форма обратной связи). Конденсатор не изменяет смещение постоянного тока лампы, но пропускает сигналы переменного тока (например, пульсации).Заземленные катоды — это инвертирующие усилители, поэтому, если в источнике питания возникает пульсация, сетка сообщает аноду о том, что нужно сделать наоборот.

Transconductance — это двигатель, который приводит в действие это действие, потому что крутизна — это способность трубки превращать сигнал напряжения в ток (а ток через трубку помогает контролировать падение напряжения на нагрузочном резисторе).

Последнее, что мы должны рассмотреть, это то, как выходной резистор и нагрузочный резистор объединяются для нагрузки лампы.Именно здесь вступает в игру важность вашей точки смещения и текущие требования к тому, что вы подключаете к шунтирующему регулятору. Нагрузка составляет 212 В и потребляет 26 мА, что эквивалентно нагрузке 8 100 Ом. С точки зрения лампы это параллельно нагрузочному резистору 2200.

Если текущие потребности вашей нагрузки слишком высоки, линия нагрузки станет слишком крутой. То же самое, если резистор нагрузки слишком мал.

Шунтирующие регуляторы постоянного тока

Мы также можем использовать шунтирующие источники с фиксированным опорным напряжением постоянного тока (стабилитрон, светодиод и т. Д.) На катоде и делитель напряжения в сети, чтобы создать шунтирующий источник питания, который не изменяется в зависимости от напряжения сети и при этом устраняет пульсации.Принципы и смещение в основном те же, что и выше, но версию только для AC немного легче понять с первого взгляда.

Поскольку опорное напряжение катода фиксировано, обратная связь от сети всегда будет пытаться подтянуть выход к тому же потенциалу постоянного напряжения. Это, как правило, сложнее для лампы, потому что единственный способ повлиять на более низкое напряжение (если оно слишком высокое из-за необработанного входного постоянного тока) — это проводить более жесткую проводку, тем самым увеличивая рассеивание и, как правило, становясь горячим и раздражающим.

Правильно спроектированный, если напряжение источника питания повышается, трубка становится сильнее и падает больше вольт на нагрузочном резисторе (поскольку эталонное катодное напряжение не изменяется). Если напряжение источника питания падает, трубка проводит меньше, и на резисторе падает меньше вольт. Между тем, сетка борется с рябью зубами и ногтями, как одна из тех уличных кошек, которые выглядят очень дружелюбно, пока вы не потрахаетесь с ней, и каким-то образом она каким-то образом получит ваш SSN и полностью испортит ваш кредитный рейтинг.F *% король кошек.

Как это:

Нравится Загрузка …

Основы: Введение в стабилитроны

Стабилитроны

— это особый тип полупроводниковых диодов — устройств, которые позволяют току течь только в одном направлении, а также позволяют току течь в противоположном направлении, но только при достаточном напряжении. И хотя это звучит немного эзотерически, на самом деле они являются одними из самых удобных компонентов, когда-либо встречавшихся на рабочем месте инженера, обеспечивая отличные решения для ряда общих потребностей в схемотехнике.

Далее мы покажем вам, как (и когда) использовать стабилитрон для приложений, включая простые опорные напряжения, ограничение сигналов до определенных диапазонов напряжения и снижение нагрузки на регулятор напряжения.

Справочная информация: Полупроводниковые диоды, настоящие и идеальные

Чтобы понять, чем стабилитроны отличаются от других диодов, давайте сначала рассмотрим свойства обычных диодов. И хотя существует много различных типов диодов — см. Здесь длинный список — мы собираемся сосредоточиться на так называемых «нормальных» полупроводниковых диодах, чаще всего построенных с кремниевым p-n переходом.

Диоды обычно поставляются в стеклянных или пластиковых цилиндрических корпусах, маркированных полосой с одной стороны для обозначения полярности. В идеальном диоде ток течет только в одном направлении, от анода (положительная сторона) к катоду (отрицательная сторона), отмеченному полосой. Схематический символ представляет собой треугольник, указывающий на полосу, где ток течет в том же направлении, к концу с перемычкой (полосой). Версии диодов для поверхностного монтажа, как правило, следуют одному и тому же соглашению о маркировке, где катодный конец маркируется широкой полосой.

Если мы подключим диод в простую схему с источником переменного напряжения и ограничивающим ток резистором, мы сможем измерить ток I через диод, когда к нему приложено заданное напряжение V. В идеальном диоде ток вообще не проходит, когда напряжение меньше нуля: диод полностью предотвращает обратный ток. Для небольшого положительного напряжения («прямое смещение» или иногда «прямое напряжение») может протекать крошечный ток, а очень большой ток будет превышать заданный порог.Величина протекающего тока фактически экспоненциальна с увеличением напряжения.

Порог, при котором протекает значительный ток, обычно составляет около 0,7 В для простых полупроводниковых диодов, но может быть от 0,15 В для диодов Шоттки или до 4 В для некоторых типов светодиодов.

Конечно, ни один диод не идеален. В реальных диодах, когда напряжение меняется на противоположное, может протекать очень небольшой ток (утечка). И, что более важно, каждый диод рассчитан на определенную максимальную величину обратного напряжения.Если вы подадите напряжение более отрицательное, чем этот предел, диод подвергнется «обратному пробою» и начнет проводить значительный ток, но в обратном направлении от нормального направления тока диода. Для обычного диода мы бы сказали, что диод вышел из строя, если он начинает проводить ток в этом направлении.

В сторону: Фактическая физика того, что происходит при пробое, довольно интересна; этому поведению способствуют два отдельных эффекта: эффект Зенера и лавинный пробой.

Стабилитроны

Стабилитроны

— это полупроводниковые диоды, которые были изготовлены так, чтобы их обратный пробой происходил при определенном, четко определенном напряжении (его «напряжение стабилитрона»), и которые спроектированы таким образом, чтобы они могли непрерывно работать в этом режиме пробоя. Обычно доступные стабилитроны доступны с пробивными напряжениями («напряжениями стабилитрона») от 1,8 до 200 В.

Схематический символ стабилитрона показан выше — он очень похож на обычный диод, но с загнутыми краями на полосе.Стабилитрон по-прежнему проводит электричество в прямом направлении, как любой другой диод, но также проводит в обратном направлении, если приложенное напряжение обратное и больше, чем напряжение пробоя стабилитрона.

Типичное применение может быть таким, как указано выше: стабилитрон 10 В (тип 1N4740) включен последовательно с резистором и фиксированным источником питания 12 В. Номинал резистора выбирается таким образом, чтобы через него и через стабилитрон протекало несколько мА, удерживая его в области пробоя.В приведенной выше схеме напряжение на стабилитроне составляет 10 В, а на резисторе — 2 В. При 2 В на резисторе 400 Ом ток через этот резистор (и диод последовательно) составляет 5 мА.

Опорные напряжения стабилитрона

Фиксированное напряжение стабилитронов делает их чрезвычайно удобными в качестве источников быстрого опорного напряжения. Базовая схема выглядит так:

Необходимо учитывать несколько требований. Во-первых, входное напряжение должно быть выше напряжения стабилитрона.Во-вторых, номинал резистора должен быть выбран таким, чтобы через стабилитрон всегда протекал ток.

Некоторые предостережения: Это не обязательно хороший источник питания для всех целей — резистор ограничивает ток, который можно потреблять. Это также не обязательно является прецизионным источником опорного напряжения; напряжение будет зависеть от величины потребляемого тока. (То есть, чтобы напряжение было стабильным, нагрузка, управляемая этим опорным напряжением, должна быть постоянной.) Напряжение также зависит от температуры.Стабилитроны в диапазоне 5-6 В обладают наилучшей температурной стабильностью, и есть высокоточные стабилитроны (например, LM399), которые включают собственную термостабилизированную печь, чтобы в дальнейшем поддерживать температуру диода как можно более стабильной.

Развивая эту идею немного дальше, вы можете создать полноценный многорельсовый источник питания, используя только набор стабилитронов для генерации всех необходимых напряжений, при условии, что текущие требования к разным напряжениям питания невысоки. .Схема выше является частью работающего лабораторного прибора.

Клещи для измерения напряжения: ограничение сигналов с помощью стабилитронов

Изменяющийся аналоговый сигнал может быть ограничен довольно узким диапазоном напряжений с помощью одного стабилитрона. Если у вас есть напряжение, которое колеблется между + 7 В и -7 В, вы можете использовать один стабилитрон 4 В, подключенный к земле, чтобы гарантировать, что сигнал не превышает 4 В или опускается ниже -0,7 В (где диод проводит вперед на землю).

Если вы хотите ограничить сигнал, чтобы он никогда не становился отрицательным — например, для входа в аналого-цифровой преобразователь, который принимает сигналы в диапазоне 0-5 В, вы можете подключить анод стабилитрона к шине питания на 1 В вместо земли. Тогда диапазон выходного сигнала будет ограничен диапазоном 0,3 В — 5 В.

Еще один интересный трюк — использовать последовательно два противоположно ориентированных стабилитрона. Это может обеспечить, например, симметричный предел отклонения сигнала от земли.Это также обычная конфигурация для использования стабилитронов в качестве подавителя переходных процессов.

Преобразование напряжения: снижение нагрузки на регулятор

Вот что-то не работает. У нас есть TL750L05, который представляет собой тип линейного стабилизатора с выходом 5 В, который может выдавать выходной ток до 150 мА, а его нагрузка будет переменной. Нам нужно запитать его от источника 36 В. К сожалению, максимальное входное напряжение TL750L05 составляет 26 В.

Давайте попробуем добавить резистор последовательно, чтобы немного понизить это напряжение:

Наша выходная нагрузка может составлять от 125 мА до 10 мА.Итак, резистор какого номинала у нас подойдет?

Предположим, что мы предполагаем нагрузку 125 мА. Затем снять (скажем) 20 В на резисторе, 20 В / .125 А = 160 Ом. Если мы используем 160 Ом, то при нагрузке 10 мА оно упадет только на 160 Ом × 0,01 А = 1,6 В, а 36 В — 1,6 В все еще больше, чем 26 В. Чтобы быть безопасным для нагрузки 10 мА, мы должны выбрать резистор, который дает нам падение как минимум 11 В для входного сигнала регулятора 25 В. Таким образом, 11 В / 0,01 А = 1100 Ом будет безопасным для нагрузки 10 мА. Но если нагрузка увеличится до 125 мА, падение на 1100 Ом будет V = 0.125 А × 1100 Ом = 137 В, что означает, что на входе регулятора будет ниже 5 В, и он перестанет работать.

Очевидно, что вы не можете выбрать номинал резистора, который действительно работал бы как для низкого, так и для сильноточного случая.

В сторону: мы пропустили пару незначительных деталей о регуляторах напряжения, которые часто заслуживают рассмотрения. Во-первых, линейный регулятор всегда требует немного больше напряжения на входе, чем на выходе. Эта разница напряжений называется «падением напряжения» и может достигать нуля.6 В для TL750L05, так называемого стабилизатора с малым падением напряжения. Это означает, что при выводе 5 В при 150 мА входная клемма регулятора должна быть на 5,6 В или выше. Мы можем спокойно игнорировать это здесь, потому что 36 В — 137 В все еще ниже 5,6 В.

Вторая небольшая деталь заключается в том, что линейный регулятор на самом деле потребляет немного больше тока на своем входе, чем на выходе. Причина этого в том, что часть тока, протекающего на вход регулятора, течет на землю через его третью клемму заземления, а не на выходную клемму.Этот «ток покоя» может достигать 12 мА для TL750L05. Это означает, что когда 125 мА выходит из выходной клеммы регулятора, на входную клемму может поступать до 137 мА. В приведенном выше примере это означает, что максимальное падение напряжения на резисторе 1100 Ом было бы более точно оценить как V = 0,137 A × 1100 Ом = 151 В. Опять же, это не меняет нашего анализа.

Давайте попробуем еще раз, на этот раз с нашим другом, стабилитроном.

Наконец, давайте попробуем использовать один жирный стабилитрон на 20 В (тип 1N5357BRLG), чтобы сбросить часть нагрузки.Тогда выход на аноде стабилитрона составляет всего 16 В, что находится в пределах безопасного входного диапазона регулятора. 1N5357BRLG рассчитан на максимум 5 Вт.

Когда регулятор работает на выходе 125 мА, его входной ток может достигать 137 мА, включая ток покоя, поэтому мощность, рассеиваемая стабилитроном, может достигать 20 В × 0,137 А = 2,74 Вт. Он будет нагреваться, но мы находимся в безопасных условиях эксплуатации стабилитрона, и теперь схема заработает.

Обновлено в апреле 2020 года, чтобы включить примечания о падении напряжения линейного регулятора и тока покоя.

Методы выключения SCR

Способы выключения SCR

Как уже упоминалось в предыдущем сообщении в блоге, после срабатывания SCR он остается включенным, даже если запускающий импульс удален. Эта способность SCR оставаться включенной даже при снятии тока затвора называется фиксацией. Таким образом, SCR не может быть отключен простым удалением стробирующего импульса.

Есть три метода выключения SCR, а именно естественная коммутация, выключение обратного смещения и выключение затвора.

(а) Естественная коммутация

Когда анодный ток снижается ниже уровня удерживающего тока, SCR отключается. Однако следует отметить, что номинальный анодный ток обычно превышает значение удержания более чем в 1000 раз. Поскольку анодное напряжение остается положительным по отношению к катоду в цепи постоянного тока, анодный ток может быть уменьшен только путем размыкания линейного переключателя S, увеличения импеданса нагрузки R L или шунтирования части тока нагрузки через цепь, параллельную цепи. SCR, т.е.е. короткое замыкание устройства.

(b) Отключение обратного смещения

Обратное напряжение анода к катоду (катод положительный по отношению к аноду) будет иметь тенденцию прерывать анодный ток. Напряжение меняется на противоположное каждые полупериод в цепи переменного тока, так что тиристор в линии будет смещен в обратном направлении каждый отрицательный цикл и отключится. Это называется фазовой коммутацией или коммутацией линии переменного тока. Чтобы создать обратное смещенное напряжение на тиристоре, который находится в цепи постоянного тока, можно использовать конденсаторы.Метод разряда конденсатора параллельно с SCR для отключения SCR называется принудительной коммутацией.

В приложениях силовой электроники одно из преимуществ использования тиристоров состоит в их компактности. Аппаратура управления также компактна, если используются интегральные схемы. Также была предпринята попытка миниатюризировать конденсаторы, используемые для принудительной коммутации и фильтрации. Первое использование важно, потому что токи могут быть высокими, а рассеяние тепла имеет высокий приоритет при проектировании.Конденсаторы небольших размеров в настоящее время достигаются за счет использования металлизированной пластиковой пленки или пластиковой пленки и алюминиевой фольги.

(c) Отключение ворот

В некоторых специально разработанных тиристорах характеристики таковы, что отрицательный ток затвора увеличивает ток удержания так, что он превышает ток нагрузки, и устройство отключается. В настоящее время номинальные значения тока ниже 10 А, и этот тип в дальнейшем рассматриваться не будет.

Тиристор — обзор | Темы ScienceDirect

8.4.4 Тиристоры

Тиристор представляет собой четырехслойное трехполюсное полупроводниковое устройство, используемое для управления протеканием тока. Он состоит из трех p-n-переходов, как показано на рис. 8.46, и трех выводов, называемых анодом, катодом и затвором. Тиристор используется для защиты электронных схем от перенапряжения (лома), управления двигателем, бытовых вспомогательных устройств (например, электрических кухонных принадлежностей) и схем регулирования напряжения.

Рисунок 8.46. Структура тиристора и обозначение схемы

В выключенном состоянии ток (I) не течет от анода к катоду.Тиристор можно включить или перевести в проводящее состояние, подав ток в слой p-типа, подключенный к затвору. При включении он будет продолжать проводить ток (от анода к катоду) до тех пор, пока проводящий ток остается выше уровня удерживающего тока. Это не зависит от тока затвора.

На рисунке 8.47 показан тиристор, регулирующий ток, протекающий через резистор. Входное напряжение синусоидальной волны применяется в качестве управляющего сигнала, и ток будет течь, когда тиристор находится в проводящем состоянии, а проводящий ток остается выше уровня удерживающего тока для тиристора.Для коммерческих устройств эту информацию предоставляет техническое описание. Схема генератора тока затвора генерирует необходимые сигналы для управления работой тиристора. Обычно схема генерирует импульсы в соответствующей точке синусоидальной волны входного сигнала, в этом примере включает тиристор на пике напряжения входного сигнала. Ток (I) течет до тех пор, пока этот ток превышает уровень удерживающего тока. Если нагрузка индуктивная (как в электродвигателях), необходимо учитывать разность фаз между напряжением и током.Ток будет течь только от анода к катоду, поэтому сигнал переменного тока должен быть выпрямлен. Благодаря такому действию тиристор также называют кремниевым управляемым выпрямителем (SCR).

Рисунок 8.47. Тиристор, управляющий протеканием тока через резистор

Характеристики тиристора показаны на одном из двух графиков:

1.

Характеристика тиристора при нулевом токе затвора, на рисунке 8.48 показано напряжение устройства (напряжение между анодом и катодом). ) Vs (ток протекает через анод), когда затвор не работает.Первоначально, когда тиристор выключен, ток отсутствует, и будет течь только небольшой прямой ток утечки. По мере увеличения напряжения на тиристоре будет течь только небольшой прямой ток утечки, пока напряжение не достигнет значения, при котором ток может увеличиться до значения (тока фиксации), при котором тиристор сам включится. Напряжение на тиристоре падает до уровня прямого падения напряжения. Тиристор будет продолжать проводить (независимо от тока затвора), пока прямой ток остается выше уровня удерживающего тока.Когда тиристор выключен и на анод и катод подается обратное напряжение, будет наблюдаться небольшой обратный ток утечки, пока приложенное напряжение не достигнет величины, вызывающей обратный пробой (напряжение обратного пробоя). В этот момент ток может резко увеличиться и, если его не ограничить, может вызвать поломку устройства. Эти уровни напряжения и тока необходимо учитывать при проектировании схемы, чтобы предотвратить нежелательное срабатывание схемы и потенциальный отказ цепи.

Рисунок 8.48. Характеристика тиристора с нулевым током затвора

2.

Характеристика переключения тиристора. На рисунке 8.49 показана характеристика устройства, когда ток затвора применяется для включения тиристора. Здесь ток фиксации больше, чем ток удержания.

Рисунок 8.49. Характеристики переключения тиристора

FPGA или CPLD могут обеспечивать управление тиристором. Простая установка, показанная на рисунке 8.50 показывает CPLD, выдающий импульсы с одного из своих цифровых выходов. Здесь на схеме показан выходной вывод CPLD, подключенный непосредственно к затвору тиристора. Однако может потребоваться токоограничивающий резистор, включенный последовательно с затвором тиристора (как в схемах биполярных транзисторов). Этот импульсный сигнал может быть создан с использованием простого счетчика с декодированием выходных состояний счетчика для обеспечения необходимой последовательности импульсов 0-1-0.

Рисунок 8.50. CPLD-контроль тиристора

Схема и длительность импульса должны быть приняты во внимание для факторов:

1.

FPGA или CPLD могут обеспечить необходимый ток затвора тиристора и напряжение затвора.

2.

Ширина импульса тока затвора должна учитывать требования ко времени включения и выключения тиристора, а также частоту управляющего сигнала переменного тока.

3.

Момент времени в течение цикла переменного напряжения, в котором создается сигнал стробирующего импульса. Чтобы создать точно синхронизированный импульс (синхронизированный с сигналом переменного тока), тогда сигнал переменного тока должен контролироваться, а точка в сигнальном цикле для создания импульса определяется значением отслеживаемого сигнала.Компаратор и опорное напряжение постоянного тока (напряжение сигнала, при котором создается импульс) с выходом компаратора в качестве входа для CPLD (и, следовательно, подходящего цифрового конечного автомата в CPLD) обеспечивают эту синхронизацию.

4.

Необходимо принять соответствующие меры для изоляции любых низковольтных и высоковольтных цепей.

Для электрической изоляции любых низковольтных и высоковольтных цепей используется оптоизолятор. Это устройство, которое обеспечивает оптическое соединение между двумя цепями, но электрическую изоляцию.Оптоизолятор состоит из светодиода и фототранзистора в одном корпусе. Внешний входной сигнал включает или выключает светодиод на входной цепи. Когда светодиод включен, генерируемый свет падает на фототранзистор, включая его, когда он горит, и гаснет, когда он не горит.

Создает оптическое соединение с гальванической развязкой. Основная идея оптоизолятора показана на рисунке 8.51.

Рисунок 8.51. Использование оптоизолятора

Рисунок 8.52 показывает пример оптоизолятора, электрически изолирующего CPLD от самого тиристора.

Рисунок 8.52. Пример схемы оптоизоляции

Для создания импульсов, необходимых для включения тиристора, можно использовать FPGA или CPLD. Рассмотрим ситуацию, когда необходимо управлять синусоидальным напряжением 50 Гц для схемы, показанной на рисунке 8.50. Здесь импульс управляется для увеличения с шагом 1 мс, полученным из тактовой частоты 1 кГц (период тактовой частоты составляет 1 мс). Если эта тактовая частота 1 кГц получена из более высокой тактовой частоты, то можно разработать счетчик для создания схемы делителя тактовой частоты.Простым способом получения импульса является создание счетчика и декодирование состояний выхода счетчика для создания импульсного сигнала. Импульс должен повторяться в каждом цикле синусоидальной волны, поэтому счетчик должен повторяться каждые 20 тактов (представляющих период времени 20 мс, 1/50 Гц). Импульс создается (т.е. будет логической 1) на положительном полупериоде синусоидальной волны. Не дается никакой информации о том, как схема будет определять время в цикле синусоидальной волны, поэтому предполагается, что, когда синусоида находится в точке пересечения (т.е., ноль) при переходе от отрицательного значения к положительному (см. рисунок 8.53), счетчик будет в исходном состоянии (состояние 0).

Рисунок 8.53. Отображение положения цикла синусоидальной волны и состояния счетчика

Пример кода VHDL для этой схемы можно увидеть со ссылкой на блок-схему, показанную на рисунке 8.54. На нем показано графическое представление кода VHDL (показанного на рисунке 8.55), а также конструкция счетчика с декодированными выходами, управляемая с помощью главного тактового генератора 50 МГц и активного низкого асинхронного сброса.Этот дизайн кода VHDL реализован в рамках четырех процессов: Первый процесс создает счетчик на 50 000 отсчетов, используя входную частоту 50 МГц. Второй процесс создает внутреннюю тактовую частоту 1 кГц путем декодирования выходных данных первого процесса. Третий процесс создает счетчик с 20 состояниями, а четвертый процесс декодирует этот выходной сигнал счетчика для получения сигнала управления затвором тиристора.

Рисунок 8.54. Цифровая схема для создания импульса затвора тиристора

Рисунок 8.55. Генератор импульсов управления тиристорным затвором

Пример испытательного стенда VHDL для этой конструкции показан на рисунке 8.56.

Рисунок 8.56. Испытательный стенд генератора импульсов управления тиристорным затвором

Точка входного сигнала, в которой запускается импульс затвора тиристора, может быть обнаружена с помощью схемы, подобной показанной на рисунке 8.57. Здесь компаратор используется для обнаружения превышения входным сигналом установленного опорного напряжения постоянного тока (V REF ).

Рисунок 8.57. Определение значения входной синусоидальной волны

В этой схеме два резистора (R 1 и R 2 ) используются для уменьшения значения входного синусоидального напряжения (V IN ) до безопасного уровня. который может использоваться компаратором без повреждения самого компаратора.

% PDF-1.4
%
267 0 объект
>
эндобдж
xref
267 67
0000000016 00000 н.
0000001709 00000 н.
0000001827 00000 н.
0000003227 00000 н.
0000003654 00000 н.
0000003810 00000 н.
0000003841 00000 н.
0000004449 00000 н.
0000004916 00000 н.
0000004947 00000 н.
0000005297 00000 н.
0000005328 00000 н.
0000005489 00000 н.
0000005651 00000 п.
0000005673 00000 п.
0000006327 00000 н.
0000006349 00000 п.
0000006882 00000 н.
0000006904 00000 н.
0000007374 00000 н.
0000007525 00000 н.
0000007556 00000 н.
0000008231 00000 п.
0000008253 00000 н.
0000008780 00000 н.
0000008802 00000 н.
0000009298 00000 н.
0000009320 00000 н.
0000009808 00000 н.
0000009830 00000 н.
0000010342 00000 п.
0000010364 00000 п.
0000010620 00000 п.
0000036198 00000 п.
0000036222 00000 п.
0000036302 00000 п.
0000036543 00000 п.
0000036703 00000 п.
0000036782 00000 п.
0000036803 00000 п.
0000036825 00000 п.
0000036938 00000 п.
0000036959 00000 п.
0000037195 00000 п.
0000037393 00000 п.
0000037417 00000 п.
0000037439 00000 п.
0000060401 00000 п.
0000060729 00000 п.
0000060751 00000 п.
0000060773 00000 п.
0000061302 00000 п.
0000061528 00000 п.
0000061552 00000 п.
0000061631 00000 п.
0000098832 00000 п.
0000099064 00000 н.
0000099322 00000 н.
0000099941 00000 н.
0000099963 00000 н.
0000100042 00000 н.
0000100064 00000 н.
0000100296 00000 н.
0000100320 00000 н.
0000134773 00000 п.
0000001980 00000 н.
0000003204 00000 н.
трейлер
]
>>
startxref
0
%% EOF

268 0 объект
>
>>
эндобдж
269 ​​0 объект
3% \ rȼS5 = 5e)
/ U (cBvDQnŊJ} U ؃ G)
/ P -12
/ V 1
/ Длина 40
>>
эндобдж
332 0 объект
>
поток
& SinXQ-t @ ĆU8> &> tF «bu צ E # eAєxzQT1Y? F: $ 9VX Զ jAr», P {fQ12

y! ЉFo:

Решено: 1.Какое из перечисленных ниже значений имеет наибольшее значение …

1. Какое из следующих значений имеет наибольшее значение процентов
рябь? A. Мостовой выпрямитель B. Двухдиодный выпрямитель C. A
трехфазный двухполупериодный выпрямитель D. Однополупериодный выпрямитель

2. Что из следующего является типичным прямым напряжением на
кремниевый диод? A. 0,7 В B. 7 В C. 1,7 В D. 0,07 В

3. Что из перечисленного может служить делителем напряжения? А. А
стравливающий резистор B. Полупериодный удвоитель напряжения C. Дроссельный вход
фильтр D.Стабилизатор напряжения IC

4. Фильтр, обеспечивающий максимальное выходное напряжение от
данное устройство выпрямителя представляет собой входной фильтр трансформатора A. Б.
дроссельный фильтр. C. конденсаторный входной фильтр. D. резистор-вход
фильтр.

5. Ток через ламповый диод всегда течет от A.
катод к пластине. Б. анод к аноду. C. анод к катоду. D. пластина
к катоду.

6. В схеме выпрямителя установлен ограничитель перенапряжения.
А. параллельно с выпрямительным диодом или диодами.Б. в серии
с выпрямительным диодом. C. последовательно с одним или обоими
электролитические конденсаторы. D. параллельно с нагрузочным резистором.

7. Какие из следующих единиц используются для оценки фильтрующих дросселей?
А. Герц Б. Генри С. Ампер Д. Ом

8. При последовательном включении диодов в цепь они могут
защищен от неравномерного обратного напряжения путем подключения _______
с каждым диодом. A. параллельный резистор B. параллельный конденсатор
C. конденсатор последовательно D. резистор последовательно

9.В цепи стабилитрона стабилитрон будет перегреваться и
уничтожить себя, если ток не ограничен параллелью А.
конденсатор. Б. Последовательный резистор. C. последовательный конденсатор. D. параллельно
резистор.

10. В цепи делителя напряжения ток через дренажный
резистор должен быть примерно в десять раз больше тока через нагрузку.
резистор. Б. на десять процентов выше, чем ток через нагрузку
резистор. C. равняется току через нагрузочный резистор. Д. десять
в процентах от тока нагрузочного резистора.

11. При условии, что все остальное в диодном выпрямителе одинаково.
цепи, выходное напряжение является самым высоким для полупроводника A.
диод. Б. ламповый выпрямитель. C. Газотрубный диод. Д.
фанатрон.

12. Какие из следующих устройств часто используются для защиты?
интегральные схемы? A. Автоматический выключатель B. Устройство лома C. A
плавкий предохранитель D. A Щит Фарадея

13. Способность источника питания поддерживать свое выходное напряжение.
уровень при различных условиях нагрузки называется его А.фактор силы.
Б. эффективность. C. Скорость поворота. D. регулирование.

14. Достаточно точная характеристика диода может быть
построен с использованием статистической кривой. Б. кусочно
строительство. C. эллиптический орбитальный аппарат. D. параболический
генератор.

15. Что из следующего используется для обеспечения статической нагрузки на
источник питания? A. Удвоитель напряжения B. Сбросной резистор C. Стабилитрон
диод Д. выпрямительный мост

16. Вы можете найти ток и напряжение на
нелинейный диод с использованием А.грузовая марка. Б. Закон Ома. С. а
Мост Уитстона. D. ВОМ.

17. В схеме выпрямителя может служить ограничивающий импульсный резистор.
как конденсатор фильтра A. Б. дроссельная катушка. C. предохранитель. Д.
резистор зависимый от напряжения.

18. Ток, который вырабатывает блок питания, называется
A. Остаток тока. B. Остаточный ток. C. ток нагрузки. Д.
терминальный ток.

19. У какого из перечисленных ниже выходное напряжение наибольшее?
из-за меньшего падения напряжения между пиками? А.Двухдиодный
выпрямитель B.Полупериодный выпрямитель C.Полифазный выпрямитель D. A
мостовой выпрямитель

20. Схема мостового выпрямителя требует использования конденсаторов А.
соединены последовательно с диодами. Б. четыре выпрямительных диода. С. а
силовой трансформатор. D. два емкостных входных фильтра на его
выход.

21. Для оценки конденсаторов А. можно использовать испытание на вызывной сигнал. Б.
интегральные схемы. C. индукторы. D. резисторы.

22. Полифазный выпрямитель имеет преимущество перед полуволновым,
однофазный выпрямитель, потому что многофазный выпрямитель A.является
более дешевый. Б. не требует специального входного питания. C. легче
устранение неполадок. D. имеет вывод, который легче фильтровать.

23. Что из перечисленного обычно работает с реверсом?
напряжение на его выводах? A. Диод на вакуумной лампе B. Газовая трубка
диод C. полупроводниковый выпрямительный диод D. стабилитрон

24. При параллельном включении диодов в цепь по порядку
чтобы предотвратить текущее заклинивание, равный _______ может быть подключен к
_______ с каждым диодом. А. резистор; серия Б.конденсатор; ряд
C. конденсатор; параллельный резистор D. параллельно

25. Для получения двухполупериодного выпрямления с большим током
выход без использования трансформатора, который из следующего
схемы выпрямителя будут использоваться? A. Полуволновой удвоитель B. A
двухполупериодный удвоитель C. Мостовой выпрямитель D. Двухдиодный
выпрямитель

Блок питания

G2 для PA

G2 напряжение
регулятор.

Регулятор напряжения G2 — очень важная часть тетродных УМ.Это должно
работать как параллельный регулятор, так как ток может течь не только в, но и
тоже из G2, особенно на более высоком драйве. Этот ток должен быть
поглощается в регуляторе без изменения напряжения G2. .

Почему ток может выходить из G2? Есть следующий эффект, что
происходит при более высоком приводе. Электроны, вылетевшие из катода, летят по G2
больше привлекаются анодом, так как его потенциал выше, чем у G2.Небольшая их часть захватывается G2 и вызывает нормальный ток G2.
течет в сетку. Электроны, попадающие на анод, могут ударить
другие электроны внутри него. Этот эффект называется вторичной эмиссией.
Обычно эти электроны приземляются обратно на анод из-за его более высокого положительного
потенциал. Однако, когда привод превышает определенный уровень, т. Е.
амплитуда анодного напряжения переменного тока увеличивается, мгновенное анодное
потенциал может попасть под G2.В этот момент вторичный испускает
электроны начинают стрейфить G2, и ток G2 течет в противоположном направлении.
направление тогда обычно. Этот эффект известен как эффект динатрона и
создает отрицательное внутреннее сопротивление, горб на трубке
характеристики. Эту проблему можно решить добавлением еще одного (третьего)
сетка очень слабая обмотка между G2 и анодом, роль которого заключается в захвате
вторичные электроны (получившаяся трубка — пентод).Третья сетка
должен быть на земле или катодном потенциале для правильной работы.
К сожалению, это увеличивает емкость катод-анод. По этой причине
пентодов на частотах выше 100 МГц нет.

Стабилизатор напряжения, описанный в этой статье, может (кроме обычного
регулировка напряжения) также поглощает ток, текущий из G2, и сохраняет
напряжение стабильно при любых обстоятельствах. Напряжение определяется
исключительно напряжением перехода стабилитронов или транзисторов.Эти транзисторы имеют относительно низкий коэффициент усиления (10-15), что
исключает любые колебания. Все схемы с операционными усилителями или
много транзисторов с высоким коэффициентом усиления в контуре регулирования (иногда более
1000!) (Как мы увидим в некоторых статьях) являются потенциальным источником неприятностей.
Имейте в виду, что 144 МГц можно получить везде!
Регулятор — простая классическая схема, стабилитроны заблокированы
с конденсаторами, чтобы избежать их шума.Номинал резистора должен быть
рассчитывается в соответствии с напряжением трансформатора для тока
около 100 мА. Кроме основного регулятора есть еще несколько дополнительных
схемы защиты в конструкции. Комбинация варистор / резистор
подключен к выходу регулятора, напрямую к G2 и предохранителю
(около 200 мА) помещается между G2 и регулятором в случае разряда
происходит почему-то в трубке (типично для тетродов).Если
происходит разряд, предохранитель перегорает и отделяет регулятор от G2. В
затем варистор срезает пик напряжения на G2, в то время как резистор ограничивает
ток разряда. Без защиты большой ток, вызванный
заряд конденсаторов в анодном источнике питания будет проходить через
регулятор и вывести из строя транзисторы и / или стабилитроны. Другой
схема защиты отключает напряжение G2, если анодное напряжение
становится постоянно ниже под напряжением G2.Это очень опасное состояние
для трубки, потому что G2 становится анодом и берет на себя всю
анодный ток, обычно приводящий к перегоранию G2 и разрушению
дорогая трубка. Чтобы избежать этого, реле, управляемое анодным напряжением, может
отключите G2 от источника питания.