Высоковольтные стабилизаторы для ламповых схем
Схемы простых регулируемых стабилизаторов напряжения на полевых транзисторах для анодного питания каскадов ламповых схем
Зачастую для получения максимальной производительности ламповых устройств требуется наличие стабильного анодного напряжения с низким уровнем пульсаций.
И если раньше для фильтрации анодного напряжения в ламповых схемах традиционно применялись пассивные фильтры в виде дорогого и габаритного дросселя и пары
высоковольтных электролитов, то в последнее время всё чаще можно встретить активные фильтры, совмещённые с цепями стабилизации выходного напряжения.
Рассмотрим несколько вариантов таких активных высоковольтных стабилизаторов.
1.Традиционные высоковольтные стабилизаторы напряжения на полевых транзисторах
Подобные устоявшиеся конструкции, предназначенные для стабилизации анодного напряжения ламповых устройств, часто фигурируют в различных источниках, поэтому
в рамках данной статьи ограничимся лишь кратким описанием, а также перечислением их достоинств и недостатков.
Рис.1 Схема простейшего стабилизатора анодного напряжения на полевом транзисторе
Достоинствами такого стабилизатора являются простота, небольшие габариты и низкая стоимость (по сравнению с дросселем). Кроме того такая схема обеспечивает
хорошую фильтрацию анодного напряжения.
Транзистор выбирается исходя из максимальной величины постоянного напряжения, поступающего с выпрямителя, а его паспортная мощность должна превышать значение:
(Uвх - Uвых)/ Iн, где Uвх – это входное напряжение
(поступающее с выхода выпрямителя),
Uвых – стабилизированное выходное напряжение, Iн – максимальный ток нагрузки.
Стабилитроны могут быть любыми и в любом количестве, главное, чтобы их суммарное напряжение пробоя на 3...4 вольта
превышало необходимое значение выходного напряжения.
Главным недостатком приведённого выше решения является моментальный выход из строя силового транзистора даже при самом кратковременном КЗ на выходе.
Для того, чтобы этого не происходило, в схему вводят цепь защиты стабилизатора от превышения тока и КЗ (Рис.2).
Рис.2 Схема стабилизатора анодного напряжения со схемой защиты от КЗ
Простая цепь защиты выполнена на транзисторе Т2 в ключевом режиме, который при токе нагрузки
Iн(А) > (0,6...0,7)/R5(Ом) открывается и замыкает затвор полевого транзистора Т1
на исток, переводя его в непроводящее состояние.
При снятии токовой перегрузки схема переходит в рабочий режим стабилизации.
Недостатками всех приведённых (а также им подобных) стабилизаторов являются следующие факторы: необходимость тщательной подборки стабилитронов
для получения точного значения суммарного напряжения, а также необходимость использования габаритных высоковольтных электролитов для шунтирования цепочки
стабилитронов.
Однако существуют конструкции, позволяющие в значительной степени обойти эти недостатки, используя построения высоковольтных стабилизаторов на
принципе умножения напряжения низковольтного стабилитрона. Именно такие высоковольтные устройства с регулируемым напряжением (правда, на биполярных
транзисторах) мы рассмотрели на предыдущей странице.
Настало время перевести эти построения на полевики и позаботиться об их умощнении.
2. Нетрадиционные построения высоковольтных стабилизаторов на принципе умножения напряжения низковольтного стабилитрона
Рис.3 Схема стабилизатора (0…25 мА) на полевом транзисторе
с умножением напряжения низковольтного стабилитрона
Эта схема рассчитана на небольшие токи нагрузки (до 25 мА). Однако, несмотря на свою простоту, она имеет ряд преимуществ по отношению к обычным построениям,
заключающихся в следующих моментах:
1. Отсутствие высоковольтных конденсаторов;
2. Плавная регулировка стабилизируемого напряжения (потенциометром Р1);
3. Медленное нарастание выходного напряжения при включении (определяется
номиналом ёмкости С1);
4. Более высокая термостабильность (при повышении температуры ток транзистора
растёт, а стабилитрон его понижает, увеличивая напряжение на истоке);
5. Терпимость к КЗ на выходе.
Рассмотрим случай, когда на вход мы подаём 400 вольт, а на выходе устанавливаем 300 вольт стабилизированного напряжения.
Тогда в устоявшемся режиме стабилизации на резисторе выделяется мощность
Р = (Uвх - Uвых)²/R1 = 2.78 Вт.
В короткий начальный момент включения (когда напряжение на выходе начинает медленно нарастать) и в случае КЗ на выходе –
Р = Uвх²/R1 = 44.4 Вт. Таким образом, через непродолжительное время после КЗ резистор
начнёт дымиться, поэтому для предотвращения таких эффектов весьма уместна установка плавкого предохранителя.
Время нарастания выходного сигнала от 0 до 300 вольт (при указанном номинале С1 = 1000 МкФ) составляет около 0.25 сек.
Мощность транзистора при Uвх= 400 В и Uвых = 300 В должна с запасом превышать
Р = Uвых*(Uвх - Uвых)/R1 = 8.3 Вт.
На холостом ходу при изменении входного напряжения а диапазоне 370...430 вольт уход выходного (300 В) составляет менее 1 вольта, а подавление
пульсаций – около 40 дБ (100 раз).
К недостаткам схемы (помимо требований к мощности R1) следует отнести ухудшение характеристик (снятых на холостом ходу) при работе на реальную нагрузку:
— ухудшение для тока нагрузки 25 ма при условии (Uвх - Uвых) < 100 В;
— ухудшение для тока нагрузки 20 ма при условии (Uвх - Uвых) < 80 В;
— ухудшение для тока нагрузки 10...15 ма при условии (Uвх - Uвых) < 70 В;
— ухудшение для тока нагрузки 5 ма при условии (Uвх - Uвых) < 50 В.
Грустно, девицы! В вашем хозяйстве характеристики пропадают самым таинственным образом – скажет продвинутый лампоман и будет отчасти прав.
Ну что ж поделаешь, бывает! Обычный высоковольтный стабилитрон с балластным резистором будет обладать несопоставимо худшими параметрами при подключении
к нему нагрузки. Однако, чтобы избежать неприятного осадка в благородном напитке, откорректируем схему, уменьшив ток через аналог стабилитрона, а также добавив
усилитель тока со схемой защиты от КЗ (Рис.4).
Рис.4 Регулируемый высоковольтный стабилизатора напряжения с
плавным нарастанием выходного напряжения и схемой защиты от КЗ
За счёт того, что нагрузка изолирована от цепи стабилизации, а ток через саму цепь уменьшен, стабилизатор имеет довольно высокие характеристики, не зависящие
от тока нагрузки:
— при изменении входного напряжения а диапазоне 370...430 В (среднее 400 В) уход
выходного напряжения (300 В) не превышает 0.4 вольта;
— подавление 100-герцовых пульсаций – около 48 дБ (250 раз);
— Время нарастания выходного сигнала от 0 до 300 вольт – около 2 сек (можно
увеличить/уменьшить посредством пропорционального изменения номинала С1);
— Максимальный ток нагрузки ограничен только мощностью силового транзистора
Т2 и может быть сколь угодно высоким при параллельном соединении полевиков;
— Ток срабатывания защиты – около 200 мА (можно увеличить или уменьшить
посредством обратно пропорционального изменения номинала R6).
|
