0

Стабилизированный ламповый источник питания

В практической электронике необходимо иметь источник напряжения, который регулируется в широком диапазоне. Предлагаем стабилизированный источник напряжения построенный на вакуумных лампах. Устройство отличается необычным внешним видом и высокой устойчивостью к перегрузкам.

Многие начинающие радиолюбителя считают, что лампа подходит только для аудиоаппаратуры, но это мнение абсолютно неверно.

Преимущества предлагаемого лампового источника питания

  • стойкость к короткому замыканию, ограниченная по времени тепловая прочность обмоток трансформатора.
  • срок службы лампы несколько тысяч часов, что обеспечивает безотказную работу схемы в течение многих лет
  • отсутствие проблем, связанных с охлаждением и гальванической развязкой схемы
  • необычный, оригинальный внешний вид.

К сожалению, есть и недостатки, среди которых:

  • снижение КПД из-за необходимости питания ламп накаливания
  • износ эмиссионного слоя

Принципиальная схема источника питания показана на рисунке 1.

Рис. 1

Элементом, отделяющим выход от электросети, является трансформатор TR1. Недопустимо обходить этот элемент из-за риска поражения электрическим током пользователя.

Трансформатор подает напряжения на вторичных обмотках: 240 В / 0,05 А и 33 В / 0,35 А. Первая (высоковольтная) вторичная обмотка питает аноды ламп,  а вторая, с меньшим напряжением, их нити.

За трансформатором включен мост Гретца из диодов D1 … D4. Элементы C3-R1-C4 образуют схему, которая фильтрует напряжение, подаваемое мостом. Роль резистора R1 — помимо ограничения импульса тока, возникающего после включения, — повысить эффективность фильтрации переменной составляющей. Идеальным было бы использовать здесь дроссель с индуктивностью в несколько соток, но это решение было отвергнуто, так как без надобности увеличивались стоимость и габариты устройства.

Конденсаторы C1 и C2 блокируют любые радиочастотные помехи. Делитель R2 + R3 выполняет несколько функций:

  • разряжает электролитические конденсаторы C3 и C4 после выключения системы. Накопленный на них заряд может вызвать сотрясение с непредсказуемыми последствиями
  • повышает потенциал нити лампы примерно до 100 В, тем самым защищая от пробоя изоляции на пути от катода к волокну.

Диод D5 и резистор R5 образуют контур, который генерирует опорное напряжение для усилителя лампы (L2).. Эта часть схемы также разряжает конденсаторы фильтра, но только до напряжения стабилитрона D5 (39 В).

Резистор R4 питает экранирующую сетку ламп L1, а R7 — ламп L2. Резистор R8 и конденсатор C5 образуют пассивный фильтр нижних частот, предотвращающий случайное возбуждение системы. Резисторы R9, R10 и потенциометр P1 — это делитель выходного напряжения, обеспечивающий плавное регулирование и стабилизацию. Соответствующий выбор резисторов R9 и R10 определяет диапазон регулировки. Конденсаторы C6 и C7 уменьшают внутреннее сопротивление источника питания на высоких частотах, что полезно при проверке построенных или ремонтируемых ламповых радиоприемников.

CON4 подключается к вольтметру постоянного тока с соответствующим диапазоном, а к CON5 плавкий предохранитель с задержкой срабатывания, защищающий сетевой трансформатор от возгорания в случае длительной перегрузки. Кремниевый диод D6 защищает схему, в частности вольтметр и конденсатор C7, от перенапряжений и напряжений обратной полярности.  Резистор R6 можно (не без преувеличения) назвать «мозгом» этой схемы. Чтобы понять серьезность поставленной задачи, поможет таблица 1. Ориентиром для лампы L2 является ее катод, который находится под потенциалом примерно 39 В относительно земли, что обеспечивается диодом D5 стабилитрона.

Таблица 1

С другой стороны, принцип работы электронной лампы показывает, что чем ниже потенциал сетки, тем меньше электронов достигает анода и тем меньше ток проходит через него. Возьмем, например, случай с Uwyj = 300 В. Напряжение на его управляющей сетке тогда будет 35 В относительно массы, то есть -4 В относительно катода. Падение напряжения на R6 тогда составляет около 120 В. Из закона Ома получаем:

где: Usas — напряжение на конденсаторах фильтра [В], UA-земля — ​​напряжение между анодом L2 и землей системы [В], R6 — сопротивление R6, в данном случае 680 кВ. В данном случае его анодный ток составляет около 176 мА.

Проведение расчетов для варианта с Uwyj = 200V покажет, что тогда ток будет около 360 мА. Напряжение на управляющей сетке почти равно нулю, поэтому ток нарастает. Наблюдая за отношением изменения напряжения сетки к анодному напряжению, мы получаем еще один интересный параметр  — коэффициент усиления по напряжению лампы L2 в этой системе:

 где: ∆UA — изменение напряжения анода (измеренное между анодом и катодом) [В], ∆US1 — изменение напряжения управляющей сетки (измеренное между сеткой и катодом) [В] В этом случае kU≈30 и увеличивается при вводе область положительного напряжения первой сетки.

Подводя итог: R6 — это преобразователь изменения анодного тока лампы L2 в напряжение, управляющее лампой L1, которая работает как катодный повторитель. Без него никакая стабилизация в этой системе была бы невозможна. Коэффициент усиления по току большой, но мы не будем заниматься им, так как этот параметр не будет иметь никакого смысла.

Схема требует минимального выходного напряжения 115 В. Это связано с невозможностью дальнейшего понижения потенциала сетки драйвера L1 на анод L2.

Сборка и запуск

Печатная плата такого лампового блока питания приведена на рисунке 2.

Рис. 2

Схема собрана на односторонней печатной плате размером 144 мм × 80 мм. Монтаж следует начинать с пайки перемычек и розеток. Гнезда припаиваются сбоку к дорожкам, что позволяет оголить лампы и эффективно их охладить.

Следующие узлы собираются традиционно — от самого высокого до самого низкого. Лампа Л1, (PL504), предназначена для работы на конечных ступенях горизонтальной развертки телевизоров. При работе с анодом возникли значительные перенапряжения, исчисляемые в киловольтах, что вынудило конструкторов отодвинуть анодный вывод от других выводов.

Керамические цоколи с внутренним диаметром 6 мм для таких ламп имеются в продаже. В этой схеме анод имеет потенциал около 400 В по отношению к земле, поэтому их использование даже необходимо для безопасности пользователя. Для его подключения на плате предусмотрена точка пайки, обозначенная как ANODA.

Приобрести панельный электромагнитный вольтметр с диапазоном, требуемым прибором в продаже, сложно. Эту проблему можно решить, применив вольтметр с диапазоном 0 … 35 В или 0 … 40 В и подключив последовательно с его катушкой резистор (или набор резисторов) с сопротивлением, в девять раз превышающим сопротивление этой катушки. Вольтметр, используемый в модельном устройстве, имеет диапазон 0 … 35 В постоянного тока и потребляет 1 мА при напряжении 35 В. Отсюда следует, что сопротивление его катушки составляет 35 кОм, а дополнительный резистор должен иметь номинал 315 кОм (300 кОм + 15 кОм). При максимальном напряжении она будет выделять в виде тепла 315 мВт.

Собранная схема не требует дополнительных настроек. Лампы вставляются в патроны в самом конце, непосредственно перед запуском. Измеренный ток накала после одной минуты работы должен находиться в диапазоне 285 … 315 мА. Если он окажется слишком большим, резистор соответствующего номинала следует подключить последовательно с нитями нити лампы.

Слишком высокая температура катода приведет к преждевременному износу ламп, а слишком низкая — к невозможности достичь полного выхода по току. При запуске и использовании этого источника питания следует помнить о высоких напряжениях в нем, в том числе на выходе.

Номиналы деталей схемы показаны в таблице 2.

Таблица 2

Автор: Михал Курзела

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.