De ce este o sursă de alimentare reglementată pentru circuite (tubulare) un lucru bun? Dacă te uiți la un circuit, vezi o sursă de curent continuu care alimentează etapele. Presupunerea implicită este că sursa de curent continuu este doar aceea - puterea de curent continuu, fără zumzet, zgomot și ondulare de la frecvența semnalului. Dar nu este cazul, desigur. Există undă și zgomot de la rețea prin redresoare și circuite de netezire. Chiar dacă devii fantezist cu circuitele C-L-C și așa mai departe, nu este niciodată complet curat. Iar curentul de sarcină care variază în funcție de frecvența semnalului circulă prin rezistența internă a sursei, iar dl. Ohm ne-a arătat că rezistența curentului × provoacă o tensiune legată de semnal pe sursă. Este atât de rău?

regulator

Fiecare amplificator are o proprietate numită raportul de respingere a sursei de alimentare (PSRR), care este o măsură a cantității de undă și zumzet de pe sursă care curge până la ieșire. Desigur, variază în funcție de topologia amplificatorului, dar este întotdeauna acolo. Circuitele cu un singur capăt sunt deosebit de sensibile la acest lucru. Deci, o sursă reglementată care minimizează ondularea, zgomotul și zumzetul pe linia de alimentare este destul de utilă pentru un sunet curat și nedistorsionat. Mai ales dacă poate fi mult mai bun, mai mic și mai ieftin decât un circuit clasic C-L-C.

Soluția
Ideea pentru acest proiect mi-a venit când lucram la o sursă de alimentare de laborator Lambda 250V din anii 1970. După ce am petrecut câteva ore pe el, am găsit problema: un regulator de tensiune IC defect, un Lambda FBT-00031 cu 14 pini. Suportul tehnic de la Lambda a oferit cu amabilitate o singură foaie de specificații pentru cip. A durat câteva săptămâni până când cineva de pe Internet a identificat cipul ca un Motorola MC1466L remarcat (Fig. 1), care era învechit, desigur.

Am găsit două surse NOS: una în Orientul Îndepărtat în valoare de 280 USD fiecare pentru o comandă minimă de patru, cealaltă în Germania din apropiere pentru 6 euro fiecare. Am comandat un cuplu, am înlocuit cipul și alimentarea a funcționat perfect. Am găsit abordarea conceptuală a acestui cip, cu un amplificator de eroare plutitoare și o setare de referință cu un singur rezistor, atât de interesant încât am decis să văd dacă îl pot aplica unui regulator de tuburi de înaltă tensiune.

Conceptul circuitului meu este prezentat în Fig. 2. Acesta este un regulator de înaltă tensiune, dar aș dori să evit cât mai multe dispozitive și piese relativ rare și costisitoare de înaltă tensiune. De aceea există o sursă separată de joasă tensiune, plutind deasupra ieșirii de înaltă tensiune. Această sursă de joasă tensiune, alimentată de la încălzitorul cu tub rectificat, rulează circuitele de referință și de control, care pot fi de joasă tensiune.

Acest tip de regulator constă din aceleași module. Există întotdeauna o tensiune de referință și un amplificator de eroare care compară tensiunea de referință cu (un eșantion de) tensiunea de ieșire. Amplificatorul de eroare acționează apoi elementul de trecere pentru a controla ieșirea.

Cum functioneaza
În circuitul meu, tensiunea de referință provine de la rezistorul R3, condus de la sursa Q1 de curent constant plutitor. Q2 și Q3 formează amplificatorul de eroare. Este un amplificator diferențial, dar cu dispozitive complementare mai degrabă decât amplificatorul diferențial mai obișnuit cu două dispozitive similare. Dar funcționează la fel: referința este intrată la Q3 și reglată tensiunea de ieșire este intrată la Q2.

Dacă tensiunea de ieșire scade sub valoarea setată, Q2 va începe să conducă mai mult și va crește tensiunea de acționare pentru dispozitivul de trecere pe R5, care, la rândul său, mărește ieșirea până când este din nou la valoarea setată. În mod similar, când Vout devine prea mare, unitatea este redusă, coborând Vout înapoi la valoarea setată. Deoarece Vout este egal cu Vref, cu excepția unui offset 2-Vbe, în principiu puteți seta tensiunea de ieșire la orice doriți, selectând doar R3. Acesta este un mare avantaj pentru setările mai tradiționale.

În mod tradițional, ați avea o tensiune de referință care este o fracțiune din Vout, apoi împărțiți Vout în Vref înainte de al alimenta în amplificatorul de eroare. Dacă doriți să modificați Vout, trebuie să modificați raportul de divizare. Dezavantajul este că acest lucru modifică și câștigul buclei buclei de control, ceea ce înseamnă din nou că performanța și stabilitatea se schimbă odată cu tensiunea de ieșire. Folosind o tensiune de referință egală cu Vout, așa cum am făcut, stabilitatea și performanța circuitului nu se schimbă odată cu tensiunea de ieșire.

S-ar putea să vă întrebați de ce eroarea amplificatorului este un circuit atât de simplu. Cu siguranță, utilizarea unei performanțe ridicate pe amplificator aici crește performanța, dar nu enorm. Și astfel de circuite cu câștig foarte mare bazate pe amplificatoare operaționale își aduc propriile probleme cu stabilitatea și compensarea, de exemplu. De fapt, circuitul este deja destul de performant, așa cum se arată în Fig. 3 și 4.

Un motiv pentru performanța bună este că rezistența de încărcare pentru amplificatorul de eroare este rezistența de la Vdrive la masă, R5. Folosind un tub ca dispozitiv de trecere, acest rezistor formează rezistorul de rețea, care ar trebui să fie în jur de 500kΩ, în funcție de dispozitiv. Deci, chiar și o eroare foarte mică între B și E din Q2 va duce la un curent de corecție relativ mare prin R5 și, astfel, la o tensiune de corecție destul de mare la Vdrive. Acest câștig de buclă este destul de mare, în ciuda circuitului simplu, așa că am decis să nu folosesc un amplificator op.

Alte considerente
Acesta fiind un regulator de tuburi, există câțiva alți factori de luat în considerare. Una este aplicarea întârziată a tensiunii anodice, nu doar pentru dispozitivul de trecere, ci și pentru amplificatorul care trebuie furnizat. Circuitul complet (fără dispozitivul de trecere) este prezentat în Fig. 5. U1 este un temporizator standard 555 (CMOS) care trage LED-ul în U4 ​​la ceva timp după ce ați pornit alimentarea.

Întârzierea este setată de R8 și C3, iar cu valorile date este de aproximativ 30 de secunde. Puteți să-l scurtați scăzând valoarea lui C3 sau să-l măriți prin creșterea R8. În funcție de scurgerea C3, 1MΩ este probabil valoarea maximă pentru R8. Odată ce LED-ul din U4 este aprins, opto-triacul se va declanșa și va porni tiristorul U3, care va aplica tensiunea înaltă rectificată tubului de trecere (J4). Deoarece tubul de trecere are nevoie de o tensiune de încălzire, am folosit-o și pentru a alimenta circuitele de referință și de control prin redresorul BR1 și condensatorul C6.

Un factor important este „curățenia” tensiunii de referință. Dacă există zgomot sau zgomot pe referință, acesta va fi fidel duplicat de amplificatorul de eroare de pe ieșire. Sursa de curent Q1 își obține referința Vbe prin LED-ul D5. R1 fiind de 1,3kΩ, curentul de referință este aproape exact de 1mA, ceea ce face ușoară selectarea rezistorului de referință R3: doar 1kΩ pentru fiecare ieșire de volți dorită.

LED-ul D5 acționează ca o sursă de tensiune și este destul de curat. Cu toate acestea, primul prototip nu avea regulatorul de curent U2, ci doar un rezistor pentru a seta curentul LED. Zumzetul de pe sursa de control a provocat zumzet pe rezistorul de polarizare a LED-ului, ceea ce a provocat un zumzet foarte mic în jurul LED-ului, dar suficient pentru a apărea în referință. De asemenea, am observat că tensiunea de ieșire a scăzut cu câțiva 100mV cu schimbări de sarcină de 100mA. Motivul: atât sursa de înaltă tensiune, cât și sursa de încălzire provin de la același transformator.

Creșterea sarcinii a făcut ca tensiunea secundară a transformatorului să scadă ușor, inclusiv sursa de încălzire care a furnizat circuitul de referință și de control. Acest lucru a fost suficient pentru a reduce ușor curentul prin LED și, prin urmare, tensiunea de referință. Cu alte cuvinte, creșterea sarcinii a redus referința! Am încercat apoi un regulator de tensiune pentru sursa de referință și control. Acest lucru a funcționat, dar am pierdut o oarecare flexibilitate cu tensiunile încălzitorului, deoarece un regulator (5V) are nevoie și de o rezervă de abandon.

În cele din urmă, m-am mulțumit cu regulatorul de curent U2, un LM344, care a funcționat chiar puțin mai bine decât un regulator de tensiune pe alimentare. Există câteva alte părți ale schemei în scopuri de protecție. Cea mai evidentă este siguranța FU1 în serie cu tensiunea înaltă. Apoi, există protecție pentru tranzistoare. De exemplu, dacă tensiunea înaltă este pornită de U3, tensiunea de referință la colectorul Q1 are nevoie de timp pentru a crește încărcând C1. În acest timp, tranzitorii pe linia de ieșire ar putea fi mult mai mari decât valoarea sigură Vce pentru Q1. D2/D8 limitează această valoare.

Protecția pentru Q2 este, de asemenea, necesară din aceleași motive: în condiții tranzitorii, Vout poate atinge vârful peste valoarea cerută. Q2 va încerca să corecteze ceea ce poate determina Vc-ul Q2 să scadă momentan la o valoare foarte scăzută. Vce de Q2 este limitat la 100V de D1. Aceasta înseamnă că Vgrid poate fi maxim 100V negativ în raport cu Vout, tensiunea catodului tubului de trecere. Această valoare ar trebui să fie suficientă chiar și în cazul triodelor cu mu redus și cu un curent de sarcină redus. R14 limitează curentul maxim prin tranzistoarele cu semnal mic în timpul condițiilor de pornire și tranzitorii.

Configurări
Deoarece această sursă este destul de universală în ceea ce privește tensiunea de ieșire (în principiu de la Vgk minim al tubului de trecere până la 500V, limitat de tensiunea nominală a redresorului de înaltă tensiune și a condensatoarelor), m-am gândit să îl fac și flexibil în ceea ce privește curentul pe care îl poate furniza. Circuitele de redresare, de referință și de comandă se potrivesc pe o placă de tip tip „placă de bază” (Foto 1). Apoi, există un mic plug-in-board care transportă dispozitivul de trecere și unele rezistențe și care este conectat la placa de bază.

În acest fel, puteți utiliza regulatorul cu diferite dispozitive de trecere în funcție de curentul de încărcare. În prezent, am trei plăci plug-in (Foto 2). Pentru amplificatoarele de putere, placa-plugin cu un tub dublu triodic 6528 poate livra până la 600mA (cu un transformator de putere adecvat, desigur). Acest tub este special dezvoltat pentru reglarea în serie. Un tub 6080 se potrivește, de asemenea, pe această placă de conectare. Datorită mu-ului său mai scăzut, are un Zout puțin mai ridicat și zumzet și zgomot puțin mai ridicat, dar dacă se întâmplă să aveți unul dintre cei care stau în jur, îl puteți folosi cu rezultate bune. Plug-in-ul montat în fotografie este o placă cu un pentod mic conectat triodat de tip EL84/EL86 pentru preamplificatoare și sarcini similare, de până la 50mA.

În cele din urmă, pentru cei care doresc o versiune „verde” și economisesc aproximativ 10 W pe încălzitorul cu tub de trecere, există o placă cu un mod MOSFET de epuizare, un DN2540. Această placă de conectare specială poate găzdui două DN2540 și radiatoarele lor pentru o sarcină de ieșire mai mare de 1A, în funcție de disiparea din picătura Vds. Circuitele pentru plăcile de conectare sunt prezentate în Fig. 6. Deoarece 6528 (6080) sunt triode duale, există rezistențe catodice de mică valoare pentru a egaliza curenții la sarcini mai mari. Același lucru este utilizat pe placa DN2540 în cazul în care utilizați două dispozitive pentru o capacitate de încărcare crescută (puteți scurta rezistența sursă dacă utilizați doar un singur DN2540).

Plăcile de conectare au, de asemenea, dopuri pentru grilă și poartă pentru o stabilitate sporită. Placa DN2540 are o diodă zener suplimentară de 100V/5W (D5) pentru a proteja MOSFET în timpul tranzitoriei de pornire și încărcare, precum și diode zener de protecție Vgs. De asemenea, acceptă o pereche de radiatoare standard; tuburile sunt cu siguranță un avantaj în departamentul de disipare.

Plăcile sunt conectate cu conectori PCB standard de 0,1 ″ și anteturi tăiate la dimensiune. Rețineți că atunci când utilizați dispozitivul de trecere MOSFET nu aveți nevoie de conectorii încălzitorului între cele două plăci. Șuruburile mașinii M3 și standurile de 12 mm fixează plug-in-ul pe placa de bază.

Performanţă
Figurile 3 și 4 prezintă impedanța de ieșire și zumzetul de ieșire și zgomotul diferitelor versiuni pe banda audio. Performanța este destul de respectabilă pentru o alimentare cu tub de înaltă tensiune. Cel mai bun interpret complet este MOSFET, datorită transconductanței sale ridicate; cu toate acestea, diferențele sunt mici. Zumzeturile și zgomotul sub sarcină sunt de obicei sub 500μV RMS într-o lățime de bandă de 20 kHz pentru toate versiunile (în principal componente de zumzet legate de linie).

S-ar putea să vă întrebați de ce am construit de fapt trei versiuni. De ce nu folosiți doar DN2540? Este cel mai performant și are un alt avantaj: o tensiune de scădere mai mică. DN2540 funcționează bine cu doar 10 sau 15 V Vds (în funcție de valul de intrare), în timp ce versiunile cu tub necesită câteva zeci de volți Vak pentru a funcționa curat. Aceasta înseamnă că pentru un transformator dat DN2540 oferă o ieșire continuă de 10 până la 15V și o disipare mai mică. Dar este mai mult decât doar măsurători. Deși mi-ar fi greu să aud orice diferență între regulatoarele care alimentează un amplificator, există întotdeauna „factorul X”. S-ar putea să preferați un regulator de tuburi într-un amplificator de tuburi din motive perfect bune. Deci, alegerea este a ta!

Personalizare
Tensiunea de intrare este limitată de tensiunea nominală a diodelor redresoare și a condensatoarelor - vârf de 500V în versiunea mea. Acest lucru limitează Vout la aproximativ 485V cu DN2540. Dacă aveți nevoie de mai multă tensiune de ieșire, puteți utiliza diode cu valori mai mari pentru D3, 4, 6, 7 și C10, 11 (Fig. 7). Rețineți că diodele ar trebui să fie evaluate pentru cel puțin dublul tensiunii de vârf rectificate, de preferință mai mult. Este întotdeauna înțelept să păstrați o marjă sănătoasă pentru ca diodele și condensatoarele să poată face față tensiunilor de ieșire descărcate și nivelurilor de rețea ridicate.

Puteți utiliza un transformator cu o singură secundară conectată la pinii J12 1 și 3 sau un secundar cu filet central cu robinetul la pinul J12 2. În acest din urmă caz, puteți omite, bineînțeles, diodele D4 și D6. Placa are dispozitive pentru un rezistor mic între cei doi condensatori de rezervor (R10) pentru a scoate marginea de înaltă frecvență de pe tensiunea de ondulare. 12Ω este probabil puțin prea mare pentru curenți de sarcină peste 100mA, deci ar trebui să experimentați cu el sau să îl scurtați cu totul. Puteți utiliza, de asemenea, condensatori de rezervor off-board și/sau bobine. Reducerea ondulației la tensiunea rectificată nu va aduce, totuși, o îmbunătățire 1: 1 la Vout, deoarece ondulația de la Vref va începe să domine.

Ca atare, performanța este destul de bine echilibrată. După cum sa menționat, tensiunea de ieșire este cu 1,2 V sub Vref. Puteți seta cu ușurință Vref selectând R3. Cu curentul de referință aproximativ 1mA, Vref (în volți) = R3 (în kΩ). Rețineți că puteți utiliza un rezistor extern sau un contor de pot la J7 pentru a seta Vout. Dacă utilizați o oală, asigurați-vă că utilizați una care poate rezista la 500V! Cu condiția să aveți suficientă tensiune de intrare rectificată, puteți seta Vout la orice valoare din motive. Vout-ul minim depinde de tensiunea negativă a rețelei/porții. Dacă faceți Vref = 0 prin scurtcircuitarea R3, DN2540 se apropie și de zero, dar un 6528 nu va coborî mai puțin de zeci de volți (în funcție de sarcină) din cauza polarizării negative necesare a grilei. Ieșirea la catod va trebui să fie peste tensiunea de acționare la rețea, cu excepția curenților de ieșire destul de mari.

Constructie
Înainte de a începe construcția, rețineți că această alimentare conține puncte cu tensiuni și curenți letali, inclusiv radiatoarele pentru DN2540! Sunteți responsabil pentru propria dvs. siguranță, nu eu și nici oamenii din aX. Verificați dacă intrarea de înaltă tensiune este deconectată sau oprită înainte de a lucra pe placă. Descărcați condensatorii de înaltă tensiune cu un rezistor de 1 k. Faceți o practică să păstrați o mână în buzunar atunci când atingeți scândurile sub tensiune cu o sondă de contor sau orice altceva, pentru a evita curenții corpului. Chiar și atunci când este oprit, condensatoarele de înaltă tensiune pot avea încă o încărcare periculoasă. Descărcați-i.

Atenție: alimentarea cu încălzitor pentru tubul de trecere este, de asemenea, utilizată pentru circuitele de referință și de control și plutește pe tensiunea înaltă reglată. Nu utilizați această înfășurare a încălzitorului pentru alte tuburi din echipamentul care va fi alimentat. Dacă utilizați placa de conectare DN2540, aveți nevoie în continuare de o sursă plutitoare separată pentru circuitele de referință și de control. În orice caz, puteți utiliza și un mic transformator separat de 5 sau 6V AC, cu condiția să aibă suficientă izolație secundară pentru a-i permite să plutească până la Vout maxim. Construcția este simplă atunci când se utilizează abordarea plăcii de bază-plug-in. Figura 8 prezintă ghidurile de umplere a componentelor pentru placa de bază și plug-in-uri. Listele complete de piese sunt în tabelele 1A-1D.

Cel mai bine este să începeți cu părțile mici de pe placa de bază, cum ar fi rezistențele, diodele, tranzistoarele și antetele, lăsând capacele mai mari pentru final. Aveți grijă să montați știfturile și antetele drept în poziție verticală. Amplasamentele găurilor de pe plăcile de conectare corespund exact celor de pe placa de bază, dar dacă știfturile și anteturile sunt ușor decuplate vertical, acestea se împerechează mai puțin. Tranzistoarele sunt sub placa de conectare. Datorită limitării înălțimii, ar trebui să le pliați orizontal pe tablă, așa cum se arată. Faceți același lucru cu electroliticele de ieșire C4 și C5. Aspectul are spațiu deschis pentru asta.

Puteți testa placa de bază fără a o conecta, pentru a verifica dacă circuitele de întârziere și tiristor funcționează. LED-ul D10 ar trebui să se aprindă când este pornit, în timp ce D5 ar trebui să se aprindă după timpul de întârziere. (D9 nu va porni decât dacă aveți un dispozitiv de trecere conectat.) Tensiunea de intrare la J4 ar trebui să se aprindă și după întârziere. Apoi, completați una dintre plăcile plug-in-uri, montați-o pe placa de bază și verificați întregul ansamblu. Ei bine, asta este.