john 29 октября, 2013 - 22:58 Евгений Карпов В статье описан относительно простой высоковольтный стабилизатор, обладающий малым уровнем шумов и пульсаций выходного напряжения. В стабилизатор встроены функции плавного нарастания выходного напряжения и защиты от перегрузок. Стабилизатор предназначен для питания чувствительных схем предварительных усилителей и фонокорректоров, выполненных на электронных лампах. Основные соображения Основным назначением описанного ниже стабилизатора является питание высокочувствительных входных цепей ламповых усилителей. Это определило основное требование к стабилизатору – низкий уровень шума и пульсаций на выходе [1]. Конечно, было желательно получить и малое выходное сопротивление, но этот параметр не является определяющим из-за незначительного и мало меняющегося тока, потребляемого этим блоком усилителя. За базовый вариант была принята классическая схема компенсационного стабилизатора с однокаскадным усилителем ошибки (Рис.1) [2]. Для получения малых пульсаций на выходе стабилизатора необходимо иметь значительную величину петлевого усиления, которое существенно зависит от коэффициента усиления усилителя ошибки. Для получения максимального коэффициента усиления в качестве коллекторной нагрузки транзистора VT1 применен источник тока I, и регулирующий элемент (VT2) выполнен на полевом транзисторе (можно считать, что каскад на транзисторе VT1 в области низких частот не нагружен). Такая схемотехника позволяет получить в области низких частот усиление каскада порядка 55 - 63db (если b используемых транзисторов находится в пределах 40 - 100). Читатель может задать закономерный вопрос: а почему не использовать стандартный операционный усилитель? Основным преимуществом такого решения является более простая схема при сравнимой величине усиления. Так же стабилизатор получается менее склонным к паразитной генерации. Высокое выходное напряжение стабилизатора и относительно низкое опорное напряжение VR позволяет практически бесплатно и существенно (в 2 - 3 раза) повысить стабильность выходного напряжения за счет подключения резистора, задающего начальный ток стабилитрона (R1), к цепи выходного стабильного напряжения. Если вы посмотрите на схему, то увидите, что через стабилитрон текут три тока – стабильный ток I, заданный источником тока, стабильный ток IR1, заданный резистором R1 и нестабильный ток базы транзистора IB. Если учесть, что ток базы транзистора на несколько порядков меньше суммы стабильных токов I и IR1, то становится ясно, что влияние динамического сопротивления стабилитрона RD (Рис. 2) на выходное напряжение практически исключается. Особое внимание было уделено вопросу минимизации уровня шумов на выходе стабилизатора. В схеме можно выделить два основных источника шума – это транзистор VT1 и стабилитрон VD. Шумом источника тока и резисторов делителя R2 и R3 можно в первом приближении пренебречь. Это связано с тем, что суммарное сопротивление резисторов делителя достаточно мало (сотни ом – единицы килоомм), а шум источника тока не усиливается. Возможность минимизации уровня шумов выбором типа и режима работы транзистора VT1 весьма ограничена. Во-первых, транзистор VT1 должен быть высоковольтным, это существенно ограничивает номенклатуру пригодных типов. Во-вторых, снижение уровня шумов путем снижением величины коллекторного тока наталкивается на два ограничения: ухудшение частотных свойств каскада и снижение величины b транзистора. Точный расчет параметров каскада весьма громоздок, и я не буду его приводить, а ограничусь несколькими практическими рекомендациями. Для большинства высоковольтных транзисторов средней мощности, аналогичных MPSA42, 2N6517, ZTX658, ZTX458 удовлетворительное сочетание параметров достигается при токе коллектора 0.7 - 1.5mA. (При установке транзистора в схему желательно проверить величину его b; хотя типовые значения лежат в пределах 50 - 100, могут попасться экземпляры с b = 17 - 20.) Нежелательно использовать в качестве VT1 более мощные транзисторы (типа MJE13003), при малых токах коллектора они имеют очень малую величину b, для получения приемлемого усиления каскада придется значительно увеличивать ток коллектора. Конечно, частотные свойства стабилизатора улучшатся, но ценой этого будет значительное увеличение рассеиваемой мощности на элементах схемы и увеличение уровня шума на выходе. Следующим объектом нашей заботы является стабилитрон VD, определяющий величину опорного напряжения VR. Как правило, выбор типа стабилитрона и его рабочих режимов производится исходя из необходимого напряжения и его стабильности. Его шумовые характеристики не учитываются и не приводятся в технических данных. Чаще всего, это и не надо, но в некоторых случаях шумовые характеристики стабилитрона важны. Например, если источник питания должен иметь низкий уровень шума на выходе, если стабилитрон используется в цепях сдвига уровня сигнала или для организации напряжения смещения во входных каскадах усилителей, и непосредственно включен в сигнальную цепь. Простейшая эквивалентная схема стабилитрона, учитывающая его ЕДС шума EN, показана на рисунке 2. Если вы мысленно замените в схеме стабилизатора (Рис.1) стабилитрон VD на его эквивалентную схему, то становится очевидным, что шумовой генератор включен непосредственно во входную цепь усилительного каскада на транзисторе VT1 и, соответственно, его шум будет усилен. Фактически, стабилитрон является почти идеальным источником белого шума в широкой полосе частот, простирающейся от постоянного тока до единиц мегагерц (это используется для создания генераторов шума)[3]. Уровень шумового напряжения, генерируемого стабилитроном, существенно зависит от его режима. Наибольший уровень шума стабилитрон генерирует, когда он начинает входить в режим стабилизации, и его рабочая точка находится на колене вольт-амперной характеристики. Этот режим характеризуется очень малыми токами, текущими через стабилитрон (десятки – сотни микроампер). Увеличение тока стабилитрона вызывает уменьшение уровня шумового напряжения, этот факт многократно описан в различных источниках, но численных данных о величине уровня шума мне обнаружить не удалось. Поэтому я решил просто померить уровни шумов, генерируемых стабилитронами различных типов, и оценить влияние тока стабилизации. Измерения проводились по схеме, показанной на рисунке 3. В качестве источника тока использовался довольно малошумящий полевой транзистор КП302Г. Уровень шума измерялся прибором ИСШ-НЧ в звуковой полосе частот (использовался внутренний фильтр). Конечно, полученные результаты не соответствуют абсолютно точному значению уровня шума, генерируемого стабилитроном, так как источник тока добавляет собственные шумы, но как показали измерения, они весьма малы, и этой погрешностью можно пренебречь. www.radionic.ru В настоящее время существуют интегральные микросхемы, применяя которые можно создавать высоковольтные стабилизаторы напряжения компенсационного типа на выходное напряжение от 70 до 140 В. Это микросхемы типов SE070N, SE080N, SE090N, SE105N, SE110N, SE120N, SE125N, SE130N, SE135N, SE140N - они предназначены для контроля и регулировки напряжения постоянного тока. На рисунке показан один из возможных вариантов линейного стабилизатора на выходное напряжение 115 В постоянного тока. Источником напряжения для стабилизатора служит сеть переменного тока 220 В. В других конструкциях источником напряжения может быть, например, вторичная обмотка силового трансформатора, выход выпрямителя преобразователя напряжения. Стабилизатор выполнен на интегральной микросхеме SE115N, представляющей собой детектор напряжения на 115 В. Контролируемое напряжение с выхода стабилизатора поступает на вход DA1 — вывод 1. radioskot.ru Собирая устройства на лампах, мы регулярно сталкиваемся со значительной разницей между выходным напряжением анодного блока питания и фактическими требованиями схемы. Устранение разброса с помощью последовательно подключенного резистора имеет ряд недостатков, в том числе проседание напряжения от нагрузки. Приведенная в данной статье схема в состоянии обеспечить требуемое напряжение с отклонением 4-5% с пониженной пульсацией. Ниже показана схема стабилизатора анодного напряжения. Опорное напряжение поступает на затвор транзисторов VT1 и VT2. Использование MOSFET-транзисторов вместо биполярных транзисторов продиктовано отсутствием в них явления вторичного пробоя, который ограничивает протекание тока при высоких напряжениях. Использование двух транзисторов способствует лучшему отводу тепла от них. Резистор R2 и конденсатор C2 предотвращают возникновение паразитных колебаний. Резисторы R3 и R4 предназначены для устранения различий в характеристиках транзисторов VT1 и VT2. Резисторы R5 и R6 и транзистор VT3 ограничивают выходной ток до заданного значения. Если падение напряжения на R6 достаточно большое, открывается транзистор VT3, в результате чего исток транзисторов VT1 и VT2 замыкаются с их затворами. Это уменьшает выходное напряжение и сохраняет ток нагрузки. Резистор R5 защищает базу транзистора VT3 от повреждения высоким током. Конденсаторы C1 и C3 предназначены для устранения импульсных помех, которые в ламповых схемах крайне нежелательны. Стабилизатор анодного напряжения собран на односторонней печатной плате размером 105 мм на 40мм. Печатную плату для программы Eagle можно скачать в конце стати. Если стабилизатор предназначен для небольшой нагрузки (до 20 Вт), то можно отказаться от подключения транзистора VТ2 и резистора R4. Перед установкой резисторов R1 и R6 следует рассчитать их сопротивление из закона Ома: где: Для правильной работы стабилитронов необходим ток, по крайней мере, в 5 мА . Возможное максимальное выходное напряжение ограничивается напряжением сток-исток транзисторов VT1 и VT2, рабочим напряжением конденсаторов C1...C3 и прочность разъемов CON1 и CON2. Его значение определяется путем суммирования напряжений стабилитронов VD2 и VD3, и не рекомендуется поднимать более 300 вольт, поскольку это вполне достаточно для предусилителя и других маломощных схем. Стабилитроны следует устанавливать немного над платой из-за выделяемого тепла. Желательно подобрать стабилитроны с максимально большой мощностью, чтобы можно было избежать перегрева. Для выходного тока, превышающего 150 мА, резисторы R3, R4 и R6 должны быть повышенной мощности. Полученные в реальности значения выходного напряжения и максимального тока могут отличаться от расчетного из-за допусков параметров отдельных элементов. Данная схема рассчитана для питания напряжением около 260 В, с выходным напряжением около 220 В (последовательно соединенные стабилитроны на 200 В + 24 В) и максимальным выходным током около 70 мА. Транзисторы VT1 и VT2 должны быть одинаковые. Их тип может быть любым, однако, они должны отвечать минимальным требованиям в отношении параметров: MOSFET-транзистор с каналом типа N и максимальное напряжение сток-исток не менее 500 В. Этим требованиям удовлетворяет, например, транзистор IRF820. www.joyta.ru Читать все новости ➔ Плавающий режим работы регулируемых трехвыводных стабилизаторов, например, семейства LM117, делает их идеальными для работы на высоких напряжениях . Стабилизатор не имеет земляного вывода; вместо этого весь потребляемый ток (примерно 5 мА) протекает через выходной вывод. Так как стабилизатор видит только разницу напряжений между входом и выходом, максимально допустимое напряжение 40 В для стандартной серии LM117 и 60 В для высоковольтной серии LM117HV может не достигаться для выходных напряжений в сотни вольт. Однако микросхема может быть повреждена при коротком замыкании выхода, если не принять специальных мер для защиты от этой ситуации. На рис. 1 показано, как это можно сделать. Стабилитрон D1 обеспечивает, что LM317H видит разницу между входом и выходом всего 5 В в диапазоне выходных напряжений от 1.2 В до 160 В. Поскольку высоковольтные транзисторы неизбежно имеют низкое β, применен транзистор Дарлингтона. Стабилитрон имеет достаточно низкий импеданс, поэтому прямо на входе LM317 блокировочный конденсатор не требуется (очевидно, что конденсатор не должен использоваться, если схема должна уцелеть при коротком замыкании выхода!). R3 ограничивает ток короткого замыкания на уровне 50 мА. RC-цепочка на выходе улучшает переходную характеристику, как и шунтирование вывода ADJUST, а R4 и D2 защищают вывод ADJUST во время короткого замыкания. Рис. 1. Базовая схема высоковольтного стабилизатора. Так как Q2 может рассеивать до 5 Вт в нормальном режиме и 10 Вт при коротком замыкании, он должен быть установлен на радиатор. Для больших выходных токов следует заменить проходной транзистор в корпусе TO-3 или TO-220 на TO-202 NSD134 и уменьшить R3. Естественно, если требуется выходной ток менее 25 мА, то R3 можно увеличить, чтобы уменьшить требуемый размер радиатора. Усовершенствованный вариант стабилизатора показан на рис. 2. Здесь стабилитрон LM329B на 6.9 В соединен последовательно с внутренним опорным источником LM317. Это улучшает температурную стабильность, так как LM329B имеет гарантированный температурный коэффициент ±20 ppm/°C, а также улучшает качество стабилизации, так как LM317 может иметь большее петлевое усиление. Рис. 2. Прецизионная схема высоковольтного стабилизатора. Эта же технология может быть использована для больших напряжений или токов при использовании лучших высоковольтных транзисторов или при каскадировании или параллельном соединении (с соответствующими уравнивающими эмиттерными резисторами ) нескольких транзисторов. Выходной ток короткого замыкания, определяемый R3, должен лежать в области безопасной работы Q2, чтобы исключить возможность вторичного пробоя. meandr.org Всем доброго времени суток. В прошлой статье я рассматривал схемы стабилизаторов напряжения на операционных усилителях. Данные схемы обладают хорошими стабилизационными показателями и простотой исполнения, но существует небольшое ограничение их применения, которое заключается в том, что выходное напряжение таких источников питания ограничивается напряжением питания ОУ. В большинстве случаев ОУ имеют питание +/- 15 В или даже +/- 22 В. При использовании таких ОУ в стабилизаторах напряжения, даже с учётом однополярного питания, стабилизируемое напряжение не будет превышать 30…40 В, что в большинстве случаев вполне достаточно. Однако существуют такие устройства, где необходимо стабилизированное выходное напряжение превышающее напряжение питания ОУ. Такие схемы получили название стабилизаторов с «плавающим» ОУ. Особенностью работы схемы данного типа является то, что питание ОУ не «заземляется» в целом, а находится между напряжением общего провода и напряжением источника питания, то есть как бы «плавает» между ними. Для пояснения работы схем данного типа изобразим принципиальную схему стабилизатора с «плавающим» питание ОУ Данная схема является стандартной и описана во многих источниках и учебных пособиях. Операционный усилитель DA1 включен по схеме стабилизатора с умножением опорного напряжения. Опорное напряжение задаётся параметрическим стабилизатором VD1R1, коэффициент умножения – резисторами R4R5 включенными в цепь обратной связи ОУ. Транзистор VT1 включенный на выходе ОУ используется в качестве проходного и служит для увеличения выходной мощности стабилизатора. Данные элементы стандартны во всех стабилизаторах на остове ОУ. Питание же ОУ осуществляется специальными элементами схемы. Параметрический стабилизатор VD3R3 ограничивает максимальное напряжение питания ОУ. Так как выходное напряжение стабилизатора UВЫХ должно быть меньше напряжения питания положительной полярности UПИТ+, то для его поднятия служит параметрический стабилизатор VD2R2. Работает данная схема следующим образом. Допустим нам необходимо получить на выходе стабилизатора напряжение UВЫХ = 50 В UВЫХ, в тоже время на входе схемы имеется нестабилизированное напряжение порядка UВХ = 70 В. Напряжение питания ОУ DA1 составляет +/- 15 В, то есть сумма питающих напряжений составит UПИТ = 30 В, данное напряжение должен обеспечить параметрический стабилизатор VD3R3. В качестве опорного напряжения примем величину равную UОП =10 В, которое обеспечивает стабилизатор VD1R1, а соответствующий коэффициент умножения К = 10 должна обеспечить цепь ООС R4R5, согласно следующему соотношению Для обеспечения условия превышения напряжения питания над выходным напряжением стабилизатора применяется стабилизатор VD2R2, напряжение стабилизации которого обычно принимают равным 10 В. Таким образом, независимо от величины входного напряжения разность потенциалов между инвертирующим входом и выходом ОУ ограничена стабилитроном VD1, а напряжение на неинвертирующем входе ненамного отличается от напряжения на инвертирующем входе. Недостатками данной схемы является то, что при увеличении напряжения на выходе схемы при постоянных остальных параметрах уменьшается коэффициент стабилизации данной схемы. Ещё одним существенным недостатком схемы является то, что на резисторах R1 и R5 присутствует довольно большой потенциал. Значительно улучшить характеристики схемы стабилизатора с «плавающим» питанием ОУ можно применив питание ОУ от отдельного источника, а также применив защиту входов ОУ, схема такого стабилизатора показана ниже Данная схема состоит из ОУ DA1, в цепь ООС которого включена интегрирующая цепочка C1R4, источника опорного напряжения R1VD1, делитель R2R3 для установления коэффициента усиления интегратора и регулирующий элемент на транзисторе VT1 с токоограничительным резистором R5. Работа данной схемы основана на тех же принципах, что и предыдущая, то есть общий провод (┴) ОУ подсоединен не к общему выводу стабилизатора (UВЫХ-), а к положительному выводу (UВЫХ+). В этом случае создаются условия для перехода транзистора в режим регулирования напряжения и тока. Основными отличиями данной схемы является то, что для питания ОУ необходим двухполярный источник напряжения общий провод которого подсоединён к положительному выводу стабилизатора напряжения. Кроме этого источник опорного напряжения представляет собой параметрический стабилизатор R1VD1, который питается от положительного вывода двухполярного источника. Коэффициент усиления данной схемы а следовательно и величина выходного напряжения зависит от опорного напряжения и некоторого коэффициента который задаётся делителем напряжения R2R3. Выходное напряжение определяется из следующего выражения В отличие от предыдущей схемы в данном стабилизаторе применён интегратор, который служит для устранения самовозбуждения ОУ при резких изменениях нагрузки, в результате которых на входе ОУ возникают скачки напряжения. Величину сопротивления R4 выбирают порядка нескольких килом, а емкость конденсатора C1 – десятков нанофарад. В результате работы схемы стабилизатора напряжения на ОУ с «плавающим» питанием на входах ОУ могут возникать всплески напряжения и переходные процессы с высокой амплитудой напряжения, которые могут привести к выходу их строя ОУ. Поэтому необходимо обеспечить защиту входов ОУ. Существует несколько схем, обеспечивающих защиту от высоких дифференциальных и синфазных напряжений на входах ОУ, в основе которых лежат ограничители напряжения на диодах. Данные схемы показаны ниже Изображённые выше схемы защиты входов ОУ действуют по принципу ограничителей напряжения, то есть до тех пор пока входные напряжения ОУ не превышают нескольких сотен милливольт диоды не проводят ток и практически не оказывают никакого влияния на входные сигналы. Как только входное напряжение превысит величину прямого падения напряжения на диодах, то они откроются и перейдут в проводящее состояние, что приведёт к ограничению напряжения на входах ОУ. Теория это хорошо, но теория без практики - это просто сотрясание воздуха. Перейдя по ссылке всё это можно сделать своими руками Скажи спасибо автору нажми на кнопку социальной сети www.electronicsblog.ru 1 ПРОСТОЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР Евгений Карпов NexTube В статье рассмотрена возможность применения полупроводниковых стабилизаторов для питания анодных цепей ламповых аудиоусилителей. Приведены результаты сравнительного тестирования двух типов высоковольтных источников питания классической схемы с выходным LC- фильтром и с полупроводниковым стабилизатором. Дано полное описание принципиальной схемы стабилизатора и приведен перечень её элементов. Подробно рассмотрена методика налаживания стабилизатора и особенности его конструкции. 2 Введение Самый простой усилитель обязательно содержит в себе второе устройство источник питания. Непосредственно усилителям посвящено множество публикаций, а источники питания находятся в тени, хотя от их параметров существенно зависит итоговый результат. Для твердотельных устройств с относительно низкими напряжениями питания реализация высококачественного источника не представляет особых проблем, за Вас уже подумали производители микросхем. С высоковольтными источниками питания для ламповых усилителей дела обстоят гораздо хуже. Тут образовался некий вакуум. Во-первых, нет подходящих микросхем, непосредственно рассчитанных на работу с высокими напряжениями. Во-вторых, практически отсутствуют публикации профессиональных разработок, доступных для повторения любителями средней квалификации. Я попытаюсь частично заполнить этот пробел и попутно решить еще один вопрос вопрос качества выходных емкостей. Позволю себе напомнить читателям, что в однотактных усилителях, пожалуй, наиболее популярных у начинающих конструкторов, ток сигнала выходного каскада непосредственно протекает через цепи источника питания [1],[2]. Следовательно, параметры источника (выходное сопротивление, нелинейность и динамика) непосредственно влияют на выходной сигнал. Совершенно очевиден вывод, если источник анодного напряжения идеальный, а именно, имеет выходное сопротивление равное нулю в широком диапазоне частот и бесконечную энергетику, то он и не окажет какого-либо влияния на выходной сигнал. К сожалению, ничего идеального нет (разве что, любимая женщина), но никто не запрещает к этому стремиться. Исходя из этой простой предпосылки, и был спроектирован высоковольтный стабилизатор. Возможные альтернативы Совершенно естественно выглядит следующая мысль: ламповая схема ламповый стабилизатор. Но тут существует два «но». Во-первых, чтобы получить хорошие выходные параметры (низкое выходное сопротивление и хорошую динамику), необходимо иметь высокий коэффициент усиления в петле обратной связи в широкой полосе частот. Такой усилитель сигнала ошибки можно реализовать на лампах, но его вряд ли можно будет назвать простым. Во-вторых, существует проблема регулирующей лампы. Пригодные для этих целей лампы дороги и дефицитны. Путь решения первой проблемы существует, это гибридные схемы. Это вполне разумный подход, но вторая проблема остается. Можно пытаться использовать для стабилизации высоких напряжений стандартные интегральные стабилизаторы (и такие попытки предпринимаются). Хотя такие стабилизаторы имеют отличные параметры, их использование затруднено малым значением максимального входного (типовое значение 40V) напряжения. Чтобы получить приемлемую надежность, обязательно использование предварительного стабилизатора, снабженного собственными цепями защиты по току. И все равно, надо использовать дополнительные цепи защиты от перенапряжения. Когда все вопросы обеспечения надежности решены, схему уже не назовешь простой. Теоретически, можно использовать импульсные преобразователи, но, на мой взгляд, приемлемый уровень помех для таких деликатных устройств могут обеспечить только резонансные преобразователи. Такие устройства сложны и дороги. Меня вообще удивляет тот факт, что с одной стороны, обсуждается вопрос влияния на качество звука коммутационных процессов в выпрямительных диодах, а с другой стороны, делаются попытки использовать импульсные блоки питания. В них на коллекторе силового транзистора и выпрямительных диодах действуют импульсные напряжения с амплитудой в сотни вольт и скоростью нарастания фронтов, достигающей тысяч вольт в микросекунду. При этом длительность импульсов (иногда и частота) промодулирована частотой усиливаемого сигнала. Для решения поставленной задачи я избрал другой путь: просто реализовать линейный высоковольтный стабилизатор, используя все возможности современной элементной базы. В результате, удалось реализовать стабилизатор, содержащий всего три активных элемента и обладающий достаточно хорошими параметрами, чтобы «прикидываться» идеальным в заданной рабочей области. 2 3 A I0=65mA const. 220V FU1 D1-D4 1N4007 Testing circuit 280V const. RL=2.4kOhm 6N13S 6 H 1.6A 200.0x500V ~ G 100.0x500V IAC=24.5mA const. G C Rs=1Ohm Тестирование Прежде чем привести схему стабилизатора, я хочу представить результаты сравнительного тестирования типового источника с индуктивным П-фильтром [3] и источника со стабилизатором (попутно Вы решите, надо ли читать дальше). Тестирование проводилось по схеме, показанной на рисунке 1. В качестве тестируемой схемы включался или образцовый LC- фильтр, показанный на рисунке 2, или стабилизатор. Номиналы элементов фильтра выбраны близкими к типичным значениям, в фильтре ис- Рисунок 1 Рисунок 2 пользовалась высококачественная металлобумажная емкость умопомрачительных габаритов. Для возбуждения переменной составляющей тока в цепи источника питания использовался каскад на мощном триоде с резистивной нагрузкой, работающий в классе «А» (цепи накала и смещения на рисунке не показаны). Это хорошая модель реальной нагрузки. Для измерения тока покоя и переменной составляющей анодного тока использовался резистор Rs. Все испытания проводились в строго одинаковых условиях (обозначены на рисунке 1). Контролировались следующие параметры: 1. Выходное сопротивление. Измерения проводились следующим образом: устанавливалось значение переменного тока, текущего через источник в 24.5 ma (на первой гармонике), к точкам G и A подключался селективный вольтметр и измерялась переменная составляющая напряжения. Измерения проводились в диапазоне частот 30Hz 50kHz (всего было получено 17 точек). По закону Ома вычислялось сопротивление. Результаты измерений показаны на рисунке Реакция на нагрузку импульсного характера. Для этой цели на вход каскада подавались прямоугольные импульсы. Размах тока устанавливался максимально возможным, но без отсечки анодного тока. К точкам G и A подключался осциллограф. Осциллограммы показаны на рисунках Уровень пульсаций выходного напряжения и общий уровень шумов. Для этой цели к источнику подключался резистивный эквивалент нагрузки, а к точкам G и A спектроанализатор. Результаты измерений показаны на рисунках 8 и Влияние источника на спектр выходного сигнала каскада. Для этой цели спектроанализатор подключался параллельно датчику тока (к точкам G и С). Результаты измерений показаны на рисунках 10 и Коэффициент стабилизации по току нагрузки и входному напряжению (только для стабилизатора). Результаты измерений приведены в таблице 1. Для проведения испытаний использовались следующие приборы: Спектроанализатор - HP 3585A; Селективный вольтметр - Siemens D2008; Осциллограф - Tektronix 2425; Генератор - Г3-118; Вольтметр - В7-46/1; Амперметр - M1107; 3 4 Рисунок 3 Рисунок 4 Ток нагрузки (нижний луч, стабилизатор) Рисунок 5 Напряжение питания (нижний луч, стабилизатор) Рисунок 6 Ток нагрузки (нижний луч, LC - фильтр) Рисунок 7 Напряжение питания (нижний луч, LC - фильтр) 4 5 Рисунок 8 Пульсации и шум (стабилизатор) Рисунок 9 Пульсации и шум (LC - фильтр) Рисунок 10 Спектр тока нагрузки (стабилизатор) Рисунок 11 Спектр тока нагрузки (LC - фильтр) Анализ результатов тестирования На основании полученных результатов можно сделать ряд выводов. Наибольший практический интерес имеет возможность получения низкого выходного сопротивления в широкой полосе частот. Выходное сопротивление стабилизатора значительно ниже, чем у LC-фильтра, и имеет более стабильный характер. Это позволяет существенно уменьшить влияние источника на выходной сигнал, использовать выходную емкость гораздо меньшего номинала и питать от одного источника два канала усилителя, не уменьшая переходного затухания между каналами. Реакция стабилизатора на импульсную нагрузку также более благоприятная. На рисунке 6 отчетливо виден скол импульса тока через лампу (нижний луч), возникающий за счет снижения напряжения источника питания (рис. 7). Частота возбуждающих импульсов (верхний луч на рис. 4 7) равна 1 khz, на более низких частотах величина скола будет расти. Величина пульсаций на выходе источника с LC-фильтром и стабилизатором имеет сравнимые значения (ничто не мешает Вам, увеличив индуктивность дросселя, уменьшить уровень пульсаций). Но общий уровень шума на выходе стабилизатора выше, это маленькая ложка дегтя в бочке меда. Но меня, честно говоря, это не особенно смутило, шумовое напряжение на зажимах стабилизатора не превышает 280 микровольт. В реальном усилителе, где использовался такой источник, не взвешенный уровень шума составил -71db. Существенного различия в спектре тока каскада для источника с LC-фильтром и стабилизатором не наблюдается (кстати, полученные спектры при работе каскада на абсолютно линейную нагрузку, будут интересны тем, кто использует или намеревается использовать лампу 6Н13С). Использование стабилизатора обеспечивает высокое постоянство анодного напряжения, на мой взгляд, это хорошо всегда. Также это позволяет без особого риска использовать лампу близко к предельным режимам. 5 6 Рисунок 12 6 7 Схема стабилизатора Основные параметры стабилизатора приведены в таблице 1, температурная и долговременная нестабильность выходного напряжения, в основном, определяются параметрами примененной микросхемы TL431. Таблица 1 Параметр Режим измерения Значение Единицы Максимальное входное напряжение (V IN ) I LOAD =0.1A, V OUT =280V 420 V Максимальный выходной ток (I LOAD ) V IN = V 0.12 A Ограничение выходного тока V IN = V I LOAD А Выходное напряжение (V OUT ) I LOAD =0 0.1A 280 V Максимальное падение напряжения на стабилизаторе I LOAD =0.1A 15 V Нестабильность выходного напряжения от входного V IN = V, I LOAD =0.1A 0.35 % Нестабильность выходного напряжения от тока нагрузки V IN =330V, I LOAD =0 0.1A 0.5 % Подавление пульсаций входного напряжения на частоте 100Hz V IN =330V, I LOAD =0.1A -51 db Выходное сопротивление в диапазоне частот 30Hz 20kHz V IN =330V, I LOAD =0.065A <0.1 Ω Схема стабилизатора показана на рисунке 12. Для облегчения повторения и налаживания схемы я кратко опишу назначение её элементов и особенности работы. Стабилизатор выполнен с последовательным включением регулирующего элемента. В качестве регулирующего элемента использован мощный полевой транзистор VT2, включенный истоковым повторителем. Для управления проходным транзистором используется своеобразный каскодный усилитель, выполненный на транзисторе VT1 и интегральном стабилизаторе DA1. Этот усилитель имеет два управляющих входа, первым входом является база транзистора VT1, вторым управляющий вход интегрального стабилизатора. Основное усиление сигнала ошибки, точностные и частотные свойства стабилизатора, в основном, определяются параметрами микросхемы DA1. С делителя напряжения R9 R11 часть выходного напряжения поступает на управляющий вход DA1, где сравнивается с напряжением опорного источника, встроенного в микросхему. Сигнал ошибки усиливается микросхемой и преобразуется в величину втекающего в нее тока, который управляет транзистором VT1. Фактически, транзистор VT1 транслирует через себя ток DA2 (минус ток его базы), ток преобразуется в напряжение, управляющее проходным транзистором, на резисторах R3, R5. Конечно, резистор R5 уменьшает общее усиление в петле обратной связи, но позволяет разгрузить VT1 по мощности. Второй вход усилителя используется двояко. Во-первых, транзистор VT1 для элементов, включенных в цепь эмиттера, является эмиттерным повторителем. Следовательно, задав напряжение с помощью делителя R1, R2 на его базе, мы задаем микросхеме DA1 рабочее напряжение (около 20 V). Во-вторых, так как делитель R1, R2 подключен непосредственно к входному напряжению стабилизатора, то все возмущающие воздействия (пульсации, например), присутствующие во входном напряжении, поступают в цепь его базы и усиливаются, выделяясь на коллекторной нагрузке R3 (в этом случае транзистор включен в схеме с общим эмиттером). Усиленный сигнал возмущения воздействует на затвор проходного транзистора, а так как его фаза инвертирована, то возникает прямая связь, которая дополнительно стабилизирует выходное напряжение. Хотя глубина этой связи не велика, она действует параллельно и не зависимо от основной петли обратной связи и повышает общий коэффициент стабилизации напряжения. Цепочка R7, C2 служит для улучшения вида переходного процесса при резких скачках тока нагрузки и предотвращает самовозбуждение. Цепь защиты от коротких замыканий реализована на резисторе R8 и стабилитроне VD1. Когда сумма порогового напряжения транзистора (напряжение затвор исток, при котором транзистор начинает отпираться) VT2 и напряжения на резисторе R8 превысят напряжение стабилизации VD1, он начнет отпираться. При этом проходной транзистор совместно с элементами R8, VD1, превращается в источник тока. Величина этого тока сильно зависит от параметров элементов, особенно транзистора (порогового напряжения и крутизны), поэтому точно указать эту величину сложно. Главное другое, что ток не превысит нескольких сотен миллиампер, и проходной транзистор не будет поврежден. Таким образом, стабилизатору не страшны кратковременные перегрузки и замыкания. Однако следует помнить, что в таком режиме на транзисторе выделяется значительная мощность, и при длительной перегрузке произойдет тепловой пробой [4], [5]. Перечень используемых компонентов приведен в приложении 1. 7 8 Конструкция стабилизатора Наилучшим решением будет монтаж всех элементов стабилизатора на печатной плате (емкость C4 можно разместить отдельно). Теплоотводящие поверхности транзисторов VT1, VT2 должны выходить за пределы платы так, чтобы их можно было прикрепить к теплоотводу. Теплоотвод должен рассеять мощность порядка 15W (достаточна площадь см 2 ). При конструировании печатной платы Вам необходимо помнить, что усилитель ошибки имеет большое усиление в широкой полосе частот. Поэтому необходимо стремиться делать все проводники минимальной длины и правильно трассировать земляную цепь. Желательно, чтобы топология платы соответствовала показанной на принципиальной схеме. Пример конструкции стабилизатора показан в приложении 2. Налаживание стабилизатора Особого налаживания стабилизатор не требует. Первое включение целесообразно делать, плавно повышая напряжение на входе и подключив к выходу стабилизатора эквивалент нагрузки (20 30% номинальной). Когда стабилизатор войдет в режим, установите на входе 330V и проверьте значения напряжений в точках, отмеченных на принципиальной схеме. Возможно, придется подстроить выходное напряжение (особенно, если в делителе R9 R11 используются резисторы низкой точности) изменением величины резистора R11. Самой главной операцией является проверка отсутствия самовозбуждения во всех режимах работы. Возникновение генерации, в общем случае, является первым признаком неудачного монтажа. Для проверки соберите схему, показанную на рисунке 13. Величины сопротивлений определяются по формулам : VOUT R1 =, I OUT VOUT R2 = I OUT VIN= V A VOUT 220V FU1 D1-D4 1N4007 Regulator C AC input R1 R2 1.6A 150.0x450V S Рисунок 13 Тестовая схема Внимание, вход осциллографа должен допускать уровень постоянной составляющей, равной V OUT. Установив чувствительность входа порядка mV, наблюдайте осциллограмму. На выходе стабилизатора не должно наблюдаться генерации в любом положении ключа S. Установив ждущий режим развертки и периодически коммутируя ключ S, Вы сможете увидеть переходной процесс установки напряжения. В момент коммутации на фронтах могут наблюдаться несколько затухающих колебаний с амплитудой в сотни милливольт. Если в любом из режимов возникает генерация, ее надо устранить. Для устранения генерации первоначально немного уменьшите общий коэффициент усиления, увеличив резистор R5 до 10 kω. Если это не поможет, придется подобрать номиналы элементов цепочки R7, C2. Значение емкости надо увеличивать. Когда генерация устранена, увеличивайте величину R7 до возникновения генерации. Установите резистор с сопротивлением приблизительно на 10% меньше. Имейте в виду, что увеличение значений номиналов корректирующей цепочки ухудшает параметры стабилизатора. Изменение выходного напряжения и тока Максимальное значение выходного тока можно изменить, меняя величину резистора R8. Приблизительный порог начала ограничения тока можно определить по формуле: 2. 8 I MAX = (А). R8( Ω) G 8 9 Увеличивая выходной ток, не забудьте соответственно увеличить габариты охладителя. Для изменения значения выходного напряжения стабилизатора необходимо изменить величину суммы резисторов R10, R11 (в любом сочетании) R9( Ω) (R10 + R11) = (Ω). 6 VOUT R9( Ω) Если Вы, изменяя выходное напряжение, существенно измените и входное (V IN ), необходимо изменить параметры делителя R1, R2. На базе транзистора VT1 должно быть напряжение порядка 15 20V при номинальном входном напряжении. Ток через делитель выбирается в пределах ma. Изменение выходного и входного напряжения приводит к изменению рассеиваемых мощностей на элементах схемы, не забывайте их контролировать и вносить соответствующие коррекции. При замене типов компонентов обязательно учитывайте их максимальные рабочие напряжения (это относится и к резисторам) и рассеиваемые мощности. Заключение Применение этого стабилизатора позволяет частично решить проблему выходной емкости фильтра, исключить применение дросселя (моточные узлы вызывают наибольшие затруднения), повысить общие качественные показатели усилителя. На мой взгляд, его использование целиком оправдано для однотактных схем и двухтактных усилителей, работающих в классе «AB». Я надеюсь, что достаточно подробное описание позволит легко повторить стабилизатор даже начинающим любителям. Литература 1. Г.В. Войшвилло, Усилители низкой частоты, Связьиздат, Е.В. Карпов, Источники питания для ламповой High-End аудио аппаратуры, NexTube, R.W. Landee, D. C. Davis, A.P. Albrecht, Electronic designers handbook, С.Д. Додик, Полупроводниковые стабилизаторы постоянного напряжения и тока, Советское Радио, Проектирование стабилизированных источников электропитания радиоэлектронной аппаратуры, Л.А. Краус и др., Энергия, 10 Приложение1 Перечень компонентов 10 11 Приложение 2 Вид на монтаж стабилизатора Приложение 3 Расположение выводов элементов 11 docplayer.ru LDO = low dropout = малое минимальное падение напряжения на проходном элементе Для популярного трёх-выводного интегрального стабилизатора LM317 (datasheet) минимальное падение напряжения, при котором ещё нормируется его работа - 3 Вольта. Причём в документации этот параметр явно нигде не указан, а так, скромненько, в условиях измерений упоминается. В большинстве же случаев подразумевается, что падение на чипе 5 Вольт и более:"Unless otherwise specified, VIN − VOUT = 5V". Баба Яга - против! Жалко терять 3 Вольта на глупом проходном транзисторе. И рассеивать лишние Ватты. Популярное решение проблемы - импульсные стабилизаторы - здесь не обсуждаем по причине того, что они свистят. С помехами можно бороться, но, как известно: кто не борется - тот непобедим! 😉 ИдеяИдея данной схемки восходит к одному из многочисленных datasheet'ов на TL431. Вот, например, что предлагают National Semiconductor / TI: Сам по себе такой регулятор не шибко интересен: на мой взгляд он ни чем не лучше, чем обычные трёхвыводные стабилизаторы 7805, LM317 и тому подобные. Минимальное падение на проходном дарлингтоне меньше 2 Вольт тут вряд ли удастся получить. Да к тому же никаких защит ни по току, ни от перегрева. Разве что транзисторы можно ставить на столько толстые, на сколько душа пожелает. Недавно мне понадобилось-таки соорудить линейный стабилизатор с минимальным падением напряжения. Конечно, всегда можно извернуться, взять трансформатор с бОльшим напряжением на вторичке, диоды Шоттки в мост поставить, конденсаторов накопительных поболе... И всем этим счастьем греть трёхвыводной стабилизатор. Но хотелось-то изящного решения и с тем трансом, что был в наличии. Какой проходной регулятор может обеспечить падение близкое к нулю? MOSFET: у современных мощных полевиков сопротивление канала может быть единицы милли-Ом. Простая замена дарлингтона на полевой транзистор с изолированным затвором и индуцированным каналом (т.е. самый обычный MOSFET) в схеме выше - не особо поможет. Так как пороговое напряжение затвор-исток будет Вольта 3-4 у обычных, и всё одно больше Вольта у "логических" MOSFET'ов - чем и будет задано минимальное проходное напряжение на таком стабилизаторе. Интересно могло бы получиться при использовании полевика, работающего в режиме обеднения (т.е. со встроенным каналом), или с p-n переходом. Но к сожалению, мощные устройства этих типов нынче практически недоступны. Спасает дополнительный источник напряжения смещения. Такой источник совсем не должен быть сильноточным - несколько миллиАмпер будет достаточно. Работает это всё очень просто: когда напряжение на управляющем входе TL431, пропорциональное выходному напряжению, падает ниже порогового (2.5V) - "стабилитрон" закрывается и "отпускает" затвор полевика "вверх". Ток от дополнительного источника через резистор "подтягивает" напряжение на затворе, а, следовательно, и на выходе стабилизатора.В обратную сторону, при увеличении выходного напряжения, всё работает аналогично: "стабилитрон" приоткрывается и уменьшает напряжение на затворе полевика.TL431 суть устройство линейное, никаких защёлок в ней нету: РеальностьВ схеме реального устройства я всё же добавил защиту по току, пожертвовав пол-Вольта падения в пользу безопасности. В принципе, в низковольтных конструкциях часто можно обойтись плавким предохранителем, так как полевые транзисторы доступны с огромным запасом по току и при наличии радиатора способны выдерживать бешеные перегрузки. Если же и 0.5 Вольта жалко, и защита по току необходима - пишите, ибо есть способы 😉 При номиналах R5-R6-R7, указанных на схеме, диапазон регулировки выходного напряжения примерно от 9 до 16 Вольт. Естественно, реальный максимум зависит от того, сколько может обеспечить трансформатор под нагрузкой.R4 необходимо использовать достойной мощности: PmaxR4 ~= 0.5 / R. В данном примере - двухватник будет в самый раз. Где это может понадобитьсяНапример: в ламповой технике для питания накальных цепей постоянным током.Зачем постоянный, да ещё так тщательно стабилизированный ток для питания нитей накала? Для 6-вольтовых накалов необходимо уменьшить R5: 5.6КОм будет в самый раз. Что можно улучшитьНапример, для питания нитей накала полезно добавить плавный старт. Для этого достаточно будет увеличить C4 скажем до 1000мкФ и включить между мостом и C4 резистор сопротивлением в 1КОм. Немножко окололамповой мифологииПозволю себе пройтись по поводу одного стойкого заблуждения, утверждающего, будто питание накала "постоянкой" отрицательно сказывается на "звуке".Наиболее вероятный источник происхождения этого мифа, как водится - недостаток понимания и кривые ручки. Например: один трансформатор запитывает и аноды и накал. Номинальный ток накальной обмотки, скажем, 1А, который до этого питал накал ламп напрямую, и те потребляли чуть меньше этого самого 1А. Всё работало хорошо, может быть фонило чуток. Если теперь некий паяльщик-такелажник, мнящий себя "tube-guru", вдруг запитал те же лампы от той же обмотки но уже через выпрямитель/конденсатор/стабилизатор - всё, хана усилку! Объяснение простое, хотя не для всех очевидное: Здесь я не претендую на уникальность. Хоть и додумался я когда-то сам до этой полезной схемки, после мне уже доводилось встречать подобные решения ещё у нескольких серьёзных разработчиков. Просто хочу поделиться с вами, друзья, своими наработками, мыслями... Друзья мои, собратья по интересам! Пишу и буду развивать этот блог - идей море и опыта уже накоплено предостаточно - есть чем поделиться. Времени как всегда мало. Что было бы интересно лично Вам? Спрашивайте, предлагайте: в комментариях, или по e-mail (есть в моём профайле). Спасибо! Всего Вам доброго!- Сергей Патрушин. P.S.: Продолжение темы ЗДЕСЬ: LDO прототип в бочке myelectrons.ruСхема высоковольтного стабилизатора напряжения. Высоковольтный стабилизатор напряжения на полевом транзисторе
ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР С МАЛЫМ УРОВНЕМ ПУЛЬСАЦИЙ
ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР С МАЛЫМ УРОВНЕМ ПУЛЬСАЦИЙ
Схема высоковольтного стабилизатора напряжения - РАДИОСХЕМЫ
Стабилизатор анодного напряжения. Схема и описание
Диод VD1 на входе защищает схему от переполюсовки. Стабилитроны VD2, VD3 и резистор R1 создают опорное напряжение. Соответственно, подбирая эти элементы, мы устанавливаем необходимое нам выходное напряжение.
Скачать рисунок печатной платы (3,6 Kb, скачано: 581)Высоковольтный регулируемый стабилизатор — Меандр — занимательная электроника
Возможно, Вам это будет интересно:
Высоковольтный стабилизатор на ОУ | HomeElectronics
Плавающее питание ОУ
Принципиальная схема стабилизатора напряжения с «плавающим» питанием ОУ. 
Улучшение схемы стабилизатора с «плавающим» питание ОУ
Улучшенная схема стабилизатора напряжения на ОУ с «плавающим» питанием. 
Защита входов ОУ от перегрузки
Схемы защиты операционного усилителя от превышения входных напряжений. ПРОСТОЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР - PDF
Транскрипт
MOSFET + TL431 = компенсационный стабилизатор напряжения
Идеальный стабилизатор напряжения 🙂 Vo ~= Vref * (1+R1/R2) 
Схема - скелетик 
TL/LM431 - эквивалентная блок-схема
30 января 2012: Проверено 🙂 Работает отлично! При токах нагрузки примерно от 2А и выше - мощные диоды желательно усадить на небольшой радиатор. R8=0; C7=0.1 ... 10мкФ керамика или плёнка. 
Низковольтный линейный стабилизатор напряжения с минимальными потерями
интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''
Поделиться с друзьями: