Układy zasilania wzmacniaczy lampowych. Zasilanie obwodów żarzenia lamp elektronowych. cz. 2

Wtorek, 06 Maj 2014

Włókna żarzenia lamp zazwyczaj są zasilane napięciem przemiennym, pobieranym bezpośrednio z uzwojenia transformatora. Może to powodować problemy, takie jak: szumy na wyjściu wzmacniacza (przydźwięk sieciowy), zmniejszenie wydajności lamp i skrócenie czasu ich funkcjonowania. Nieraz spotyka się w urządzeniach zasilanie żarzenia lamp napięciem stałym, ale jego stabilizacja - to już rzadkość. Ponadto, do rozwiązania pozostaje problem prądu udarowego w momencie załączenia zasilania żarnika lampy. Gdy żarnik lampy jest zimny, to jego oporność jest około dziesięciu razy mniejsza, niż gdy jest gorący. Z tej przyczyny prąd żarzenia po załączeniu zasilania jest wielokrotnie większy od znamionowego, co jest jedną z najważniejszych przyczyn skrócenia czasu funkcjonowania lampy. W artykule opisano przykłady rozwiązania wspomnianych problemów.

Rysunek 1. Stabilizator napięcia żarzenia z ograniczeniem prądu udarowego

Przykład stabilizatora napięcia żarzenia z ograniczeniem prądu udarowego pokazano na rysunku 1. Jako stabilizator zastosowano układ scalony IC1 typu L200 o obciążalności prądowej 2 A. Jest to wystarczające do zasilania dość rozbudowanego przedwzmacniacza składającego się np. z układu wejściowego na lampie 6N23P o małych szumach własnych, wzmacniacza kaskadowego z lampą 6N1P i sterownika wzmacniacza mocy z lampą 6N6P.

Sumaryczny prąd układu żarzenia wynosi 1,6 A (0,3 A+0,6 A+0,7 A). Maksymalny prąd załączenia jest ograniczony za pomocą rezystora R3. Jego wartość możemy obliczyć korzystając z wzoru Im=U_5-2/R3, w którym napięcie U_5-2 występuje pomiędzy nóżkami 5 i 2. Wynosi ono 0,45 V i zakładając natężenie prądu Im=1,8 A, otrzymamy R3=0,45/1,8=0,25 Ω.

Napięcie wyjściowe Uo=Uref(1+R2/R1), gdzie Uref=2,75 V. Uo można regulować zmieniając rezystory R1 i R2. Napięcie Uref ma pewną tolerancję zależną od wykonania układu scalonego i dlatego napięcie wyjściowe Uo należy ustawić potencjometrem R1. Proces narastania napięcia wyjściowego do wartości 6,3 V pokazano na rysunku 1.

Nieco większy problem techniczny tworzy zasilanie obwodów żarzenia lamp mocy, a to ze względu na wartość natężenia prądu. Przykładowo, natężenie prądu żarzenia popularnych lamp mocy typu 6S33S (6C33C) przy połączeniu szeregowym obu spiral żarzenia wynosi 3,3 A, a w chwili załączenia - do 30 A! Nietrudno sobie wyobrazić, jakie przeciążenia mają miejsce czy to w układach zasilania lamp, czy w samych włóknach żarników lamp szczególnie, jeśli w obwodzie jest stosowana więcej niż jedna lampa (na przykład w konfiguracji push-pull).

Niestety, nie znalazłem gotowych układów stabilizatorów liniowych mogących pracować z takim obciążeniem, które dodatkowo ograniczałyby natężenie prądu załączenia i dlatego uznałem za celowe skonstruowanie takiego urządzenia. Schemat ideowy proponowanego rozwiązania pokazano na rysunku 3.

Rysunek 2. Narastanie napięcia wyjściowego do wartości znamionowej w układzie z rys. 1

Jest to typowy stabilizator napięcia regulatorem szeregowym zbudowanym z użyciem tranzystorów T1 i T4 połączonych w układ Darlingtona. Napięcie błędu jest uzyskiwane za pomocą wzmacniacza operacyjnego IC1A przez porównanie napięcia o wartości zadanej, otrzymanego na diodzie Zenera D1 (Uz=9,1 V) i napięcia dzielnika złożonego z rezystorów R2, R3 i R5. Napięcie to jest proporcjonalne do napięcia wyjściowego.

Układ ograniczający prąd załączania do wartości rzędu 3,5...4 A składa się z bocznika R9, źródła napięcia odniesienia złożonego z rezystorów R15 i R16 oraz diody D3, wzmacniacza napięcia błędu IC1B i tranzystora sterującego T3. Napięcie referencyjne otrzymujemy się w wyniku spadku napięcia na diodzie D3 włączonej w kierunku przewodzenia. Jego wartość wynosi około 0,7 V.

Bocznik R9 ma oporność 0,1 V, więc spadek napięcia na nim po ustabilizowaniu się prądu żarzenia wynosi do 0,36 V. Potencjometrem R15 ustawia się na wejściu wzmacniacza IC1B napięcie około 0,4 V, tzn., że jeśli prąd żarzenia przewyższy 4 A (spadek napięcia na R9 będzie większy od 0,4 V), wyjściowe napięcie wzmacniacza IC1B zacznie otwierać tranzystor T3.

Napięcie dzielnika R4/T3 zmniejszy się, a ponieważ jest ono napięciem odniesienia stabilizatora, to zmaleje również i wyjściowe napięcie stabilizatora do takiej wielkości, aby prąd żarzenia nie przewyższał zadanej wielkości, czyli 4 A. W miarę rozgrzewania się lampy prąd żarzenia zmniejsza się, napięcie wyjściowe rośnie i proces ten trwa do momentu, gdy prąd spadnie poniżej 4 A, a napięcie wyjściowe osiągnie wartość znamionową 12,6 V.

Rysunek 3. Schemat ideowy stabilizatora napięcia żarzenia dla lamp mocy

Proces narastania napięcia wyjściowego Uo jest podobny do tego z rys. 2, ale ponieważ inercja cieplna lampy 6S33S jest dużo większa, to i czas narastania jest dłuższy i wynosi około 60 sek. W tym czasie natężenie prądu żarzenia nie przekracza 4...4,5 A. Stabilizator ma również przyzwoite parametry w całym zakresie napięcia i prądu obciążenia:

Dla ΔUin = ±10% zmiana napięcia wyjściowego ΔUo=0,03 V.

Dla ΔIo=1 A (zmiana Io w zakresie 3,3...4,3 A) zmiana napięcia wyjściowego ΔUo=0,01 V.

Dla ΔIo=3,3 A (zmiana Io w zakresie 1...4,3 A) zmiana napięcia wyjściowego ΔUo=0,03 V.

Tranzystor T4 powinien być umieszczony poza płytką na radiatorze o powierzchni minimalne rzędu 400 cm².

Jerzy Grnaderjan
jurekl4@gazeta.pl