Stabilizator napięcia do układów lampowych

Stabilizator napięcia do układów lampowych
Pobierz PDF Download icon

Konstruując układy lampowe spotykamy się niejednokrotnie ze znaczną różnicą między napięciem wychodzącym z zasilacza anodowego a faktycznymi wymaganiami układu. Likwidacja owej różnicy przy użyciu rezystorów wpiętych szeregowo ma szereg wad - napięcie jest wówczas silnie uzależnione od obciążenia. Proponowany układ jest w stanie dostarczyć wymaganego napięcia z tolerancją 4-5%, redukując jednocześnie tętnienia.

Schemat ideowy stabilizatora napięcia anodowego pokazano na rysunku 1. W szereg z wejściem włączona jest dioda D1 chroniąca układ przy omyłkowej zamianie biegunów. Diody D2, D3 i rezystor R1 generują napięcie odniesienia. Odpowiednio dobierając te elementy ustala się napięcie wyjściowe. Napięcie odniesienia trafia na bramki T1 i T2.

Rysunek 1. Schemat ideowy stabilizatora napięcia anodowego

Użycie tranzystorów MOSFET zamiast bipolarnych jest podyktowane niewystępowaniem w nich zjawiska wtórnego przebicia, które ograniczałoby prąd przy wysokich napięciach. Zastosowanie dwóch tranzystorów ułatwia odprowadzanie z nich ciepła. Rezystor R2 i kondensator C2 zapobiegają powstawaniu oscylacji pasożytniczych. Rezystory R3 i R4 mają na celu zniwelowanie różnic charakterystyk między tranzystorami T1 i T2.

Rezystory R5 i R6 oraz tranzystor T3 ograniczają prąd wyjściowy do ustalonej wartości. Kiedy spadek napięcia na R6 jest na tyle duży, by otworzyć T3, źródła T1 i T2 są zwierane z ich bramkami, co ogranicza napięcie wyjściowe, więc w efekcie też prąd. Rezystor R5 chroni bazę T3 przed uszkodzeniem zbyt wysokim prądem. Kondensatory C1 i C3 mają na celu blokowanie zakłóceń impulsowych, które w układach lampowych są wysoce niepożądane.

Układ zmontowano na jednostronnej płytce drukowanej o wymiarach 105 mm×40mm, której schemat montażowy pokazano na rysunku 2. Jeżeli nie w zasilaczu nie będzie tracona duża moc (do 20 W), można zrezygnować z montowania tranzystora T2 i rezystora R4. Przed wlutowaniem rezystorów R1 i R6 należy obliczyć ich rezystancje z prawa Ohma:

gdzie:

  • Uzas - napięcie wchodzące do stabilizatora [V],
  • UZener - suma napięć Zenera D2 i D3 [V],
  • Imax - maksymalny prąd wyjściowy [A].

Rysunek 2. Schemat montażowy stabilizatora napięcia anodowego

Prąd o natężeniu co najmniej 5 mA jest niezbędny do prawidłowego spolaryzowania diod Zenera. Możliwe do uzyskania maksymalne napięcie wyjściowe jest ograniczone przez napięcie dren-źródło tranzystorów T1 i T2, napięcie pracy kondensatorów C1…C3 i wytrzymałość złącz CON1 i CON2. Jego wartość jest ustalana poprzez sumowanie napięć Zenera diod D2 i D3 - w przedstawionym układzie nie zaleca się przekraczania 300 V, co jest wartością wystarczającą dla przedwzmacniaczy i innych układów małej mocy. Diody Zenera należy zamontować nieco nad płytką ze względu na wydzielające się ciepło. Trzeba też zastosować diody o możliwie dużej mocy, aby nie uległy przegrzaniu. Gdyby jedna z diod nie była montowana, należy w jej miejsce wlutować zworę. Dla prądu wyjściowego przekraczającego 150 mA, należy zastosować rezystory R3, R4 i R6 o większej dopuszczalnej mocy strat.

Osiągnięte w rzeczywistości wartości napięcia wyjściowego i prądu maksymalnego mogą się różnić od zakładanych ze względu na tolerancję parametrów poszczególnych elementów. W układzie modelowym, przystosowanym do zasilania napięciem ok. 260 V, napięcie wyjściowe ma wartość ok. 220 V (połączone szeregowo diody 200 V+24 V), zaś maksymalny prąd wyjściowy ok. 70 mA.

Wykaz elementów

R1: 6,8 kΩ/2 W
R2, R5: 1 kΩ/0,25 W
R3, R4: 10 Ω/0,25 W
R6: 10 Ω/0,25 W
C1…C3: 100 nF/400 V
D1: 1N4007
D2: dioda Zenera 200 V/1,5 W
D3: dioda Zenera 24 V/1,3 W
T1, T2: IRFIBC20G
T3: dowolny NPN małej mocy, np. BC547
CON1, CON2: ARK2/5 mm
Radiator

Tranzystory T1 i T2 - jeśli zastosowano oba - powinny być jednakowe. Ich typ jest dowolny, jednak muszą spełniać wymagania minimalne odnośnie do parametrów: MOSFET z kanałem typu N oraz maksymalne napięcie dren-źródło co najmniej 500 V. Te wymagania spełnia np. IRF820. Metalowe wkładki tych tranzystorów znajdują się na wysokim potencjale dodatnim - dla bezpieczeństwa należy je przymocować do radiatora za pośrednictwem podkładek termoprzewodzących. Można też, jak w układzie modelowym, zastosować tranzystory z izolowanymi obudowami typu IRFIBC20G lub podobne.

Michał Kurzela, EP

Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
styczeń 2014
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon
Materiały dodatkowe
Zobacz też
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik styczeń 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio styczeń 2020

Świat Radio

Magazyn użytkowników eteru

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje styczeń 2020

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna styczeń 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich styczeń 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów