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

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik listopad 2021

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio listopad - grudzień 2021

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka Podzespoły Aplikacje listopad 2021

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna listopad 2021

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich grudzień 2021

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów