Блок питания для наладки ламповых конструкций.

Основная цель, которая была поставлена - сделать источник питания для макетирования и отработки ламповых конструкций.

Основные минимальные требования для пректируемого блока питания, это:

 - иметь по возможности компактный размер;
 - анодное стабилизированное напряжение +300 Вольт 0.2А, с задержкой анодного напряжения на 10-15 сек.;
 - анодное +350 Вольт 1А (не стаб.), для экспериментов с фильтрами и стабилизаторами;
 - два раздельных накала (переменка) ~6.3Вольт 3А для общих случаев;
 - один стабилизированный накал постоянным током =6.3 Вольт 1А;
 - доп. выход ~220 Вольт 1А, гальванически развязанный с сетью, для экспериментов с первичными цепями импульсных БП;
 - защита от перегрузки 0,2А (от кратковременного КЗ или ограничение тока в случае заряда мощных конденсаторов);
 - формирование стабилизированного напряжения отрицательного смещения и его регулировка независимо по 2-м каналам.

В наличии имелся неисправный ИБП (бесперебойник), поэтому блок питания было решено собрать в его корпусе.

Принципиальная схема

Конструкция выполнена по классической схеме, анодный выпрямитель к тому же имеет ещё и отводы ~220 V, гальванически развязанного от сети (разьем X5), и выход непосредственно с конденсатора фильтра без стабилизации (+350V, разьем X4). Цепи отрицательного смещения выполнены по схеме вольтодобавки. Особенности узлов будут освещены ниже.

Рисунок 1.
Принципиальная схема лабораторного источника питания.

Стабилизатор анодного напряжения

Выполняет две задачи: сглаживает пульсации и обеспечивает плавную подачу высокого напряжения, предотвращая аварийные режимы при включении. Стабилизатор имеет защиту от перегрузки по току.
Немного подробнее о работе защиты: при указанном номинале R9 в 3 Ома, при токе более 180 мА, падение на нем составит 0.5 Вольт и возникший ток базы через R10 начнет отпирать транзистор Q2, который, в свою очередь, соединит собой исток и затвор Q1 и будет его принудительно закрывать. Напряжение на выходе фильтра начнет соответственно понижаться со скоростью разряда выходного конденсатора C12, конденсатора опорной цепочки C5 и стекания его заряда через резистор R5. Сам силовой транзистор Q1 полностью не закрывается, а переходит в режим стабилизации тока на уровне 0.2 А. Если превышение будет долгим, транзистор может выйти из строя от перегрева из-за чрезмерной рассеиваемой на нём мощности (70 Вт), поэтому допускать длительно короткое замыкание и работу в режиме ограничения тока - крайне нежелательно. Защита призвана сгладить именно кратковременные переходные процессы, коммутацию, искрение.

Рисунок 2.
Принципиальная схема анодного фильтра.

Конденсатор C5 должен иметь как можно меньшую утечку, лучше всего применить высококачественный пленочный конденсатор (и ни в коем случае не бумажный! типа КБГ, МБГО и т.п.). На печатной плате предусмотрена возможность установки разных типоразмеров конденсаторов на выбор. Емкость конденсатора C5 в сочетании с сопротивлением R4 задает время нарастания напряжения на выходе:

и при указанных номиналах С5=1µF и R4=4,7 МОм составляет около 10-15 секунд. Эту особенность можно использовать для организации задержки подачи анодного напряжения мощных радиоламп.
Следует помнить, что чем больше сопротивление R4 - тем выше требования к утечке и качеству самого конденсатора!
Стабилитроны ZD3-ZD7 набраны из нескольких последовательно включенных стабилитронов так, чтобы в сумме было получено нужное выходное напряжение. В случае требуемого выходного напряжения 300 Вольт суммарное напряжения на стабилитронах должно составлять 305 Вольт, для этого потребуется 4 стабилитрона на 68 Вольт и один на 33 Вольт, включенные последовательно. Ток через стабилитроны ZD3-ZD7 задается сопротивлением R4 и крайне мал. Можно вообще отказаться от них (не устанавливать), в таком случае стабилизатор перейдет в режим "электронного дросселя" и будет просто сглаживать пульсации, но напряжение на выходе будет зависеть от нагрузки (в довольно больших пределах). Фактически, в таком режиме напряжение на выходе схемы будет примерно соответствовать минимальному пику пульсаций напряжения на входе. Это предпочтительнее в сильноточном (более 300 мА) режиме, потому что нагрев транзистора Q1 будет заметно меньшим; иначе, возможно, придется позаботиться о более эффективном радиаторе для Q1. В любом случае, лучше всего отрегулировать защиту по максимально допустимому для конкретного стабилизатора тепловому режиму и выходному току, соответственно пересчитав номинал R9.

Стабилизатор накала

Выполнен на линейном интегральном стабилизаторе. На выходе выпрямителя в идеале имеем всего около 7.7 вольт, поэтому были выбраны выпрямительные диоды 1N5821 с минимальным прямым падением на номинальном токе (0.50V-3A) и применен стабилизатор типа LT1084IT-ADJ (можно ставить и 1083 и 1085, так-же LM1084IT-ADJ, 1085, 1086), с минимальной разницей между входом и выходом порядка 1 Вольт на токе 1А. Нужное выходное напряжение задается делителем R8, R7, R6 и RP1 в цепи ADJ микросхемы LT1084. Подстроечный резистор RP1 позволяет более точно задать требуемое напряжение на выходе.

Рисунок 3.
Принципиальная схема стабилизатора накала.

Емкость C6 набрана из двенадцати конденсаторов 1000µF x 10V. Если позволяет высота - можно набрать C6 из более высоких 2200µF x 10V, что уменьшит пульсации и увеличит максимальный допустимый выходной ток накального стабилизатора до 2 Ампер (LM1086 здесь тогда не подойдёт).
В любом случае, если есть возможность домотать несколько витков на накальный трансформатор, имеет смысл увеличить переменное напряжение на входе с 6.3 до 7,5...7,7 Вольт, что даст запас по нагрузочной способности.

Блок отрицательного смещения

Рисунок 4.
Принципиальная схема блока отрицательного смещения.

У применяемого в БП трансформатора, нет "лишней" обмотки для напряжения смещения отрицательной полярности, поэтому пришлось использовать метод "вольтодобавки" на однополупериодном выпрямителе VD4 C3, обеспечив развязку конденсатором C1. Полученное напряжение стабилизируется стабилизатором на R2, C4, ZD1-ZD2. Ток, потребляемый узлами исследуемого аппарата от подобного источника смещения, обычно очень мал, поэтому ток для стабилизатора задан около 3 мА - чтобы исключить ненужный нагрев и стабилитронов ZD1, ZD2 и гасящего резистора R2.
C выхода стабилизатора, напряжение подается на потенциометры RP2 и RP3, которыми задается нужное напряжение смещения в исследуемых схемах.
Ток, текущий через потенциометры, составляет около 2,8 мА и его тоже нужно учитывать в расчете балластного сопротивления R2 и требуемого тока через стабилитроны.
Так, как такой выпрямитель может оказывать влияние на выходное напряжение анодного выпрямителя без подключенной нагрузки, в схему был установлен нагрузочный резистор R load,составленный из пяти последовательно соединённых резисторов 4,7 кОм 2 вт.

Конечно, лучше будет использовать отдельную обмотку для напряжения смещения, а можно поставить дополнительный маломощный трансформатор, даже вольт на 24-36, и сделать выпрямитель с удвоением.

Рисунок 5.
Принципиальная схема блока регуляторов отрицательного смещения.