1331.pdf

(954 KB) Pobierz
NOTATNIK KONSTRUKTORA
Stabilizacja prądu
anodowego lamp mocy
Podstawowe zasady funkcjonowania układów lampowych zostały
sformułowane w  dziewięćdziesięciu kilku procentach do końca
lat 30. ubiegłego wieku. Nawet współcześnie budowane układy
lampowe niewiele różnią się od swoich protoplastów. W  większości
przypadków zmiany wprowadzane w  obwodach polegają na zamianie
elementów lampowych (np. diod w  zasilaczu) na ich odpowiedniki
półprzewodnikowe. Jednocześnie niektórzy konstruktorzy niejako
„prześlizgują się” nad istotnymi bolączkami układów lampowych.
Jednym z  nich jest niestabilność prądu anodowego lamp mocy.
W  artykule podano propozycję rozwiązania tego problemu.
Walka z tym zjawiskiem jest prowadzona
różnymi metodami: od kompensacji przy-
czyn zmian prądu anodowego (EP  12/2010,
str. 118) do jego stabilizacji prądu za pomocą
różnych elementów półprzewodnikowych,
takich jak 3-końcówkowe stabilizatory regu-
lowane typu LM317, LM337 i inne. Często są
również stosowane elementy, w  których do
stabilizacji natężenia prądu anodowego wy-
korzystuje się ich nieliniowe charakterystyki
oraz specjalizowane układy scalone, jak np.
regulator prądu typu IXCP10M45. Wewnątrz
struktury zawiera on tranzystor MOSFET
pracujący jako element wykonawczy-regu-
lator w  obwodzie parametrycznego źródła
prądowego. Firma IXYS produkuje takie ele-
menty przeznaczone dla prądu o  natężeniu
od 2 do 100 mA.
Nie jestem ortodoksyjnym „lampow-
cem” i dopuszczam używanie półprzewod-
ników w blokach zasilania czy urządzeniach
sterowania, kontroli i  diagnostyki. Jednak
w  wypadku użycia wyżej wymienionych
elementów, cały anodowy prąd lampy mocy
(równoważny prądowi katodowemu) prze-
pływa przez element półprzewodnikowy, co
czyni dany układ nie tyle wzmacniaczem
lampowym, co swego rodzaju hybrydą. Jest
to osobna grupa wzmacniaczy i  raczej nie
może być ona uważana za czyste, klasyczne
rozwiązania lampowe.
Propozycja układu stabilizacji
prądu katodowego
Podczas konstrukcji wzmacniacza lam-
powego wysokiej jakości napotkałem opi-
sane wyżej problemy. Doprowadziło to do
konieczności opracowania własnego układu
stabilizującego prąd anodowy lamp mocy,
którym chciałbym się podzielić. Jego schemat
blokowy zaprezentowałem na
rysunku 1.
Rolę czujnika prądu pełni rezystor ka-
todowy R1. Spadek napięcia
Uk
na R1 jest
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 3/2011
110
Stabilizacja prądu anodowego lamp mocy
Rysunek 1. Schemat blokowy układu sta-
bilizującego natężenie prądu anodowego
lamp mocy
Wykaz elementów użytych
w układzie:
R1: 10 kV/0,5 W
R4, R6: 10 kV/0,25 W
R2: 100
V/0,25
W
R3: 3 kV/0,25 W
R5: 20 kV/0,5 W
R7: 40 kV/0,25 W
R8: 2 kV/0,25 W
R9, R11: 1 kV/0,25 W
R10: 10
V
potencjometr
R12: 200 kV/1 W
R13: 1
V/1
W
R14: 1 kV/1 W
C1: 100
mF/16
V
C2: 0,5
mF/400
V
IC1: TL083
IC2: LM358
OK1: CNY17
T1: BD243
D1: BZD23C10 (dioda Zenera 10 V)
V1: 6S33S
wprost proporcjonalny do natężenia prądu
katodowego (Uk=Ik×R1). Jest on porówny-
wany z  napięciem zadanym Uz. Napięcie
błędu
DU=Uk-Uz
oddziałuje na element
regulujący REG, który zmienia napięcie
sterujące
U(t)
na siatce lampy, tak aby prąd
katody (a  tym samym anody) pozostawał
niezmienny.
Napięcie
U(t)
jest generowane przez
źródło napięcia polaryzującego
Up,
które
jest podawane na drugie wejście regulatora.
Zmieniając wielkość napięcia
Uz
możemy
praktycznie dowolnie zmieniać wartość
prądu anodowego lampy. Przepływa on
tylko przez rezystor katodowy i  nie płynie
R
E
K
Rysunek 2. Schemat ideowy układu stabilizującego natężenie prądu anodowego lamp
mocy
Tabela 1. Wyniki pomiarów natężenia prądu Ia i  napięcia siatki Us w  funkcji
czasu
t [s]
0
20
25
30
35
40
45
50
55
60
70
80
Ia [mA]
0
4
90
254
273
282
287
289
291
293
295
296
Us [V]
-12,6
-12,6
-12,6
-23
-41
-49
-51,8
-53,2
-53,9
-54,3
-55,1
-55,6
t [s]
90
100
110
120
130
140
150
180
210
240
1200
2400
Ia [mA]
299
299
299
299
299
299
299
299
299
299
299
297
Us [V]
-56,1
-56,0
-57,1
-57,5
-57,9
-58,0
-58,8
-60,1
-60,9
-61,2
-61,2
-64,2
przez jakikolwiek element półprzewodniko-
wy, więc tak zbudowany wzmacniacz może
być nadal traktowany jako klasyczny układ
lampowy.
Na
rysunku  2
zamieszczono schemat
ideowy układu stabilizacji natężenia prądu
anodowego lampy mocy. Lampą wyjścio-
wą jest trioda dużej mocy 6S33S pracu-
jąca w  układzie wzmacniacza w  klasie A.
Punkt pracy lampy ustalono na
Ia=300 mA
i 
Ua=180  V.
Należy zaznaczyć, że układ
nie ma ograniczenia maksymalnej war-
tości natężenia prądu anodowego, jak
to jest w  przypadku wykorzystania np.
IXCP100M45, w  którym maksymalny prąd
stabilizacji nie przekracza 100  mA. Jest to
możliwe dzięki temu, że układ sterowa-
nia wypracowuje napięcie sterujące
U(t),
L
A
a samo sterowanie lampy odbywa się przy
przepływie prądu siatki o pomijalnym natę-
żeniu. Do bezpośredniej regulacji natężenia
prądu anodowego służy sama lampa i to jej
parametry decydują o  jego maksymalnej
wartości.
Opis działania układu
Głównymi elementami układu są: peł-
niący rolę czujnika prądu rezystor kato-
dowy R13, komparator ze wzmacniaczem
IC2, 3-końcówkowy regulator napięcia IC1,
transoptor OK1.
Rezystor katodowy R13 ma rezystan-
cję wynoszącą 1 
V.
Prąd katodowy pły-
nący przez rezystor o  natężeniu wynika-
jącym z  wybranego punktu pracy, wyno-
si 300  mA. Wywoła on spadek napięcia
M
A
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 3/2011
111
NOTATNIK KONSTRUKTORA
300  mV i  spowoduje straty mocy równe
0,09  W. Zastosowałem rezystor o  dopusz-
czalnej mocy strat 1  W, co jest wartością
o  wiele wyższą o  wymaganej. Jak można
zauważyć przepływ prądu katodowego
wywołuje niewielką stratę mocy i  dzięki
temu nie ma problemu z odprowadzaniem
ciepła czy gabarytami samego rezystora.
Również wielkość ujemnego sprzężenia
zwrotnego, które zawsze jest wywoływa-
ne obecnością niezbocznikowanego przez
kondensator rezystora katodowego, jest
znikoma. Aby do układu nie przenikał
sygnał zmienny, zastosowano filtr dolno-
przepustowy zbudowany z  rezystora R14
i kondensatora C1.
Komparator wykonano z  zastosowa-
niem wzmacniacza operacyjnego typu
LM358 (IC2), który może być zasilany
z  napięcia niesymetrycznego. Komparator
porównuje wejściowe spa-
dek napięcia na R13 z napię-
ciem zadanym otrzymywa-
nym z suwaka potencjometru
R10. Wzmacniacz operacyjny
jest zasilany ze stabilizowanego
źródła napięcia zasilania +12  V,
które można otrzymane na przykład
z napięcia przemiennego 12,6 V służącego
zasilania żarnika lampy wyjściowej.
Regulator napięcia serującego lampę
jest zbudowany z użyciem 3-końcówkowe-
go stabilizatora TL783 (IC1). Funkcjonalnie
jest on podobny do LM317, jednak pozwa-
la na stabilizowanie napięcia o  wartości
do 120  V. Napięcie wyjściowe jest ustala-
ne za pomocą dzielnika R1 i równoległego
połączenia R2 i T1 z tym, że rezystory R1
i  R2 określają maksymalne wyjściowe na-
pięcie przy nieprzewodzącym tranzysto-
rze T1. Wyjście stabilizatora (nóżka 2) jest
dołączone do masy, dzięki czemu na jego
nóżce 1 otrzymuje się ujemne napięcie re-
gulowane, które następnie jest podawane
na siatkę lampy.
Transoptor OK1 (CNY17) nie jest prze-
znaczony do odizolowania niskonapięcio-
wych obwodów układu komparatora od re-
gulatora napięcia, ale dopasowania wartości
napięcia bazy tranzystora T1 (które może
wynosić około 100  V) do napięcia wyjścia
operacyjnego wzmacniacza (rzędu kilku V).
Należy zaznaczyć, że wejściowe napię-
cie polaryzacji (120 V) nie jest stabilizowa-
ne tylko dobrze filtrowane, dlatego do stabi-
lizacji napięcia zasilania OK1 służą elemen-
ty R5 i D1 (dioda Zenera 10 V).
Podsumowanie
Układ z rys. 2 wypróbowa-
no w  praktyce, a  wyniki pomiarów
zamieszczono w 
tabeli  1.
Woltomierzami
zmierzono napięcie na katodzie lampy (czy-
li pośrednio prąd anodowy) i  na jej siatce
(napięcie sterujące). Badano zmiany prądu
anodowego w funkcji czasu.
W  momencie podania napięcia zasila-
nia układu (w  chwili t=0  s) prąd anodowy
Ia=0 mA, a napięcie sterujące na siatce lampy
jest maksymalne (algebraicznie) i a priori wia-
domo, że lampa będzie otwarta. Około minu-
ty trwa proces dość gwałtownego narastania
prądu anodowego (do 293  mA) i  jednocze-
śnie zmniejszania się napięcia na siatce (do
-54,3 V). Dalej lampa rozgrzewa się, więc prąd
anodowy ma tendencję do wzrostu natężenia,
lecz dzięki układowi stabilizacji napięcie ste-
rowania na siatce utrzymuje jego ustaloną war-
tość. Po 4 minutach natężenie prądu osiągnęło
wartość 299  mA, a  napięcie na siatce U(t)=
-61,2  V. Podobne wartości były utrzymywa-
ne po około 40 minutach pracy układu. Błąd
regulacji natężenia prądu wynosił około 1%.
Należy pamiętać o tym, że w ciągu tego czasu
na układ działało szereg czynników zakłócają-
cych: rozgrzewanie się lampy, zmiana napięć
zasilających, zmiana temperatury
elementów itd.
Następnie
zamie-
niłem lampę na inny
egzemplarz
wybrany
losowo z  przysłowiowej
szuflady. Nie wiem czy
jego parametry dużo różniły
się od sprawdzanej wcześniej.
Po około 40 minutach od włą-
czenia napięcia zasilania prąd
anodowy ustabilizował się. Jego
wartość wynosiła 298  mA przy na-
pięciu sterowania doprowadzonym do
siatki wynoszącym -66,5 V.
Jak można wywnioskować z  poda-
nych wyżej wyników pomiarów oraz z za-
stosowania innej lampy, układ stabilizacji
prądu anodowego pracuje prawidłowo,
jednak jest on tylko wycinkiem schematu
kompletnego wzmacniacza, który aktualnie
buduję i  musi być jeszcze przetestowany
w rzeczywistych warunkach pracy.
Jerzy Granderjan
jurekl4@gazeta.pl
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 3/2011
112

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin