線性高電壓穩(wěn)壓器的制作

一、本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

●輸出電壓范圍在0~500V之間可調(diào)，輸出電流最大1A.

●可以用于電子管前置放大器或(單端)功率放大器。

●內(nèi)置加電后輸出電壓延遲功能(30s)。

●可選用3種調(diào)整管選擇插件。

電子管6528替代型國(guó)產(chǎn)電子管為FU一811(穩(wěn)壓最大電流：600m A)。

電子管EL84/6BQ5或EL86/6CW5替代型國(guó)產(chǎn)電子管為6N5P(穩(wěn)壓最大電流：50mA)。

場(chǎng)效應(yīng)管DN2540(穩(wěn)壓最大電流：1 A)。

電子管放大器性的能取決于可調(diào)節(jié)和穩(wěn)定的電源，特別是靈敏的前置放大級(jí)，也包括(單端)功率放大器。假定使用很好的DC直流電源，它沒(méi)有來(lái)自信號(hào)頻率的嗡嗡聲，噪音和紋波。但還總是有通過(guò)濾波器和平滑電阻引起的來(lái)自電源線的紋波和哚音。即使你使用C-L-C的Tr型濾波，也不能保證完全干凈。并且當(dāng)跟隨信號(hào)頻率變化的負(fù)載電流流過(guò)電源內(nèi)阻時(shí)，歐姆定律告訴我們(電流×電阻)會(huì)在電源上引起與信號(hào)相關(guān)的電壓變化。

每個(gè)放大器都有一介被稱(chēng)作電源抑制率(PSRR)的性能指標(biāo)。表示電源通過(guò)輸出端瀉放出的紋波和嗡嗡聲的程度。它隨著放大器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化，但總是存在的?；镜膯味穗娐返倪@個(gè)指標(biāo)表現(xiàn)很差。因此，在高壓電源線上加一個(gè)低紋波，低噪音和嗡嗡聲的穩(wěn)壓電源對(duì)于干凈的，無(wú)失真的聲音來(lái)說(shuō)是相當(dāng)有用的。但傳統(tǒng)的高壓穩(wěn)壓電源要加上許多電子管。復(fù)雜而且消耗功率。也很難獲得良好的性能。

本文介紹一種十分簡(jiǎn)單的新設(shè)計(jì)，也能夠提供十分優(yōu)良的性能。輸出電壓是用一個(gè)電阻全程可調(diào)節(jié)的，調(diào)節(jié)不會(huì)影響電路性能。

二、電路原理

本電路的原理可參照?qǐng)D1,其設(shè)計(jì)思路是：你在這里看到的是一個(gè)高電壓穩(wěn)壓器，但是少見(jiàn)昂貴的高壓設(shè)備和元件。就是說(shuō)，這里只有一個(gè)獨(dú)立的浮動(dòng)在高壓輸出端的低壓電源。這個(gè)低壓電源是燈絲加熱電源整流后提供。因此相應(yīng)的誤差放大和控制電路可以使用低壓元器件。

圖1 T-reg概念圖

這類(lèi)串聯(lián)型穩(wěn)壓電源總是三個(gè)元件組成。一個(gè)參照電壓和一個(gè)是將參照電壓與輸出電壓比較的誤差放大器。誤差放大器輸出驅(qū)動(dòng)調(diào)整管來(lái)保持輸出電壓穩(wěn)定。

本電路中。參照電壓來(lái)源于電阻R3.由浮動(dòng)的恒流源T1驅(qū)動(dòng)。晶體管T2和T3組成了誤差放大器。這是一個(gè)差分放大器，是互補(bǔ)結(jié)構(gòu)而不是對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，不用兩個(gè)相同極性的晶體管對(duì)稱(chēng)放置而是兩個(gè)互補(bǔ)的晶體管串接級(jí)聯(lián)，但其工作原理是相同：

參照電壓由T3輸入，而輸出電壓在T2.如果輸出電壓開(kāi)始降落到設(shè)置的電壓值之下，T2開(kāi)始難以導(dǎo)通，則跨接在R5兩端的對(duì)于通過(guò)調(diào)整管(電子管)的驅(qū)動(dòng)電壓將會(huì)增加。這將轉(zhuǎn)而提升了輸出電壓。

直到其再次恢復(fù)到設(shè)置電壓值。當(dāng)Vout變得太高的時(shí)候，調(diào)整管的驅(qū)動(dòng)電壓將會(huì)減少，從而向下降低輸出電壓Vout,直到恢復(fù)到原來(lái)的設(shè)置電壓。由于除了差2個(gè)Vb-e電壓差之外。Vout基本等于Vref。

在原理上你可以通過(guò)選擇R3,設(shè)置輸出電壓為你所希望的任何值。相對(duì)于大多數(shù)傳統(tǒng)設(shè)置來(lái)說(shuō)這是個(gè)極大的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)上，你得到的參照電壓是Vout的一部分，在饋送它到誤差放大器之前。從Vout分壓一部分。如果你很想改變Vout,就需要改變這個(gè)分壓比率。其缺點(diǎn)是。這也會(huì)改變控制環(huán)路的增益。

反過(guò)來(lái)。這又意味著輸出電壓的性能和穩(wěn)定性改變。

如這里所作的，通過(guò)使參照電壓等于輸出電壓。使電路的穩(wěn)定性和性能不會(huì)隨著輸出電壓而改變。

誤差放大器電路相對(duì)于高性能運(yùn)算放大器來(lái)說(shuō)是很簡(jiǎn)單的?；诟咴鲆骐娐返倪\(yùn)算放大器性能與其本身的穩(wěn)定性和補(bǔ)償有關(guān)。事實(shí)上，如圖2和圖3所示，電路已經(jīng)有相當(dāng)高的性能。高性能的因素之一是誤差放大器的負(fù)載電阻是從Vdrive到地的電阻R5.使用電子管做通過(guò)設(shè)備時(shí)。這個(gè)電阻是柵極電阻，大約為500kΩ(取決于電子管lo因此，即使在T2的基極和發(fā)射極之間很小的誤差電壓，都會(huì)引起相當(dāng)大的矯正電流通過(guò)R5.進(jìn)而在Vdrive上產(chǎn)生相當(dāng)大的矯正電壓。盡管電路簡(jiǎn)單，但回路增益相當(dāng)大。

圖2 T-reg阻抗曲線圖

圖3 T-reg的輸出嗡嗡聲和噪聲曲線圖

三、實(shí)際電路

這是一個(gè)電子管穩(wěn)壓器。這里有幾件其他的事需要注意一是加電時(shí)電子管陰陽(yáng)極電壓的延遲施加，不僅僅對(duì)調(diào)整管也包括對(duì)放大器。整個(gè)電路(不包括調(diào)整管)都顯示在圖4中。ICl是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的555定時(shí)器(CMOS)。在電源接通之后一段時(shí)間，它拉低了IC3中的LED.用R8和C3設(shè)置的延遲時(shí)間大約有30秒。一旦IC3中的這個(gè)LED導(dǎo)通，光電可控硅激活。并使晶閘管THl接通。將整流后的高電壓施加到通過(guò)電子管上。

使用熱燈絲電壓。通過(guò)B1和C2濾波后為參考電壓和控制電路做電源。最重要的一點(diǎn)是參考電壓的'純凈'.如果參考電壓上有~點(diǎn)嗡嗡聲和噪音，它將會(huì)被誤差放大器大倍數(shù)地放大。電流源T1通過(guò)LED D5得到這個(gè)參考電壓Vee.而R1為1.3kQ,電流約為1mA,這使得參考采樣電阻R3的選擇很容易。對(duì)于你需要HV(高壓)輸出。每伏1kQ.

D5(LED)的作用像個(gè)電壓源。為了進(jìn)一步提高性能，它的偏壓由恒流器件IC2(LM334)來(lái)提供。

電路中還有一些用于保護(hù)目的的元件。保險(xiǎn)管F1用于高電壓保護(hù)。此外還有晶體管保護(hù)問(wèn)題，例如，如果高壓被THl接通，在T1集電極上的參照電壓需要通過(guò)C1充電的斜坡上升時(shí)間。D2/D8在開(kāi)始時(shí)限制Vce保護(hù)T1的安全。由于同樣的原因。對(duì)于T2的保護(hù)也是需要的：T2的Vce被D1限制到100v,這意味著Vdrive可以相對(duì)于Vout負(fù)100V以上。這是由電子管的陰極電壓自給的。即使是低增益(10w-mu)三極管和低負(fù)載電流這個(gè)負(fù)壓也足夠了。R14在啟動(dòng)期間和瞬時(shí)條件下限制通過(guò)小信號(hào)晶體管的電流。

四、配置

由于這個(gè)電源在穩(wěn)定輸出電壓方面有相當(dāng)?shù)耐ㄓ眯裕苍噲D使得它在提供電流方面有一些靈活性。

整流器，參照電壓和控制電路都裝配一個(gè)PC板式的"母板"之上(見(jiàn)圖5)o然后用一個(gè)小的可插拔的板子裝載調(diào)整管和一些電阻。這個(gè)板子再插到母板上。這樣就使這個(gè)穩(wěn)壓器可以根據(jù)負(fù)載電流要求選用不同的調(diào)整管。這里提供三種可插接的板子(見(jiàn)本文前的說(shuō)明)：作為功率放大器，這個(gè)板子選用雙三極電子管，大功率三極電子管或場(chǎng)效應(yīng)管(當(dāng)然，要配適當(dāng)?shù)墓β首儔浩?。

圖5主板的PCB.

型號(hào)為6080的電子管(替代型號(hào)FU一81 1)也可以裝配在這個(gè)板子上，由于它的低增益，它的Zout會(huì)高一些，也會(huì)有高一些的嗡嗡聲和噪音。但是如果你手邊正好有這類(lèi)器件，也可以使用它獲得不錯(cuò)的效果。圖中可插拔板子上裝的是EL84/EL86型(68Q5/6BQ6)雙三極管(替代型號(hào)6N5P)。和一個(gè)用做前置放大器的最大電流為50mA的小的五極管。最后對(duì)于那些希望得到"綠色"版本，并且節(jié)省10W功率和熱電子管通過(guò)設(shè)備的人，這里還有一種帶有耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管DN2540的板子。這塊可插拔板上可以容納兩個(gè)DN2540及其散熱片，其輸出負(fù)載可以大于1A.取決于Vds下降引起的耗散。

可插板的電路在圖6中顯示。由于6528(6080)是雙三極管，在大負(fù)載時(shí)有一個(gè)小阻值電阻來(lái)平衡電流。在使用DN2540的板子上有同樣的情況，這種情況下使用了兩個(gè)調(diào)整管來(lái)增加負(fù)載能力(如果你僅使用一個(gè)DN2540的話，可以短接平衡電阻)o可插板上還有柵極和門(mén)控電阻用來(lái)增加穩(wěn)定性。在DN2540板子上有一個(gè)附加的100V/5W的齊納二極管(D5/D6)來(lái)保護(hù)場(chǎng)效應(yīng)管，在上電和負(fù)載瞬間變化時(shí)作為Vgs的保護(hù)二極管。它也有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的散熱片。這塊扳子用標(biāo)準(zhǔn)的間距為0.1英寸(2.5mm)的PCB插頭，并將插頭切割為一定尺寸。

注意：當(dāng)你使用場(chǎng)效應(yīng)管作為調(diào)整管時(shí)，兩個(gè)板之間不需要插頭連接。用M3螺釘和12mm的立柱來(lái)固定。

五、性能

圖2和圖3顯示了在音頻范圍內(nèi)各種版本的輸出阻抗和輸出嗡嗡聲和噪音。在典型負(fù)載下，20KHz帶寬時(shí)各種版本的輸出嗡嗡聲和噪音都在500 u Vrms以下。DN2540由于具有高的跨導(dǎo)而性能最好，它還有其他優(yōu)點(diǎn)，如：低電壓降。DN2540在Vds為10或15V(取決于輸入紋波)時(shí)工作很好。而電子管版則需要在陽(yáng)極與陰極問(wèn)有幾十伏電壓才能正常運(yùn)行。這意味著，對(duì)于給定的變壓器，DN2540能給出大于10-15V的直流輸出。并且按比例減少損耗。但僅靠測(cè)量數(shù)據(jù)是不夠的。在電子管放大器中為了得到無(wú)瑕的聲音，你可能寧愿選擇電子管穩(wěn)壓器。選擇權(quán)是屬于你的。圖7顯示出插拔板子的元件配置方案。

六、定制

如果你需要輸出電壓超過(guò)500V.可以使用額定值更高的二極管作D3,4,6,7;更高額定電壓的電容作C6.C7.注意：二極管額定電壓要至少兩倍于整流后的電壓峰值，最好更高些。你可以使用帶有獨(dú)立次級(jí)線圈的變壓器。接到K1的第1、3針。

或者使用帶抽頭的次級(jí)繞組，抽頭接到K1的2針。

當(dāng)然在后一種情況下可以省略二極管D4和D6.板上在兩個(gè)儲(chǔ)能電容之間，預(yù)備了一個(gè)小電阻R10,用于去除高頻毛刺和紋波。這個(gè)12Q的阻值對(duì)于電流大于100mA的負(fù)載來(lái)說(shuō)可能有點(diǎn)大，因此你需要試驗(yàn)一下。降低濾波后電壓的紋波而不會(huì)帶來(lái)Vout按比例升高，因?yàn)殡S后Vref上的紋波會(huì)開(kāi)始占優(yōu)勢(shì)。要點(diǎn)是很好地平衡性能。

通過(guò)選擇R3來(lái)設(shè)置Vref,參照電流非常接近于1mA,所以Vref(按伏計(jì))=R3(按kQ計(jì))。

你也可以在K7處用一個(gè)外接電位器來(lái)設(shè)置輸出電壓。但要確認(rèn)其額定電壓為500V.最小Vout取決于通過(guò)設(shè)備所需的反向的柵極/開(kāi)門(mén)驅(qū)動(dòng)電壓。如果你通過(guò)短接R3使得Vref=0V.DN2540就能很好地關(guān)閉，但6528將不會(huì)輸出幾伏電壓(取決于負(fù)載)。因?yàn)樗枰?fù)的柵極偏置。

七、構(gòu)建

這個(gè)電源中有幾個(gè)位置帶有可致命的電壓和電流。其中包括DN2540的散熱片。一定要很好地提醒注意用電安全。必要時(shí)尋求電子管電路的高手的幫助。在板上做任何事前，重復(fù)檢查高電壓輸入已經(jīng)斷開(kāi)或電源關(guān)閉。小心地用1kQ電阻將高壓電容放電。為防止身體電流形成，當(dāng)你用儀表探針或任何東西接觸帶電的板子時(shí)。另一只手要一直放在口袋里。記?。杭词挂呀?jīng)關(guān)閉電源，高壓電容也可以產(chǎn)生危險(xiǎn)的放電。

注意：電子管的燈絲電源也被用做參照和控制電路電源。并且浮動(dòng)在穩(wěn)壓后的高電壓上。在儀器中不能用這個(gè)燈絲電源繞組再為其他電子管供電。

如果你使用DN2540插拔板，參照和控制電路就還需要一個(gè)獨(dú)立的浮動(dòng)電源。你可以使用一個(gè)小的單獨(dú)的5或6伏的變壓器，次級(jí)要提供足夠的絕緣允許其浮動(dòng)到高于Vout的最大電壓。

在主板上裝配最好從小型元件開(kāi)始，最后裝比較大的電容。小心安裝插針和直立的插頭。它們安裝比較容易。晶體管在插拔板的下面，由于高度受限制。要在板上向后水平折疊一下。同樣輸出電解電容C4和C5也要這樣做。在沒(méi)插入(插拔板)之前可以測(cè)試一下主板，以修改延時(shí)和整流器的工作情況。在加電時(shí)LED D10點(diǎn)亮，同時(shí)D5將在延時(shí)時(shí)間之后點(diǎn)亮。(D9將不會(huì)點(diǎn)亮，除非通過(guò)設(shè)備已經(jīng)插上)。在延遲時(shí)間之后，K4也會(huì)接通。

如果主板正常，接著裝上一個(gè)插拔板到主板上，然后檢測(cè)整個(gè)組件。