線性高電壓穩(wěn)壓器的制作

一、本設計的特點

●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替代型國產(chǎn)電子管為6N5P(穩(wěn)壓最大電流：50mA)。

場效應管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，也包括(單端)功率放大器。假定使用很好的DC直流電源，它沒有來自信號頻率的嗡嗡聲，噪音和紋波。但還總是有通過濾波器和平滑電阻引起的來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。并且當跟隨信號頻率變化的負載電流流過電源內(nèi)阻時，歐姆定律告訴我們(電流×電阻)會在電源上引起與信號相關(guān)的電壓變化。

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

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

二、電路原理

本電路的原理可參照圖1,其設計思路是：你在這里看到的是一個高電壓穩(wěn)壓器，但是少見昂貴的高壓設備和元件。就是說，這里只有一個獨立的浮動在高壓輸出端的低壓電源。這個低壓電源是燈絲加熱電源整流后提供。因此相應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

這類串聯(lián)型穩(wěn)壓電源總是三個元件組成。一個參照電壓和一個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)動調(diào)整管來保持輸出電壓穩(wěn)定。

本電路中。參照電壓來源于電阻R3.由浮動的恒流源T1驅(qū)動。晶體管T2和T3組成了誤差放大器。這是一個差分放大器，是互補結(jié)構(gòu)而不是對稱結(jié)構(gòu)，不用兩個相同極性的晶體管對稱放置而是兩個互補的晶體管串接級聯(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.如果輸出電壓開始降落到設置的電壓值之下，T2開始難以導通，則跨接在R5兩端的對于通過調(diào)整管(電子管)的驅(qū)動電壓將會增加。這將轉(zhuǎn)而提升了輸出電壓。

直到其再次恢復到設置電壓值。當Vout變得太高的時候，調(diào)整管的驅(qū)動電壓將會減少，從而向下降低輸出電壓Vout,直到恢復到原來的設置電壓。由于除了差2個Vb-e電壓差之外。Vout基本等于Vref。

在原理上你可以通過選擇R3,設置輸出電壓為你所希望的任何值。相對于大多數(shù)傳統(tǒng)設置來說這是個極大的優(yōu)點。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,就需要改變這個分壓比率。其缺點是。這也會改變控制環(huán)路的增益。

反過來。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，通過使參照電壓等于輸出電壓。使電路的穩(wěn)定性和性能不會隨著輸出電壓而改變。

誤差放大器電路相對于高性能運算放大器來說是很簡單的。基于高增益電路的運算放大器性能與其本身的穩(wěn)定性和補償有關(guān)。事實上，如圖2和圖3所示，電路已經(jīng)有相當高的性能。高性能的因素之一是誤差放大器的負載電阻是從Vdrive到地的電阻R5.使用電子管做通過設備時。這個電阻是柵極電阻，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，都會引起相當大的矯正電流通過R5.進而在Vdrive上產(chǎn)生相當大的矯正電壓。盡管電路簡單，但回路增益相當大。

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、實際電路

這是一個電子管穩(wěn)壓器。這里有幾件其他的事需要注意一是加電時電子管陰陽極電壓的延遲施加，不僅僅對調(diào)整管也包括對放大器。整個電路(不包括調(diào)整管)都顯示在圖4中。ICl是一個標準的555定時器(CMOS)。在電源接通之后一段時間，它拉低了IC3中的LED.用R8和C3設置的延遲時間大約有30秒。一旦IC3中的這個LED導通，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電子管上。

使用熱燈絲電壓。通過B1和C2濾波后為參考電壓和控制電路做電源。最重要的一點是參考電壓的'純凈'.如果參考電壓上有~點嗡嗡聲和噪音，它將會被誤差放大器大倍數(shù)地放大。電流源T1通過LED D5得到這個參考電壓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。對于你需要HV(高壓)輸出。每伏1kQ.

D5(LED)的作用像個電壓源。為了進一步提高性能，它的偏壓由恒流器件IC2(LM334)來提供。

電路中還有一些用于保護目的的元件。保險管F1用于高電壓保護。此外還有晶體管保護問題，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C1充電的斜坡上升時間。D2/D8在開始時限制Vce保護T1的安全。由于同樣的原因。對于T2的保護也是需要的：T2的Vce被D1限制到100v,這意味著Vdrive可以相對于Vout負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)三極管和低負載電流這個負壓也足夠了。R14在啟動期間和瞬時條件下限制通過小信號晶體管的電流。

四、配置

由于這個電源在穩(wěn)定輸出電壓方面有相當?shù)耐ㄓ眯?，也試圖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PC板式的"母板"之上(見圖5)o然后用一個小的可插拔的板子裝載調(diào)整管和一些電阻。這個板子再插到母板上。這樣就使這個穩(wěn)壓器可以根據(jù)負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(見本文前的說明)：作為功率放大器，這個板子選用雙三極電子管，大功率三極電子管或場效應管(當然，要配適當?shù)墓β首儔浩?。

圖5主板的PCB.

型號為6080的電子管(替代型號FU一81 1)也可以裝配在這個板子上，由于它的低增益，它的Zout會高一些，也會有高一些的嗡嗡聲和噪音。但是如果你手邊正好有這類器件，也可以使用它獲得不錯的效果。圖中可插拔板子上裝的是EL84/EL86型(68Q5/6BQ6)雙三極管(替代型號6N5P)。和一個用做前置放大器的最大電流為50mA的小的五極管。最后對于那些希望得到"綠色"版本，并且節(jié)省10W功率和熱電子管通過設備的人，這里還有一種帶有耗盡型場效應管DN2540的板子。這塊可插拔板上可以容納兩個DN2540及其散熱片，其輸出負載可以大于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，在大負載時有一個小阻值電阻來平衡電流。在使用DN2540的板子上有同樣的情況，這種情況下使用了兩個調(diào)整管來增加負載能力(如果你僅使用一個DN2540的話，可以短接平衡電阻)o可插板上還有柵極和門控電阻用來增加穩(wěn)定性。在DN2540板子上有一個附加的100V/5W的齊納二極管(D5/D6)來保護場效應管，在上電和負載瞬間變化時作為Vgs的保護二極管。它也有一個標準的散熱片。這塊扳子用標準的間距為0.1英寸(2.5mm)的PCB插頭，并將插頭切割為一定尺寸。

注意：當你使用場效應管作為調(diào)整管時，兩個板之間不需要插頭連接。用M3螺釘和12mm的立柱來固定。

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。在典型負載下，20KHz帶寬時各種版本的輸出嗡嗡聲和噪音都在500 u Vrms以下。DN2540由于具有高的跨導而性能最好，它還有其他優(yōu)點，如：低電壓降。DN2540在Vds為10或15V(取決于輸入紋波)時工作很好。而電子管版則需要在陽極與陰極問有幾十伏電壓才能正常運行。這意味著，對于給定的變壓器，DN2540能給出大于10-15V的直流輸出。并且按比例減少損耗。但僅靠測量數(shù)據(jù)是不夠的。在電子管放大器中為了得到無瑕的聲音，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。你可以使用帶有獨立次級線圈的變壓器。接到K1的第1、3針。

或者使用帶抽頭的次級繞組，抽頭接到K1的2針。

當然在后一種情況下可以省略二極管D4和D6.板上在兩個儲能電容之間，預備了一個小電阻R10,用于去除高頻毛刺和紋波。這個12Q的阻值對于電流大于100mA的負載來說可能有點大，因此你需要試驗一下。降低濾波后電壓的紋波而不會帶來Vout按比例升高，因為隨后Vref上的紋波會開始占優(yōu)勢。要點是很好地平衡性能。

通過選擇R3來設置Vref,參照電流非常接近于1mA,所以Vref(按伏計)=R3(按kQ計)。

你也可以在K7處用一個外接電位器來設置輸出電壓。但要確認其額定電壓為500V.最小Vout取決于通過設備所需的反向的柵極/開門驅(qū)動電壓。如果你通過短接R3使得Vref=0V.DN2540就能很好地關(guān)閉，但6528將不會輸出幾伏電壓(取決于負載)。因為它需要負的柵極偏置。

七、構(gòu)建

這個電源中有幾個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。必要時尋求電子管電路的高手的幫助。在板上做任何事前，重復檢查高電壓輸入已經(jīng)斷開或電源關(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，當你用儀表探針或任何東西接觸帶電的板子時。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。并且浮動在穩(wěn)壓后的高電壓上。在儀器中不能用這個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獨立的浮動電源。你可以使用一個小的單獨的5或6伏的變壓器，次級要提供足夠的絕緣允許其浮動到高于Vout的最大電壓。

在主板上裝配最好從小型元件開始，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。在沒插入(插拔板)之前可以測試一下主板，以修改延時和整流器的工作情況。在加電時LED D10點亮，同時D5將在延時時間之后點亮。(D9將不會點亮，除非通過設備已經(jīng)插上)。在延遲時間之后，K4也會接通。

如果主板正常，接著裝上一個插拔板到主板上，然后檢測整個組件。