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标题: 线性高电压稳压器的制作 [打印本页]

作者: forsuccess 时间: 2013-8-3 10:39 标题: 线性高电压稳压器的制作

一、本设计的特点
●输出电压范围在0~500V之间可调，输出电流最大1A.
●可以用于电子管前置放大器或(单端)功率放大器。
●内置加电后输出电压延迟功能(30s)。
●可选用3种调整管选择插件。
电子管6528替代型国产电子管为FU一811(稳压最大电流：600m A)。
电子管EL84/6BQ5或EL86/6CW5替代型国产电子管为6N5P(稳压最大电流：50mA)。
场效应管DN2540(稳压最大电流：1 A)。
电子管放大器性的能取决于可调节和稳定的电源，特别是灵敏的前置放大级，也包括(单端)功率放大器。假定使用很好的DC直流电源，它没有来自信号频率的嗡嗡声，噪音和纹波。但还总是有通过滤波器和平滑电阻引起的来自电源线的纹波和哚音。即使你使用C-L-C的Tr型滤波，也不能保证完全干净。并且当跟随信号频率变化的负载电流流过电源内阻时，欧姆定律告诉我们(电流×电阻)会在电源上引起与信号相关的电压变化。
每个放大器都有一介被称作电源抑制率(PSRR)的性能指标。表示电源通过输出端泻放出的纹波和嗡嗡声的程度。它随着放大器的拓扑结构变化，但总是存在的。基本的单端电路的这个指标表现很差。因此，在高压电源线上加一个低纹波，低噪音和嗡嗡声的稳压电源对于干净的，无失真的声音来说是相当有用的。但传统的高压稳压电源要加上许多电子管。复杂而且消耗功率。也很难获得良好的性能。
本文介绍一种十分简单的新设计，也能够提供十分优良的性能。输出电压是用一个电阻全程可调节的，调节不会影响电路性能。
二、电路原理
本电路的原理可参照图1,其设计思路是：你在这里看到的是一个高电压稳压器，但是少见昂贵的高压设备和元件。就是说，这里只有一个独立的浮动在高压输出端的低压电源。这个低压电源是灯丝加热电源整流后提供。因此相应的误差放大和控制电路可以使用低压元器件。

图1 T-reg概念图
这类串联型稳压电源总是三个元件组成。一个参照电压和一个是将参照电压与输出电压比较的误差放大器。误差放大器输出驱动调整管来保持输出电压稳定。
本电路中。参照电压来源于电阻R3.由浮动的恒流源T1驱动。晶体管T2和T3组成了误差放大器。这是一个差分放大器，是互补结构而不是对称结构，不用两个相同极性的晶体管对称放置而是两个互补的晶体管串接级联，但其工作原理是相同：
参照电压由T3输入，而输出电压在T2.如果输出电压开始降落到设置的电压值之下，T2开始难以导通，则跨接在R5两端的对于通过调整管(电子管)的驱动电压将会增加。这将转而提升了输出电压。
直到其再次恢复到设置电压值。当Vout变得太高的时候，调整管的驱动电压将会减少，从而向下降低输出电压Vout,直到恢复到原来的设置电压。由于除了差2个Vb-e电压差之外。Vout基本等于Vref。
在原理上你可以通过选择R3,设置输出电压为你所希望的任何值。相对于大多数传统设置来说这是个极大的优点。传统上，你得到的参照电压是Vout的一部分，在馈送它到误差放大器之前。从Vout分压一部分。如果你很想改变Vout,就需要改变这个分压比率。其缺点是。这也会改变控制环路的增益。
反过来。这又意味着输出电压的性能和稳定性改变。
如这里所作的，通过使参照电压等于输出电压。使电路的稳定性和性能不会随着输出电压而改变。
误差放大器电路相对于高性能运算放大器来说是很简单的。基于高增益电路的运算放大器性能与其本身的稳定性和补偿有关。事实上，如图2和图3所示，电路已经有相当高的性能。高性能的因素之一是误差放大器的负载电阻是从Vdrive到地的电阻R5.使用电子管做通过设备时。这个电阻是栅极电阻，大约为500kΩ(取决于电子管lo因此，即使在T2的基极和发射极之间很小的误差电压，都会引起相当大的矫正电流通过R5.进而在Vdrive上产生相当大的矫正电压。尽管电路简单，但回路增益相当大。

图2 T-reg阻抗曲线图

图3 T-reg的输出嗡嗡声和噪声曲线图
三、实际电路
这是一个电子管稳压器。这里有几件其他的事需要注意一是加电时电子管阴阳极电压的延迟施加，不仅仅对调整管也包括对放大器。整个电路(不包括调整管)都显示在图4中。ICl是一个标准的555定时器(CMOS)。在电源接通之后一段时间，它拉低了IC3中的LED.用R8和C3设置的延迟时间大约有30秒。一旦IC3中的这个LED导通，光电可控硅激活。并使晶闸管THl接通。将整流后的高电压施加到通过电子管上。

使用热灯丝电压。通过B1和C2滤波后为参考电压和控制电路做电源。最重要的一点是参考电压的'纯净'.如果参考电压上有~点嗡嗡声和噪音，它将会被误差放大器大倍数地放大。电流源T1通过LED D5得到这个参考电压Vee.而R1为1.3kQ,电流约为1mA,这使得参考采样电阻R3的选择很容易。对于你需要HV(高压)输出。每伏1kQ.
D5(LED)的作用像个电压源。为了进一步提高性能，它的偏压由恒流器件IC2(LM334)来提供。
电路中还有一些用于保护目的的元件。保险管F1用于高电压保护。此外还有晶体管保护问题，例如，如果高压被THl接通，在T1集电极上的参照电压需要通过C1充电的斜坡上升时间。D2/D8在开始时限制Vce保护T1的安全。由于同样的原因。对于T2的保护也是需要的：T2的Vce被D1限制到100v,这意味着Vdrive可以相对于Vout负100V以上。这是由电子管的阴极电压自给的。即使是低增益(10w-mu)三极管和低负载电流这个负压也足够了。R14在启动期间和瞬时条件下限制通过小信号晶体管的电流。
四、配置
由于这个电源在稳定输出电压方面有相当的通用性，也试图使得它在提供电流方面有一些灵活性。
整流器，参照电压和控制电路都装配一个PC板式的"母板"之上(见图5)o然后用一个小的可插拔的板子装载调整管和一些电阻。这个板子再插到母板上。这样就使这个稳压器可以根据负载电流要求选用不同的调整管。这里提供三种可插接的板子(见本文前的说明)：作为功率放大器，这个板子选用双三极电子管，大功率三极电子管或场效应管(当然，要配适当的功率变压器)。

图5主板的PCB.
型号为6080的电子管(替代型号FU一81 1)也可以装配在这个板子上，由于它的低增益，它的Zout会高一些，也会有高一些的嗡嗡声和噪音。但是如果你手边正好有这类器件，也可以使用它获得不错的效果。图中可插拔板子上装的是EL84/EL86型(68Q5/6BQ6)双三极管(替代型号6N5P)。和一个用做前置放大器的最大电流为50mA的小的五极管。最后对于那些希望得到"绿色"版本，并且节省10W功率和热电子管通过设备的人，这里还有一种带有耗尽型场效应管DN2540的板子。这块可插拔板上可以容纳两个DN2540及其散热片，其输出负载可以大于1A.取决于Vds下降引起的耗散。
可插板的电路在图6中显示。由于6528(6080)是双三极管，在大负载时有一个小阻值电阻来平衡电流。在使用DN2540的板子上有同样的情况，这种情况下使用了两个调整管来增加负载能力(如果你仅使用一个DN2540的话，可以短接平衡电阻)o可插板上还有栅极和门控电阻用来增加稳定性。在DN2540板子上有一个附加的100V/5W的齐纳二极管(D5/D6)来保护场效应管，在上电和负载瞬间变化时作为Vgs的保护二极管。它也有一个标准的散热片。这块扳子用标准的间距为0.1英寸(2.5mm)的PCB插头，并将插头切割为一定尺寸。
注意：当你使用场效应管作为调整管时，两个板之间不需要插头连接。用M3螺钉和12mm的立柱来固定。

五、性能
图2和图3显示了在音频范围内各种版本的输出阻抗和输出嗡嗡声和噪音。在典型负载下，20KHz带宽时各种版本的输出嗡嗡声和噪音都在500 u Vrms以下。DN2540由于具有高的跨导而性能最好，它还有其他优点，如：低电压降。DN2540在Vds为10或15V(取决于输入纹波)时工作很好。而电子管版则需要在阳极与阴极问有几十伏电压才能正常运行。这意味着，对于给定的变压器，DN2540能给出大于10-15V的直流输出。并且按比例减少损耗。但仅靠测量数据是不够的。在电子管放大器中为了得到无瑕的声音，你可能宁愿选择电子管稳压器。选择权是属于你的。图7显示出插拔板子的元件配置方案。

六、定制
如果你需要输出电压超过500V.可以使用额定值更高的二极管作D3,4,6,7;更高额定电压的电容作C6.C7.注意：二极管额定电压要至少两倍于整流后的电压峰值，最好更高些。你可以使用带有独立次级线圈的变压器。接到K1的第1、3针。
或者使用带抽头的次级绕组，抽头接到K1的2针。
当然在后一种情况下可以省略二极管D4和D6.板上在两个储能电容之间，预备了一个小电阻R10,用于去除高频毛刺和纹波。这个12Q的阻值对于电流大于100mA的负载来说可能有点大，因此你需要试验一下。降低滤波后电压的纹波而不会带来Vout按比例升高，因为随后Vref上的纹波会开始占优势。要点是很好地平衡性能。
通过选择R3来设置Vref,参照电流非常接近于1mA,所以Vref(按伏计)=R3(按kQ计)。
你也可以在K7处用一个外接电位器来设置输出电压。但要确认其额定电压为500V.最小Vout取决于通过设备所需的反向的栅极/开门驱动电压。如果你通过短接R3使得Vref=0V.DN2540就能很好地关闭，但6528将不会输出几伏电压(取决于负载)。因为它需要负的栅极偏置。
七、构建
这个电源中有几个位置带有可致命的电压和电流。其中包括DN2540的散热片。一定要很好地提醒注意用电安全。必要时寻求电子管电路的高手的帮助。在板上做任何事前，重复检查高电压输入已经断开或电源关闭。小心地用1kQ电阻将高压电容放电。为防止身体电流形成，当你用仪表探针或任何东西接触带电的板子时。另一只手要一直放在口袋里。记住：即使已经关闭电源，高压电容也可以产生危险的放电。
注意：电子管的灯丝电源也被用做参照和控制电路电源。并且浮动在稳压后的高电压上。在仪器中不能用这个灯丝电源绕组再为其他电子管供电。
如果你使用DN2540插拔板，参照和控制电路就还需要一个独立的浮动电源。你可以使用一个小的单独的5或6伏的变压器，次级要提供足够的绝缘允许其浮动到高于Vout的最大电压。
在主板上装配最好从小型元件开始，最后装比较大的电容。小心安装插针和直立的插头。它们安装比较容易。晶体管在插拔板的下面，由于高度受限制。要在板上向后水平折叠一下。同样输出电解电容C4和C5也要这样做。在没插入(插拔板)之前可以测试一下主板，以修改延时和整流器的工作情况。在加电时LED D10点亮，同时D5将在延时时间之后点亮。(D9将不会点亮，除非通过设备已经插上)。在延迟时间之后，K4也会接通。
如果主板正常，接着装上一个插拔板到主板上，然后检测整个组件。

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