T-reg Un regulator de înaltă tensiune pentru amplificatoare de tub audioXpress
De ce este o sursă de alimentare reglementată pentru circuite (tubulare) un lucru bun? Dacă te uiți la un circuit, vezi o sursă de curent continuu care alimentează etapele. Presupunerea implicită este că sursa de curent continuu este doar aceea - puterea de curent continuu, fără zumzet, zgomot și ondulare de la frecvența semnalului. Dar nu este cazul, desigur. Există undă și zgomot de la rețea prin redresoare și circuite de netezire. Chiar dacă devii fantezist cu circuitele C-L-C și așa mai departe, nu este niciodată complet curat. Iar curentul de sarcină care variază în funcție de frecvența semnalului circulă prin rezistența internă a sursei, iar dl. Ohm ne-a arătat că rezistența curentului × provoacă o tensiune legată de semnal pe sursă. Este atât de rău?
Fiecare amplificator are o proprietate numită raportul de respingere a sursei de alimentare (PSRR), care este o măsură a cantității de undă și zumzet de pe sursă care curge până la ieșire. Desigur, variază în funcție de topologia amplificatorului, dar este întotdeauna acolo. Circuitele cu un singur capăt sunt deosebit de sensibile la acest lucru. Deci, o sursă reglementată care minimizează ondularea, zgomotul și zumzetul pe linia de alimentare este destul de utilă pentru un sunet curat și nedistorsionat. Mai ales dacă poate fi mult mai bun, mai mic și mai ieftin decât un circuit clasic C-L-C.
Soluția
Ideea pentru acest proiect mi-a venit când lucram la o sursă de alimentare de laborator Lambda 250V din anii 1970. După ce am petrecut câteva ore pe el, am găsit problema: un regulator de tensiune IC defect, un Lambda FBT-00031 cu 14 pini. Suportul tehnic de la Lambda a oferit cu amabilitate o singură foaie de specificații pentru cip. A durat câteva săptămâni până când cineva de pe Internet a identificat cipul ca un Motorola MC1466L remarcat (Fig. 1), care era învechit, desigur.
Am găsit două surse NOS: una în Orientul Îndepărtat în valoare de 280 USD fiecare pentru o comandă minimă de patru, cealaltă în Germania din apropiere pentru 6 euro fiecare. Am comandat un cuplu, am înlocuit cipul și alimentarea a funcționat perfect. Am găsit abordarea conceptuală a acestui cip, cu un amplificator de eroare plutitoare și o setare de referință cu un singur rezistor, atât de interesant încât am decis să văd dacă îl pot aplica unui regulator de tuburi de înaltă tensiune.
Conceptul circuitului meu este prezentat în Fig. 2. Acesta este un regulator de înaltă tensiune, dar aș dori să evit cât mai multe dispozitive și piese relativ rare și costisitoare de înaltă tensiune. De aceea există o sursă separată de joasă tensiune, plutind deasupra ieșirii de înaltă tensiune. Această sursă de joasă tensiune, alimentată de la încălzitorul cu tub rectificat, rulează circuitele de referință și de control, care pot fi de joasă tensiune.
Acest tip de regulator constă din aceleași module. Există întotdeauna o tensiune de referință și un amplificator de eroare care compară tensiunea de referință cu (un eșantion de) tensiunea de ieșire. Amplificatorul de eroare acționează apoi elementul de trecere pentru a controla ieșirea.
Cum functioneaza
În circuitul meu, tensiunea de referință provine de la rezistorul R3, condus de la sursa Q1 de curent constant plutitor. Q2 și Q3 formează amplificatorul de eroare. Este un amplificator diferențial, dar cu dispozitive complementare mai degrabă decât amplificatorul diferențial mai obișnuit cu două dispozitive similare. Dar funcționează la fel: referința este intrată la Q3 și reglată tensiunea de ieșire este intrată la Q2.
Dacă tensiunea de ieșire scade sub valoarea setată, Q2 va începe să conducă mai mult și va crește tensiunea de acționare pentru dispozitivul de trecere pe R5, care, la rândul său, mărește ieșirea până când este din nou la valoarea setată. În mod similar, când Vout devine prea mare, unitatea este redusă, coborând Vout înapoi la valoarea setată. Deoarece Vout este egal cu Vref, cu excepția unui offset 2-Vbe, în principiu puteți seta tensiunea de ieșire la orice doriți, selectând doar R3. Acesta este un mare avantaj pentru setările mai tradiționale.
În mod tradițional, ați avea o tensiune de referință care este o fracțiune din Vout, apoi împărțiți Vout în Vref înainte de al alimenta în amplificatorul de eroare. Dacă doriți să modificați Vout, trebuie să modificați raportul de divizare. Dezavantajul este că acest lucru modifică și câștigul buclei buclei de control, ceea ce înseamnă din nou că performanța și stabilitatea se schimbă odată cu tensiunea de ieșire. Folosind o tensiune de referință egală cu Vout, așa cum am făcut, stabilitatea și performanța circuitului nu se schimbă odată cu tensiunea de ieșire.
S-ar putea să vă întrebați de ce eroarea amplificatorului este un circuit atât de simplu. Cu siguranță, utilizarea unei performanțe ridicate pe amplificator aici crește performanța, dar nu enorm. Și astfel de circuite cu câștig foarte mare bazate pe amplificatoare operaționale își aduc propriile probleme cu stabilitatea și compensarea, de exemplu. De fapt, circuitul este deja destul de performant, așa cum se arată în Fig. 3 și 4.
Un motiv pentru performanța bună este că rezistența de încărcare pentru amplificatorul de eroare este rezistența de la Vdrive la masă, R5. Folosind un tub ca dispozitiv de trecere, acest rezistor formează rezistorul de rețea, care ar trebui să fie în jur de 500kΩ, în funcție de dispozitiv. Deci, chiar și o eroare foarte mică între B și E din Q2 va duce la un curent de corecție relativ mare prin R5 și, astfel, la o tensiune de corecție destul de mare la Vdrive. Acest câștig de buclă este destul de mare, în ciuda circuitului simplu, așa că am decis să nu folosesc un amplificator op.
Alte considerente
Acesta fiind un regulator de tuburi, există câțiva alți factori de luat în considerare. Una este aplicarea întârziată a tensiunii anodice, nu doar pentru dispozitivul de trecere, ci și pentru amplificatorul care trebuie furnizat. Circuitul complet (fără dispozitivul de trecere) este prezentat în Fig. 5. U1 este un temporizator standard 555 (CMOS) care trage LED-ul în U4 la ceva timp după ce ați pornit alimentarea.
Întârzierea este setată de R8 și C3, iar cu valorile date este de aproximativ 30 de secunde. Puteți să-l scurtați scăzând valoarea lui C3 sau să-l măriți prin creșterea R8. În funcție de scurgerea C3, 1MΩ este probabil valoarea maximă pentru R8. Odată ce LED-ul din U4 este aprins, opto-triacul se va declanșa și va porni tiristorul U3, care va aplica tensiunea înaltă rectificată tubului de trecere (J4). Deoarece tubul de trecere are nevoie de o tensiune de încălzire, am folosit-o și pentru a alimenta circuitele de referință și de control prin redresorul BR1 și condensatorul C6.
Un factor important este „curățenia” tensiunii de referință. Dacă există zgomot sau zgomot pe referință, acesta va fi fidel duplicat de amplificatorul de eroare de pe ieșire. Sursa de curent Q1 își obține referința Vbe prin LED-ul D5. R1 fiind de 1,3kΩ, curentul de referință este aproape exact de 1mA, ceea ce face ușoară selectarea rezistorului de referință R3: doar 1kΩ pentru fiecare ieșire de volți dorită.
LED-ul D5 acționează ca o sursă de tensiune și este destul de curat. Cu toate acestea, primul prototip nu avea regulatorul de curent U2, ci doar un rezistor pentru a seta curentul LED. Zumzetul de pe sursa de control a provocat zumzet pe rezistorul de polarizare a LED-ului, ceea ce a provocat un zumzet foarte mic în jurul LED-ului, dar suficient pentru a apărea în referință. De asemenea, am observat că tensiunea de ieșire a scăzut cu câțiva 100mV cu schimbări de sarcină de 100mA. Motivul: atât sursa de înaltă tensiune, cât și sursa de încălzire provin de la același transformator.