Spannungswandler zur Stromversorgung der Photovervielfacherröhre. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Spannungswandler, Gleichrichter, Wechselrichter

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Hier beschreiben wir einen Spannungswandler, der eine Photovervielfacherröhre mit Strom versorgt, die Teil eines empfindlichen radiometrischen Komplexes ist. Die im Wandler integrierten Schaltungslösungen können bei der Entwicklung stabilisierter Stromversorgungen für viele andere elektronische Geräte verwendet werden.

Der Konverter, dessen Diagramm in Abb. dargestellt ist. 132 liefert eine Ausgangsspannung von 1000 V. Die Stabilität der Ausgangsspannung ist so, dass bei Schwankungen des Laststroms von 0 bis 200 μA die Änderung der Ausgangsspannung mit einem vierstelligen Digitalvoltmeter nicht erkennbar ist, d. h. schon 0,1 % nicht überschreiten.

Reis. 132. Schematische Darstellung eines Spannungswandlers (zum Vergrößern anklicken)

Das Gerät wird nach einer herkömmlichen Schaltung unter Verwendung eines umgekehrten Spannungsstoßes der Selbstinduktion zusammengebaut. Der im Schaltmodus arbeitende Transistor VT1 versorgt die Primärwicklung des Transformators T1 für eine Zeit von 10 ... 16 μs mit der Stromquellenspannung. Im Moment des Schließens des Transistors wird die im Magnetkreis des Transformators gespeicherte Energie in einen Spannungsimpuls von etwa 250 V an der Sekundärwicklung (ca. 40 V an der Primärwicklung) umgewandelt. Der Spannungsvervielfacher, gebildet aus den Dioden VD3-VD10 und den Kondensatoren C8 - C15, erhöht ihn auf 1000 V.

Die Steuerimpulse des Transistors VT1 werden von einem Generator mit einstellbarem Arbeitszyklus erzeugt, der auf den Elementen DD1.1-DD1.3 aufgebaut ist. Das Tastverhältnis der Impulse wird durch die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers DA1 gesteuert.

Die Ausgangsspannung des Wandlers wird über den Widerstandsteiler R1 - R3 dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers zugeführt und mit der durch die temperaturkompensierte Zenerdiode VD1 stabilisierten Referenzspannung verglichen. Im Moment des Einschaltens wird die Die Ausgangsspannung des Wandlers ist Null und die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers DA1 liegt nahe bei Null. Der Generator erzeugt Impulse maximaler Dauer. Mit dem im Diagramm angegebenen Verhältnis der Widerstände der Widerstände R9, R11, R12 liegt das Verhältnis der Dauer der Impulse positiver Polarität am Ausgang des Elements DD1.4 zu ihrer Wiederholungsperiode (Tastverhältnis) nahe bei 0,65. Wenn die Ausgangsspannung einen bestimmten Wert erreicht, steigt die negative Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers DA1, das Tastverhältnis nimmt ab und die Ausgangsspannung stabilisiert sich.

Beim Test des hier beschriebenen Wandlers variierte die Pulsdauer unter Last innerhalb der oben genannten Grenzen zwischen 10 und 12 μs und deren Folgefrequenz zwischen 18 und 30 kHz, was einem Tastverhältnis von 0,18 bis 0,4 entspricht. Der Stromverbrauch stieg von 22 auf 47 mA. Bei maximaler Belastung und Absinken der Versorgungsspannung auf 10,5 V erhöhte sich die Pulsdauer auf 16 μs bei einer Frequenz von 36 kHz, was einem Tastverhältnis von 0,57 entspricht. Ein weiterer Abfall der Versorgungsspannung führte zu einem Zusammenbruch der Stabilisierung. Bei einem Laststrom von 100 μA bleibt die Stabilisierung bis zu einer Versorgungsspannung von 9,5 V erhalten.

Der Kondensator C3 bildet den unteren Zweig des kapazitiven Teils des Ausgangsspannungsteilers. Ohne sie würde die Welligkeitsspannung vom Ausgang des Wandlers, die etwa 1 V entspricht, praktisch ohne Dämpfung über die Kapazität der Widerstände R1 und R1 zum Eingang des Operationsverstärkers DA2 gelangen. Der Kondensator C4 sorgt für einen insgesamt stabilen Betrieb des Wandlers. Diode VD2 und Widerstand R12 begrenzen das maximal mögliche Tastverhältnis. Die minimale Impulsdauer und das Tastverhältnis werden durch das Verhältnis der Widerstände der Widerstände R9 und R11 bestimmt. Wenn der Widerstandswert des Widerstands R9 abnimmt, nimmt das minimale Tastverhältnis ab und kann Null werden.

Die Stabilität der Ausgangsspannung unter verschiedenen Lasten wird durch die hohe Verstärkung in der Rückkopplungsschleife des Wandlers gewährleistet. Um einen stabilen Betrieb des Wandlers bei einer solchen Verstärkung zu gewährleisten, ist ein Kondensator C4 mit relativ großer Kapazität erforderlich. Dies führt jedoch zu einer Verlängerung der Dauer des Aufbaus der Ausgangsspannung bei abrupten Laständerungen. Die Aufbauzeit kann verkürzt werden, indem die Kapazität des Kondensators C4 verringert wird, indem ein Widerstand mit einem Widerstandswert von mehreren zehn Kiloohm in Reihe geschaltet wird oder einen Widerstand mit einem Widerstandswert von mehreren Megaohm parallel zu diesem Kondensator schalten.

Alle Teile des Konverters können auf einer Leiterplatte aus einseitiger Glasfaserfolie montiert werden, wie in Abb. Die Platine 133 ist hauptsächlich für die Installation von MLT-Widerständen konzipiert. Die Widerstände R1 - R3, R5 und R7, von denen die Langzeitstabilität des Wandlers abhängt, sind stabil C2-29. Der eingestellte Widerstand R6 ist SPZ-19a. Kondensator C1 - K53-1; C8, C15 - K73-17 für eine Nennspannung von 400 V, andere Kondensatoren - KM-5, KM-6. Die Wahl der Zenerdiode VD1 wird durch die Anforderungen an die Stabilität bestimmt. Die VD2-Diode ist eine beliebige Siliziumdiode mit geringer Leistung, und die Spannungsvervielfacherdioden (VD3–VD10) können KD104A sein. Die Mikroschaltung K561LA7 kann durch K561LE5, KR1561LA7, KR1561LE5 oder ähnliche aus der 564-Serie ersetzt werden.

Reis. 133. Leiterplatte des Spannungswandlers

Reis. 134. Zenerdiodenstromkreis

Der Transistor VT1 muss ein Hochfrequenz- oder Mittelfrequenztransistor sein, mit einer zulässigen Kollektor-Emitter-Spannung von mindestens 50 V und einer Sättigungsspannung von nicht mehr als 0,5 V bei einem Kollektorstrom von 100 mA. Um den Austritt des Mittelfrequenztransistors aus der Sättigung im ausgeschalteten Zustand zu beschleunigen, sollte die Kapazität des Kondensators C6 erhöht werden.

Der Operationsverstärker K140UD6 (DA1) kann ohne Änderung des Designs der Leiterplattenleiterbahnen durch einen KR140UD6 oder durch einen anderen mit Feldeffekttransistoren am Eingang ersetzt werden.

Der Transformator T1 ist auf einen Ringmagnetkern der Standardgröße K20 x 12 x 6 aus M1500NMZ-Ferrit gewickelt. Die Primärwicklung enthält 35 Windungen und die Sekundärwicklung enthält 220 Windungen PELSHO 0,2-Draht. Um die Kapazität zwischen den Wicklungen zu verringern, sollte der Sekundärwicklungsdraht in einer dicken Schicht verlegt werden und sich allmählich entlang des Magnetkreises bewegen, wobei die erste und die letzte Windung nahe beieinander liegen sollten. Die Primärwicklung ist einlagig und wird auf die Sekundärwicklung gewickelt. Die Polarität beim Anschluss der Wicklungsklemmen spielt keine Rolle.

Der Konverter sollte in dieser Reihenfolge konfiguriert werden. Trennen Sie die Primärwicklung des Transformators vom Transistor und verbinden Sie den oberen (gemäß Diagramm) Anschluss des Widerstands R3 über zwei Widerstände mit einem Gesamtwiderstand von 140 kOhm mit dem Minuspol der Stromquelle. Beim Drehen des Schiebers des Abstimmwiderstands R6 sollte sich das Tastverhältnis der Impulse am Ausgang des Elements DD1.4 (Monitor mit einem Oszilloskop oder einem Konstantspannungsvoltmeter, angeschlossen zwischen dem Ausgang dieses Elements und dem gemeinsamen Draht) schlagartig ändern vom Minimum (ca. 0,1 oder die Impulse können vollständig verschwinden) bis zum Maximum (0,65). Befestigen Sie den Trimmerwiderstandsmotor an der Position, an der dieser Sprung auftritt.

Anschließend den Konverter komplett montieren, an dessen Ausgang ein Voltmeter mit einem Eingangswiderstand von mindestens 10 MOhm anschließen und den Strom einschalten. Die Ausgangsspannung kann mit demselben Voltmeter und der Spannung am Widerstand R3 (5 V) oder einem mit diesem Widerstand in Reihe geschalteten Mikroamperemeter (50 μA) kontrolliert werden. Passen Sie anschließend die Ausgangsspannung des Wandlers mit dem Widerstand R6 an und überprüfen Sie die Stabilität seines Betriebs, wenn sich Last und Spannung der Stromquelle ändern.

Um die Geräusche des Wandlers zu reduzieren, ist dieser in einem Messinggehäuse untergebracht. Wenn eine stärkere Rauschunterdrückung erforderlich ist, kann ein einfacher RC-Filter in den Sekundärkreis des Wandlers und eine DM-0,1-Induktivität mit einer Induktivität von 400 μH und ein Passkondensator in den Primärkreis eingebaut werden.

Der beschriebene Konverter ist für den Betrieb mit einer stabilisierten 12-V-Stromquelle ausgelegt, bei der der Pluspol mit dem gemeinsamen Kabel verbunden ist. Ohne Änderungen an der Installation können Sie jedoch den Minuspol der Stromquelle an das gemeinsame Kabel anschließen.

Als Experiment wurde eine Version dieses Wandlers getestet, der von einer bipolaren Quelle von ±12 V gespeist wird. Sein Hauptteil ist nach der gleichen Schaltung aufgebaut, der Kondensator C1 (für eine Nennspannung von 30 V) mit halber Kapazität ist angeschlossen Zwischen den +12- und -12-V-Kreisen sind der untere (gemäß Diagramm) Ausgang des Widerstands R14 und der Ausgang der Primärwicklung des Transformators T1 mit dem +12-V-Kreis verbunden. Die Werte der ersetzten Elemente sind: R13 – 1,1 kOhm, C6 – 1600 pF, C7 – 430 pF, R14 – 2 kOhm. Transistor VT1 - KT815G. Die Windungszahl der Primärwicklung des Transformators T1 wird verdoppelt.

Wenn Sie eine nicht stabilisierte Stromquelle verwenden, reicht der Stabilisierungskoeffizient der R4VD1-Schaltung möglicherweise nicht aus. In diesem Fall sollte der Stromkreis der Zenerdiode gemäß dem in Abb. gezeigten Diagramm ausgeführt werden. 134. Die HL1-LED dient als Betriebsanzeige.

Autor: Birjukow S.

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