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膽機用穩壓電源的設計與制作

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推薦 兩壺居士 發表于 2014-12-4 20:57:46 | 只看該作者 |只看大圖 |閱讀模式 打印 上一主題 下一主題
本帖最后由 兩壺居士 于 2014-12-4 20:57 編輯

膽機用穩壓電源的設計與制作
由于制作膽機的需要,最近自己設計了一臺多路高壓穩壓電源。
本來,制作穩壓電源是一個古老的課題,現成的集成穩壓塊也很多,最常見的就有LM317、337系列,但集成電路穩壓器的最高輸入電壓不過40V,輸出電壓也不過30多伏,離膽機要求的幾百伏相去甚遠。如上所述,這就要求自己用分立件設計一臺合乎要求的高壓穩壓電源。
作為膽機用的萬能電源,需要供給燈絲的電源、屏極高壓正電源、簾柵高壓正電源和柵極負偏壓電源。除燈絲用交流供電外,其余三路都要直流可調穩壓電源,以滿足不同電子管的需要。其中不同電子管所需屏極電源,低者至少要數十伏,高的如FU-5型電子管的陽極電壓上至一兩千伏。我們升斗小民,高大上的電子管玩不起,一般所用的管子也就幾百伏,所以我設計的穩壓電源最高輸出電壓定為500V左右,分四檔連續可調,最大輸出電流定為250mA;簾柵電壓略低,電流也小些;柵極則需要負電壓,初步設計定為0~-120V,這樣應付普通的膽機電路也該可以了。
穩壓電源的最關鍵元件就是調整管。要制作高達500V左右的穩定電源,可以采用的方案大致有下面幾種:
1.  調整管和取樣放大管都用電子管,也許還包括充氣穩壓管以及膽整流管;
2.  調整管和取樣放大管都用高反壓晶體三極管,要求BUCBO>1kV,BUCEO>600V;
3.  調整管和取樣放大管都用場效應管,要求耐壓1kV;
4.  調整管用高反壓管,放大管用低壓管,其間用光耦聯系。
如果采用第一種方案,則光用于調整管和放大管的燈絲耗電就需要20~30W,如果整流也用膽管,則每只整流管又得追加10W左右。而且膽管所占空間較大,產生的熱量也相當可觀,屏陰間至少有20~30V的電壓降,其總體效率很低。再說,相應的充氣穩壓管也不太好買。如果要求零伏起調,電路仍然比較復雜。這種方案唯一的優點是電子管的過壓與過載能力是晶體管不能比擬的。
第二、三種方案大同小異,不僅調整管要求高反壓,而且取樣放大管也要求高反壓,滿足這種要求的管子不太好買。兩者相比,場效應管為電壓控制器件,所以取樣放大管的工作電流可以設計得很小,因而整體功耗更小。
不論普通三極管或場效應管,其過壓過載能力都很差,所以需要完善的保護電路,故電路較電子管穩壓器復雜。
第四種方案僅調整管需要高反壓,取樣放大只需耐壓很低的三極管,兩者之間的控制用光耦聯系。所以這種方案除調整管外,對其他元件的要求都很低,它能輸出的最高電壓僅取決于調整管的耐壓值,最高輸出電壓可以輕松設計到1kV以上。但這種方案也有一個缺點:它的電壓的取樣比(輸出電壓與加在放大管基極上的那部分電壓的比值,圖2、3中的UB/UO)很小,這樣會使電壓調整率降低,穩壓電源的內阻增加。
四種電路分別見圖1~圖4。
file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image048.jpg



權衡以上四種電路的利弊,決定選圖2所示的類型。因為比較起來,晶體管電路還是成熟些,如果輸出電壓只500V左右,還是可以找到耐壓足夠的器件的,制作成功應該沒有問題。我設計的電路見下圖:



從圖中可見,穩壓電源共有兩路:一路是0~500V輸出的正電壓,最大負載電流為250mA。這路輸出供屏極電源用,分成4檔:0~130V、120~250V、240~380V、370~500V。每檔輸出電壓都連續可調,用數字電壓表和數字電流表顯示。
另一路是柵極負偏壓,只一路:0~-130V,最大輸出電流也是250mA。當然,作為柵極負壓,是幾乎不消耗電流的,即使是乙類功放,消耗電流也不會很大。我之所以將電流設計得和屏極電源一樣大,是考慮到,萬一屏極500V還嫌不夠,那么將它和負電源串聯起來使用就可以達到600V以上。
負電源只有130V的輸出,這路所用的晶體管,耐壓完全沒有問題。所以我們選擇器件,主要是針對500V這路而言。當分檔開關S1置于交流400V時復合調整管VT1、VT2所承受的輸入電壓最高時接近600V;放大管VT4、VT5實際承受的電壓也達到500V以上。據此,我選用電視機的行管D1403做VT1,D1403的BVCBO達1.4kV,BVCEO達800V,最大允許功耗為120W;選BUT12擔任VT2、VT4和VT5,據商家說,BUT12的反向擊穿電壓可達1kV,拿回家實測BVCEO約600V左右,耐壓的余量似乎還不多,但確實找不到耐壓更高的管子了,也只好讓它披掛上陣。
晶體管是種很嬌氣的元件,瞬間的過壓和過載都可能會使它化為一縷青煙,所以在輸出端加了限流型保護電路。圖中還畫了晶閘管的截流型保護電路,但實際的作品中沒有加上,只有VT3組成的限流型保護。
VD2、VD5也是起保護作用,防止放大管的BE結出現高的反向電壓。C4、C13是防止在電壓分檔開關換檔或電位器接觸不良時,放大管的基極瞬間懸空。
負輸出穩壓電源中,復合調整管和放大管要用到PNP型高反壓管,這里選用KSP92,商家說它的耐壓有200V,回家沒有測試,直接就裝上使用了,貌似還經受住了考驗。
輸出的電壓、電流指示分別用500V的數字電壓表和500mA的數字電流表,它們需要單獨用5V電源供電,圖中沒有畫出。
兩路的調整都用多圈電位器,很平穩。

制作從變壓器開始,制作骨架,繞線,浸漆,各種工藝一樣都不能少,骨架是復銅板板拼成的。


正在繞制的變壓器


初次級之間用銅箔加個靜電隔離層


在線包上畫標記

下圖是已經繞好的變壓器。


浸絕緣漆,要在在電磁爐上煮一會,將氣泡排除。


浸漆后曬干(沒有烘箱,只好勞駕太陽公公了)。浸漆烘干前,有點銹跡斑斑。


用一個光驅的外殼做底盤,制作的中間過程沒有留下照片,只好把成品內外都看一下。


從下圖可以看到,浸漆后的變壓器面貌已煥然一新。


各部分元件


面板上旋鈕和開關的排列


電源分四路連續可調,正高壓最低輸出0V,最高輸出520V


做好的高壓穩壓電源已現在經在我的書架一隅安身立命,不僅人住的是蝸居,連電源也受到主人的連累。下圖顯示的是負電壓最高輸出-134V。


高壓穩壓電源完工后的第一件任務就是用來測試6C19的輸出特性。現在顯示的是柵負壓。(注意電壓表下面開關的位置!)


這次顯示的屏極正電壓的值Ua=100V,右邊顯示的屏極電流Ia=90mA。電流表由于取用電源的關系,以流出穩壓電源的為負,不要誤會它是負電源,負電源一路沒有電流指示。


部分測試記錄


    這是根據測試結果描繪的6C19的特性曲線,并且以此為依據設計的低頻放大器的參數.


      這個高壓穩壓電源基本上是滿意的,它可以作為各種電子管的高壓電源(屏極和簾柵極電源),同時也可以作測試電子管特性曲線的實驗電源。輸出用數字電壓表和數字電流表顯示,十分方便和精確。


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2#
王棟春 發表于 2014-12-4 21:07:49 | 只看該作者
很好的DIY,樓主繞制的變壓器很專業呀,那個屏蔽層的繞制很到位,不過個人感覺浸漆鐵芯會使變壓器鐵損增加,我繞制變壓器都是浸線圈,個人意見僅供參考
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3#
 樓主| 兩壺居士 發表于 2014-12-4 21:22:52 | 只看該作者
本帖最后由 兩壺居士 于 2014-12-4 21:25 編輯
王棟春 發表于 2014-12-4 21:07
很好的DIY,樓主繞制的變壓器很專業呀,那個屏蔽層的繞制很到位,不過個人感覺浸漆鐵芯會使變壓器鐵損增加, ...

我剛好認為浸漆后損耗會變小,浸漆前測得變壓器空載電流約0.2A,浸漆后,空載電流小于0.1A.
浸漆對鐵芯起到緊固作用,使工作時產生的機械振動聲減小,因而也減小了消耗在這上面的能耗.
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4#
共和國同齡人 發表于 2014-12-4 21:43:48 | 只看該作者
學習膽機的好資料,我復制收藏了,謝謝版主
關于浸漆過去我老師教纏繞變壓器時就要求鐵芯與線包一起浸漆,其目的是防潮和防止鐵芯松動產生噪音,實際使用,也要求單片矽鋼片兩面也應刷絕緣漆!
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5#
王棟春 發表于 2014-12-4 22:09:07 | 只看該作者
看來對于這個我也做過測量,結果卻于二位的不同,改天繞制變壓器時再測試一下
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6#
windowspp 發表于 2014-12-5 07:50:54 | 只看該作者
好高的電壓啊。。。收藏。。。
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7#
 樓主| 兩壺居士 發表于 2014-12-5 07:58:53 | 只看該作者
windowspp 發表于 2014-12-5 07:50
好高的電壓啊。。。收藏。。。

如果采用光耦,最高可超過1000V
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8#
reniya 發表于 2014-12-5 09:12:03 | 只看該作者
收藏了,備用。多謝分享。
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9#
alex_q 發表于 2014-12-5 13:08:51 | 只看該作者
做工很犀利,多謝前輩分享!
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10#
Wspring 發表于 2014-12-5 14:34:36 | 只看該作者
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