|
Большая часть усилительных схем, которые применяются в осциллографах и аудиоаппаратуре, относится к классу А, поэтому
они характеризуются почти неизменной величиной потребляемого тока. Одной из функций стабилизатора напряжения является поддержание
постоянного значения выходного напряжения при изменениях тока нагрузки, однако, если ток нагрузки меняется очень незначительно,
то тогда большая часть затрачиваемой стабилизатором энергии тратится непроизводительно. Например, стабилизатор предназначен
для нагрузки с током в рабочей точке, составляющим 100 мА, однако, при определенных обстоятельствах ток может возрасти до
150 мА, либо упасть до 50 мА. Можно рассчитать схему стабилизатора, предназначенного для тока в 150 мА, однако, это, скорее
всего, потребовало бы использовать более мощную проходную лампу. Вместо этого можно зашунтировать последовательно включенную
проходную лампу стабилизатора резистором, который
позволит протекать лишним 50 мА тока непосредственно в нагрузку. В этом случае при полной нагрузке проходная лампа должна
будет пропускать ток величиной всего 100 мА. Однако, когда ток нагрузки будет составлять 50 мА, то требуемое значение тока
будет обеспечиваться только за счет шунтирующего резистора, но при этом может возникнуть опасность для стабилизатора выпасть
из режима стабилизации. Поэтому, последнее условие накладывает ограничение на максимальное значение тока, который может
быть пропущен через шунтирующий резистор.
Введение в схему шунтирующего резистора несколько увеличивает уровень пульсаций, так за его счет происходит ввод части
несглаженного высоковольтного напряжения в схему, однако, в силу того, что выходное сопротивление стабилизатора напряжения
не превышает, как правило, величины 1 Ом, действие делителя напряжения значительно ослабляет добавляемую часть пульсаций.
В качестве примера на рис. 6.38 приводится схема, в которой использованы два способа модификации схемы стабилизатора.
Однако для стабилизатора напряжения характерны и некоторые другие особенности, позволяющие улучшить его рабочие характеристики.
Как указывалось ранее, применение неоновой газоразрядной лампы в качестве источника опорного напряжения характеризуется
очень высоким уровнем шумов, однако, так как выбор был остановлен на использовании дифференциального усилителя, неоновая
лампа будет работать на входе высоким значением сопротивления, поэтому для снижения шума можно ввести в схему фильтр. Конденсатор,
который прежде включался параллельно источнику опорного напряжения, был удален из схемы из-за опасности, что он вызовет
генерацию при возбуждении выбросами (скачками) напряжения (ранее они подавлялись за счет резистора rk
самой лампы). Более того, ток, протекающий по неоновой лампе-стабилитрону, служащей источником опорного напряжения, был
уже стабилизирован до предпочтительного значения рабочего тока, в силу чего скачки окажутся минимальными.
Анодные напряжения ламп типа ЕСС83, используемых в схеме дифференциального усилителя, составляют 209 В, и, хотя казалось
бы, что вполне возможно было бы подать эти напряжения непосредственно на сетку пентода EF91, при этом оказалось бы, что
необходимые напряжения на катоде составили бы примерно 213 В. Это не только вызвало бы проблемы, связанные с большим значением
напряжения между катодом и подогревателем Vhk, но также снизило бы коэффициент усиления за счет
необходимости иметь высокое значение сопротивления для резистора Rk. Чтобы уменьшить влияние данной
проблемы, значение катодного напряжения Vk было уменьшено до точно такого же значения, которое использовалось
для питания катодов лампы ЕСС83, что позволило также использовать для них общий источник питания. Можно было бы просто
подключить катодный резистор на землю, однако, делитель напряжения, включенный параллельно стабилизированному выходу, может
устанавливать необходимое значение напряжения и обеспечивать значительно меньшее значение выходного сопротивления эквивалентной
схемы замещения Тевенина (15 кОм по сравнению с сопротивлением 800 кОм). Принципиальная роль данного резистора заключается
в том, что он снижает общее усиление каскада, поэтому необходимо как можно меньшее значение сопротивления для того, чтобы
обеспечить максимальное значение усиления с разомкнутой петлей обратной связи в стабилизаторе напряжения.
Рис. 6.38 Оптимизированная схема лампового стабилизатора напряжения
Для связи анода лампы ЕСС83 с лампой EF91 необходимо использовать делитель напряжения, чтобы снизить напряжение с 209
В до значения 90 В, таким образом приносится в жертву примерно 7 дБ усиления по постоянному току петли с разомкнутой обратной
связью. Однако данная жертва является полностью оправданной, так как коэффициент усиления восстанавливается быстрее за счет
снижения напряжения Vk (и снижения локальной обратной связи) на лампе EF91 по сравнению с той потерей,
которая вызвана делителем напряжения. В конце концов, выбор величины напряжения Vk обычно определяется
величиной предельного напряжения между катодом и подогревателем, Vhk. Тем ни менее, можно восстановить
усиление по постоянному току, если параллельно верхнему резистору включить конденсатор.
У лампы ЕСС83 дифференциального усилителя имеется вывод, через который задается постоянная по величине токовая нагрузка.
Если бы использовался источник питания с симметрично распределенными шинами, то можно было бы просто использовать общий
резистор цепи питания дифференциального усилителя, имеющий большое значение сопротивления, подключенный к противоположенному
источнику питания, однако в случае общего источника питания необходимо использовать элемент, задающий постоянную токовую
нагрузку.
В итоге, из-за сильно возросшего коэффициента усиления разомкнутой петли обратной связи стабилизатор напряжения имеет
намного меньшее значение выходного сопротивления по постоянной составляющей, чем это было раньше (менее 10 МОм), поэтому
он должен иметь соответствующе большое значение шунтирующего конденсатора, чтобы обеспечить низкое значение выходного импеданса
на высоких частотах. Электролитический конденсатор с низким значением эквивалентного последовательного сопротивления, предназначенный
для использования в импульсных источниках питания, является идеальным вариантом.
Как можно видеть из изложенного материала, очень многое может быть сделано для улучшения работы схемы лампового стабилизатора
напряжения, однако все это достигается за счет значительного усложнения исходной схемы.
|
