Zasilacze laboratoryjne
Do prób i doświadczeń z lampami, budowania układów doświadczalnych, zdejmowania ich charakterystyk lamp bardzo przydatne są zasilacze laboratoryjne.
Najprostsze zasilacze laboratoryjne
Nawet bardzo prosty zasilacz wykonany z typowego transformatora od odbiornika radiowego uzupełnionego o prostownik i filtr da zaskakująco duże możliwości doświadczeń. Dostarczy on napięcia anodowego o wysokości około 250V i źródła zasilania dla paru lamp, co wystarcza nawet do dosyć złożonych eksperymentów. Nieco bardziej uniwersalne są układy ze specjalnie nawiniętym transformatorem, który posiada odczepy na uzwojeniu anodowym umożliwiające regulację napięcia i kilka uzwojeń żarzenia, przeznaczonych do zasilania żarzenia lamp o różnym jego napięciu. Tego typu układy były niegdyś publikowane w różnych poradnikach i prasie radioamatorskiej[1].
Większą elastyczność zapewniają zasilacze o regulowanym płynnie napięciu wyjściowym, na przykład od kilkudziesięciu do paruset woltów, a dostarczające prądu rzędu kilkudziesięciu miliamperów. Takie zasilacze można (i warto) zbudować na lampach - tym bardziej, że półprzewodniki źle znoszą nawet krótkotrwałe przepięcia i przeciążenia, a w układach lampowych, pracującymi z wysokimi napięciami o nie nietrudno. Można uzupełnić go o woltomierz i amperomierz otrzymując w ten sposób naprawdę użyteczny przyrząd.
W praktyce spotyka się całe spektrum konstrukcji, od stosunkowo prostych, aż do naprawdę złożonych przyrządów laboratoryjnych o bardzo dużej stabilności i dokładności.
Układ z prostownikiem na triodach
To chyba najprostszy z możliwych regulowany zasilacz napięcia anodowego. Można w nim zastosować praktycznie dowolne triody średniej mocy, a także pentody połączone w układzie triody. Z lampami 6S19P i przeciętnym transformatorem od odbiornika radiowego z prostownikiem lampowym da się uzyskać napięcie wyjściowe do około 300V przy prądzie rzędu 50 -70mA. Podwójny potencjometr 0.5-1MOhm powinien być odpowiednio duży, by wytrzymał napięcie kilkuset woltów. Ze względu na lepsze parametry przy zmianach obciążenia można zastosować filtr z wejściem indukcyjnym (jak na rysunku). Jeżeli zastosujemy filtr z wejściem pojemnościowym otrzymamy większe napięcie, ale i większe jego zmiany przy zmianach prądu obciążenia. W praktycznym układzie warto końcówki sekcji potencjometrów przyłączyć do anod połączyć przez oporniki, których wartość dobieramy tak, by cały zakres obrotu potencjometru pokrywał się z użytecznym zakresem zmian napięcia wyjściowego.
Zasilacze wtórnikowe
Osobna strona - zasilacz wtórnikowy
Zasilacz wtórnikowy to po prostu układ wtórnika katodowego. Na siatkę przykłada się stałe napięcie, a obciążenie łączy w katodzie lampy. Regulując napięcie na siatce można zmieniać napięcie wyjściowe zasilacza. Mimo, że układ taki charakteryzuje się mizernymi parametrami (duży opór wewnętrzny i brak stabilizacji napięcia) był używany w prostych zasilaczach regulowanych.
Stabilizatory parametryczne
Osobna strona - jarzeniówka stabilizacyjna
Parametryczny stabilizator napięcia to prosta metoda uzyskania źródła zasilania o stabilności wystarczającej do większości typowych zastosowań. jego zaletą jest bezkonkurencyjna prostota - składa się w zasadzie z dwóch elementów: rezystora i stabilitronu (lub diody Zenera). Jest też odporny na zwarcia. Ma też oczywiście wady: stabilizowane napięcie ustalone przez typ stabilitronu bez możliwości jego regulacji i niską sprawność, szczególnie we współpracy ze zmiennym obciążeniem.
Zasilacze stabilizowane
Osobna strona - stabilizator szeregowy
Najprostszy stabilizator ze wzmacniaczem na pentodzie
Bardzo powszechnie stosowany był układ stabilizatora z lampą szeregową i wzmacniaczem błędu na pentodzie. Jako lampę szeregową najlepiej zastosować specjalną triodę do tego celu: 6S19P, 6S33S, 6080, 6AS7. Mogą być również inne triody mocy i pentody włączone w układzie triody, ale maksymalne uzyskane napięcie będzie trochę niższe. Jako pentody nadaje się większość pospolitych lamp, na przykład EF80 albo EF86. Ich punkt pracy dobiera się zwykle przy bardzo małym prądzie anodowym (poniżej 1mA). Napięcie anodowe często znacznie przekracza dopuszczalne katalogowe, ale w praktyce lampy to doskonale znoszą (pod warunkiem utrzymania odpowiednio niskiego napięcia na drugiej siatce).
Półprzewodnikowo
Nic nie stoi na przeszkodzie by do zasilania układów lampowych wykorzystać urządzenia zbudowane o półprzewodniki. Tu również mamy wiele możliwości, od najprostszych do złożonych przyrządów laboratoryjnych.
Zasilacze parametryczne z diodami Zenera to najprostsze rozwiązania. Za pomocą kilku elementów można stabilizować praktycznie dowolne napięcie wynikające z zastosowanych diod, przy prądzie rzędu paru miliamperów.
Przy nieco większych prądach lepiej zastosować układ z wtórnikiem źródłowym (korzystniejszy od wtórnika emiterowego, gdyż w tranzystorach polowych nie ma zjawiska wtórnego przebicia bardzo ograniczającego zakres użytecznych napięć pracy).
Półprzewodnikowe zasilacze stabilizowane najłatwiej realizować z użyciem scalonych stabilizatorów monolitycznych. Wysokonapięciowe są drogie i nieliczne, ale można wykorzystać standardowe stabilizatory i odpowiednie tranzystory. Układ przedstawiony na schemacie charakteryzuje się użyciem tylko układu Darlingtona wysokonapięciowego i nie wymaga pomocniczych napięć zasilających[2]. Możliwe do uzyskania stabilizowane napięcie zależy jedynie od typu zastosowanego tranzystora. Również i w tym przypadku większe napięcia łatwiej uzyskać z użyciem wysokonapięciowych MOSFETów mocy.
Zasilacze komercyjne
Polska klasyka
P307
P307 to jedne z pierwszych powojennych polskich zasilaczy laboratoryjnych. Miały dosyć prymitywny układ wtórnikowy. Dały początek paru bardzo zbliżonym urządzeniom, ale szybko zostały zastąpione przez dużo bardziej złożone i przecyzyjne urządzenia. Cztery lampy 6L6 pracują równolegle w układzie wtórnika triodowego i zapewniają prąd wyjściowy do 200mA przy napięciu regulowanym do 500V.
Zasilacz anodowy typ 2
Osobna strona - Zasilacz Anodowy Typ 2
Zasilacz Anodowy typ 2 produkcji Biofiz z Poznania to bywalec szkolnych pracowni - nie jest przyrządem laboratoryjnym z prawdziwego zdarzenia, ale służył do zasilania szkolnych zestawów demonstracyjnych.
Zasilacz posiada dwa wyjści napięcia anodowego: ustalone 300V i regulowane do 250V. Nie jest stabilizowany, ale ma bardzo prosty układ wtórnikowy. Do tego zapewnia ujemna napięcie siatkowe i kilka najczęściej spotykanych napięć żarzenia. Jego parametry są (niestety!) wyjątkowo kiepskie - na przykład napięcie oznaczone Ua=300V przy zmianach obciżenia od minimalnego do maksymalnego zmienia sie od 440 do 310V... Jakość wykonania również nie jest rewelacyjna, niektóre elementy wręcz wiszą na drutach, ale jest doskonałym materiałem do "tuningu", po którym może stać się naprawdę niezłym przyrządem.
Przykłady światowe
Heathkit
Firma heathkit produkowała zarówno urządzenia powszechnego użytku (na przykład wzmacniacze), jak i sprzęt łączności czy pomiarowy. Wśród nich znajdowało się kilka zasilaczy lampowych, które zasługują na uwagę, gdyż są stosunkowo proste, a mają dobre właściwości użytkowe. Nadają się doskonale również jako inspiracja do własnych konstrukcji.
PS-3 - to regulowany zasilacz napięcia anodowego w układzie stabilizatora szeregowego z lampami regulacyjnymi włączonymi jako triody. Ujemne napięcie odniesienia umożliwia regulację napięcia wyjściowego od zera. Zasilacz posiada też wyjście napięcia żarzenia 6,3V.
Zasilacz PS-4 posiada istotne ulepszenia w stosynku do poprzedniego moedelu. Wyprowadzono regulowane za pomocą potencjometru ujemne napięcie siatkowe. Lampy szeregowe połaczono w układzie pentody zasilając siatki ekranujące z osobnego uzwojenia na transformatorze. Również z osobnego uzwojenia z prostownikiem pełnookresowym zasilany jest układ ujemnego napięcia odniesienia. Praktycznie identyczną konstrukcję ma również popularny zasilacz laboratoryjny IP-17, różni się on praktycznie jedynie wyprowadzonym dodatkowym uzwojeniem żarzenia o napięciu 12,6V.
Hewlett-Packard
HP produkował liczne typy zasilaczy, jedynie pierwsze z nich były urządzeniami stosunkowo prostymi, większość to już złożone przyrządy o dużej stabilności i precyzji. Spośród prostszych bardzo popularny był zasilacz 711A, posiadający wyjścia żarzenia 6,3V (dwa) i regulowanego napięcia anodowego. Posiada magnetyczny wyłącznik przeciążeniowy i dodatkowy układ stabilizatora ujemnego napięcia odniesienia.
Propozycje amatorskie
Konstrukcje lampowych zasilaczy amatorskich omawiane są na forach dyskusyjnych [3] i prezentowane na stronach internetowych [4], również w zupełnie uwspółcześnionych wersjach półprzewodnikowych [5].
Nic nie stoi na przeszkodzie, by wykorzystać do celów zasilania układów lampowych całkiem współczesne rozwiązania zasilaczy, na przykład w postaci przetwornic DC/DC.
Radio i Radioamator
Regulowany..., Radio 12/1949[6] Bardzo prosty zasilacz regulowany w układzie wtórnikowym bez stabilizacji.
Stabilizowany..., RiK 6/1969[7]. Konstrukcja jest jeszcze stosunkowo prosta, a posiadająca parametry wystarczające dla większości potrzeb hobbistów. Zasilacz anodowy jest w typowym układzie z szeregowymi lampami EL34 włączonymi jako triody i wzmacniaczem błędu na pentodzie EF86. Dodatkowy zasilacz regulowany o małej obciążalności zbudowany jest na lampie ECF82.
Przypisy
- ↑ Zenon Słowiński, Uniwersalny zasilacz, Radioamator, 12, 1957.
- ↑ High Voltage Adjustable Power Supplies, Michael Maida, National Semiconductor Linear Brief 47.
- ↑ Elektroda - Lampowy stabilizowany regulowany zasilacz 115-350V 170mA
- ↑ Laboratory Power Supply for Tubes - oparty o artykuł z Radio & Television, April, 1961.
- ↑ Stabilizator wysokiego napięcia o wydajności 0,5A na forum Trioda.
- ↑ J. Kroszczyński, Regulowany zasilacz uniwersalny, Radio, 12/1949.
- ↑ Antoni Biliński, Stabilizowany Zasilacz Lampowy, Radioamator i Krótkofalowiec, 6/1969.
Bibliografia
- Poradnik Radio- i Teleelektryka. Układy Podstawowe, praca zbiorowa pod red. Jerzego Antoniewicza, PWT, Warszawa, 1959.
- A.M. Moncz-Brujewicz, Zastosowanie lamp elektronowych w fizyce doświadczalnej, PWN, Warszawa 1957.
- Poradnik Radioelektronika, praca zbiorowa, WKiŁ, Warszawa 1972, tom 2.