Sursă de laborator ’70s

Prezint o sursă realizată cu tehnologia anilor ’70 dar care este suficientă pentru un electronist amator din ziua de astăzi. Am publicat prima dată sursa pe Elforum, la Proiectul meu.

Am vrut urmatoarele:
> 3 blocuri complet separate galvanic: două identice de 0 – 25V/2A cel puţin; şi unul de 150 – 300V.
> O sursă liniară are la tensiuni mici randament foarte mic. Spre exemplu, la 6,3V/2,5A (filament de 6AS7), elementul regulator ar fi disipat cam 60W. De-asta m-am gîndit să-i pun un prestabilizator in comutaţie pentru mărirea randamentului – Buck Converter. De asemenea avantajul Buck este că deşi trage din secundar doar 2A, la tensiuni mici curentul prin sarcină poate fi considerabil mai mare.
> Pentru blocurile de tensiune joasă, reglajul tensiunii in mai mult de 360 de grade. Pot. multitură e scump, dar encoderul este mai ieftin. Aşa că referinţa se va seta digital, cu ajutorul unui encoder.
> Cît mai compactă
> Să folosesc pe cît posibil doar componente pe care le deţin prin “cutia de vechituri”, ca să iasă cît mai ieftină, chiar cu riscul de a complica schema.
> Stabilizator de inaltă tensiune cu tuburi; element regulator serie şi reacţie negativă.
> Acometru şi comutator pentru a vedea tensiunea pe oricare iesire (NU afişor digital, ar arăta prea modern)
Două poze din timpul construcţiei:

Partea de joasă tensiune.
Integratele folosite sînt:
2 x CDB4193(74193) = numărătoare reversibile pe 4 biţi
K155TL2(7414) = 6 inversoare Schmitt-trigger
K555TM2(74LS74) = 2 bistabile de tip D
LM324 = 4 amplificatoare operationale.
7805 = stabilizatorul pentru partea logică

Referinţa

Encoderul este similar cu scroll-ul de la mouse. La fiecare deplasare, trimite 2 impulsuri, iar direcţia de rotaţie determină ordinea acestora.
Potenţiometrul endless este conectat la un circuit de debounce format din 2 rezistenţe, 2 condensatoare si 2 inversoare schmitt-trigger. Acest circuit are rolul de a anula “tranziţiile false” care pot fi generate de comutatoarele encoderulu. Circuitul de debounce trimite impulsurile unui codor in cuadratură format de K555TM2, care decide direcţia în care se roteşte. Acesta trimite impulsuri de numărare, in sus sau in jos funcţie de direcţie. Pentru a parcurge toată gama de tensiuni, encoderul parcurge 22 de ture. La ieşirea numărătoarelor se află o reţea R-2R, cu rol de convertor digital analogic. Deşi în schemă am pus 4K7 si 10K, in realitate am preferat 10K si 2 rezistenţe de 10K în paralel, pentru a fi mai aproape de 5K. La ieşirea reţelei R-2R este pus un buffer.
Un neajuns evident este fenomenul de overflow. La minim (val. numerica 00) daca se dă de potenţiometru înapoi, apare depăşire şi valoarea va fi FF. (referinţa va sări la maxim!!). Mi se pare totuşi o metodă bună de a ajunge la tensiuni mari fără a fi nevoie de a roţi 10-20 de ture. La pornire numărătoarele se resetează la zero. (partea asta nu-i inclusă-n schema de mai sus)

Prestabilizatorul

Este de tip Buck Converter cu MOSFET canal P.
U2:A face parte din LM324 si are rol de amplificator de eroare. C2 face o compensare în frecvenţă ca să aibă la ieşire o tensiune pe cît posibil continuă. R1 am pus-o definitiv de 100 ohmi. Q2 are rol de sursă de curent constant, comandată în tensiune, şi încarcă C1. În timpul acesta MOSFET-ul de putere este OFF. Odată ce s-a atins pragul de sus al porţii Schmitt, ieşirea acesteia devine “0”, Q1 se saturează, şi-l blochează pe Q2. C1 se descarcă prin R5 – MOSFET-ul este ON. Astfel se formează un convertor tensiune – lăţime palier, şi astfel se variază tensiunea la ieşire. Q3. Q5, Q4, D3 (Zener de 13V) au rol de driver pentru poarta MOSFET-ului. Partea de putere a convertorului este formată din M1, D2 ca diodă de nul şi L1. Reactia este luată printr-un potenţiometru, de unde se reglează şi tensiunea maximă dorită la ieşire.
Din SW1 se porneşte sau se opreşte prestabilizatorul. În poziţia de sus, merge aşa cum am descris. In pozitia de jos, MOSFET-ul este saturat, la ieşire este tensiune maximă, amplificatorul de eroare reacţionează si opreşte PWM-ul. SW1 e legat prin cablu stereo cuaxial, cu tresa legată la poziţia de ‘off’.
Prestab. pornit inseamnă eficienţă mare, iar oprit inseamnă riplu zero. Riplul la ieşirea sursei cu prestab. pornit se menţine sub 50mV.

Ieşirea de ‘reset counters’ este utilă că aduce tensiunea de la ieşire la zero, in cazul in care tensiunea de 30V scade sub un anumit prag. Asta include scurt circuit la ieşire, precum si pornirea si oprirea sursei.

Stabilizatorul liniar

Schema este clasică cu amplificator de eroare şi element regulator serie. Referinţa pentru stab. liniar am luat-o după o diodă, din motivul expus mai sus. Poza cu unul din cele 2 sloturi (unul pentru fiecare sursă de joasă tensiune):

Stabilizatorul de tensiune înaltă

ERATA: Am uitat condensatorul de la ieşirea punţii. 220uF la 400V ar fi suficient.
Aceasta poate fi folosită pentru testarea montajelor de tensiune înaltă, spre exemplu surse în comutaţie şi montaje cu tuburi.
Ca referinţă am folosit un stabilitron СГ15П de 108V, iar tensiunea de ieşire se poate regla din potenţiometru între 130 si 300 de volţi. Deşi tensiunea de ieşire poate coborî şi sub 100V, pe la 120-110V rezistenţa internă începe să crească. Căderea de tensiune minimă pe elementul regulator (trioda 6С19П) la un curent de sarcină de 100mA este de circa 40V, după cum reiese din caracteristica volt-amperică. Aceasta inseamnă ca la 100mA tensiunea de alimentare trebuie să fie cu cel putin cca 40V mai mare decît tensiunea maximă care se doreşte la ieşire; in acest caz, cam 350V.
Căderea de tensiune in sarcină, la un curent de 50mA este de 6V. La 100mA, este de cca 12V. Adică la 200V in gol, ajunge la 188V cu rezistenţă de sarcină de 2K, si la 194V cu sarcină de 4K. Peste 100mA n-am incercat, dar cred că dependenţa e liniară încă vreo 50-75mA.
Asta înseamnă o rezistenţă internă a sursei de aproximativ 100 ohmi, ceea ce eu consider satisfăcător, dat fiind complexitatea redusă a schemei. Filamentele le-am pus, prin rezistenţa R8, la un potenţial de 108V faţă de nivelul de masă, pentru a asigura ca Ukf pentru 6С19П nu depaşeşte valoarea de 250V.
Pentru curenţi mai mari la ieşire se poate folosi ca element regulator serie, triode de putere mai mare, spre exemplu 6Н13С, 6С33С, 6C18C, 6С41С etc., sau pentode de putere conectate ca triode: 6П36С 6П45С 6П15П EL36 EL500 etc. etc.
Ca amplificator de eroare se poate folosi ECC83, 6AX7 sau 6Н2П. În locul stabilitronului se poate folosi o diodă Zener, mărind R6 la o valoare de 50…100K.
O poză cu lămpile, că ne plac tuturor: