СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК G05F1/54 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при создании стабилизированных преимущественно высоковольтных источников питания радиоаппаратуры различного назначения.

Известен стабилизированный источник питания, содержащий высоковольтный выпрямитель и электронный ламповый стабилизатор напряжения, при этом стабилизатор состоит из регулирующего триода со сплошной активной поверхностью катода, включенного последовательно с нагрузкой, усилителя постоянного тока (УПТ), с выхода которого напряжение подается на сетку регулирующей лампы, источника опорного напряжения и делителя напряжения. В этом источнике питания стабилизация напряжения осуществляется за счет отрицательной обратной связи между напряжением, подаваемым на сетку регулирующей лампы с делителя напряжения и усилителя постоянного тока, и током регулирующей лампы (И.Г. Гольдреер. Стабилизаторы напряжения. ГЭИ, Л-М, 1952, с.109-110).

Недостатком этого источника питания являются сравнительно высокая материалоемкость и энергоемкость, обусловленные применением в качестве регулирующей лампы - триода со сплошной активной поверхностью катода. В результате, из-за ограничений, связанных с опасностью нарушения обратной связи между изменением стабилизируемого напряжения и тока через регулирующую лампу, а также перегрева сетки, регулирующую лампу при положительном потенциале сетки не используют и применяют только при нулевом или отрицательном потенциалах управляющей сетки, что резко снижает коэффициент использования катода, и соответственно, приводит к высокой материалоемкости и энергоемкости как регулирующей лампы, так и всего источника питания.

Известен стабилизированный источник питания, содержащий высоковольтный выпрямитель и электронный ламповый стабилизатор напряжения, при этом стабилизатор состоит из регулирующего тетрода или пентода со сплошной активной поверхностью катода, анод которого соединен с положительным полюсом высоковольтного выпрямителя, а катод соединен с положительным полюсом нагрузки, а также усилителя постоянного тока, положительный полюс которого соединен с сеткой регулирующей лампы и через резистор с катодом регулирующей лампы в виде пептода или тетрода, источника опорного напряжения, положительный полюс которого соединен с катодом лампы УПТ, а отрицательный полюс - с общей шиной, делителя напряжения, положительный полюс которого соединен с катодом регулирующей лампы, отрицательный полюс соединен с общей шиной, а средняя точка - с сеткой лампы УПТ. В этом источнике питания стабилизация напряжения осуществляется также за счет отрицательной обратной связи (К.Б.Мазель. "Стабилизаторы напряжения и тока". ГЭИ, М-Л, 1955, стр.82, фиг.44). Преимуществом этого источника питания является применение тетрода или пентода в качестве регулирующей лампы, так как наличие в этих лампах экранирующей сетки, находящейся под положительным потенциалом, по сравнению с триодом позволяет существенно увеличить токоотбор с катода (при нулевом или отрицательном напряжении на управляющей сетке), а, следовательно, снизить материалоемкость и энергоемкость регулирующей лампы и источника питания в целом.

Вместе с тем, недостатками такого источника питания являются отсутствие возможности достижения в регулирующей лампе малого остаточного напряжения анода (ниже напряжения экранирующей сетки), так как при этом возрастает ток экранирующей сетки, в результате чего нарушается обратная связь между напряжением на управляющей сетке лампы и током анода и происходит перегрев экранирующей сетки.

С уменьшением остаточного напряжения анода ток экранирующей сетки достигает значений, составляющих десятки процентов от тока анода, в результате нарушается четкая зависимость между величиной напряжения на управляющей сетке и величиной тока анода, так как происходит перераспределение тока между цепями анода и экранирующей сетки.

Перегрев экранирующей сетки приводит к резкому возрастанию термотока этой сетки, снижению электрической прочности лампы и даже ее гибели в результате проплавления анода.

Ограничение нижнего уровня остаточного напряжения анода приводит к сравнительно большой мощности потерь, выделяющейся на аноде и, как следствие, к сравнительно низкому КПД - большой энергоемкости и материалоемкости лампы (чем больше выделяющаяся на аноде мощность, тем больше должна быть его масса).

Еще одним недостатком является сравнительно низкий коэффициент использования поверхности катода регулирующей лампы, так как на управляющую сетку подается только нулевое или отрицательное напряжение.

В тетроде работа при положительном напряжении на управляющей сетке недопустима из-за сравнительно большого тока управляющей сетки и нарушения четкой зависимости, а следовательно, и обратной связи между напряжением на управляющей сетке и током анода вследствие перераспределения тока между цепями анода и управляющей сетки.

Как следствие, такая регулирующая лампа и источник питания в целом характеризуются сравнительно большой материалоемкостью и энергоемкостью.

Таким образом, требуемый технический результат, не достигаемый известным уровнем техники - снижение материалоемкости и энергоемкости стабилизированного источника питания.

Задачей данного изобретения является создание стабилизированных высоковольтных источников питания с требуемыми характеристиками по материалоемкости и энергоемкости.

Источник содержит высоковольтный выпрямитель и электронный ламповый стабилизатор напряжения, при этом стабилизатор состоит из регулирующей лампы, анод которой соединен с положительным полюсом высоковольтного выпрямителя, а катод соединен с положительным полюсом нагрузки, усилителя постоянного тока, положительный полюс которого соединен с сеткой регулирующей лампы и через резистор - с катодом регулирующей лампы, источника опорного напряжения, положительный полюс которого соединен с катодом лампы УПТ, а отрицательный полюс - с общей шиной, делителя напряжения, положительный полюс которого соединен с катодом регулирующей лампы, отрицательный полюс соединен с общей шиной, а средняя точка - с сеткой лампы УПТ, - он снабжен дополнительным низковольтным источником постоянного тока, двумя резисторами, транзистором и диодом, при этом дополнительный низковольтный источник постоянного тока положительным полюсом соединен с резистором в цепи анода лампы УПТ, а отрицательным полюсом соединен с катодом регулирующей лампы, один из резисторов включен последовательно между анодом выходной лампы УПТ и сеткой регулирующей лампы, параллельно этому резистору включен эмиттерный переход транзистора и в обратном направлении защитный диод, коллектор транзистора через второй резистор соединен с положительным полюсом низковольтного выпрямителя, а в качестве регулирующей лампы применен лучевой триод с бипотенциальным профильным катодом с чередующимися эмиттирующими и неэмиттирующими участками.

Возможность применения положительного управляющего напряжения в лучевом триоде с бипотенциальным катодом определяется очень высоким токопрохождением в лампах этого класса - ток сетки составляет десятые доли процентов тока анода и при этом резко возрастает ток анода (например, в лампе ГМИ-52Б при токе анода 150 мА ток сетки составляет 0,2-1,2 мА). Электронный стабилизатор выполнен с возможностью управления регулирующей лампой как при отрицательной, так и при положительной полярности управляющего напряжения.

Малые сеточные токи при положительном напряжении на сетке в лучевом триоде с профильным бипотенциальным катодом с чередующимися эмиттирующими и неэмиттирующими участками объясняются тем, что эмиттирующие участки расположены напротив участков между витками сетки, а напротив витков сетки находятся неэмиттирующие участки.

Т. е. при одном и том же остаточном напряжении анода и при одних и тех же габаритах и массе лампы резко увеличивается ток анода и, соответственно, снижается энергоемкость и материалоемкость лампы.

Низковольтный источник питания (с напряжением до 30 В) необходим для обеспечения работы регулирующей лампы при положительном потенциале на сетке, а остальные дополнительные элементы схемы - для обеспечения универсальности режима работы (как при отрицательном, так и при положительном потенциалах на сетке).

Следует указать, что приведенный выше перечень существенных признаков позволяет получить необходимый технический результат - достаточно высокую материалоемкость и энергоемкость.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, технический результат, который может быть получен, доказывается тем, что при проведении экспериментальных исследований было установлено, что один и тот же режим стабилизации достигается при массе 180 г по предлагаемому техническому решению и 800 г по техническому решению, взятому за прототип, и при объеме 140 см³ по предлагаемому изобретению и 850 см³ по техническому решению, взятому за прототип.

Энергоемкость, определяемая по потерям мощности, в предлагаемом техническом решении равнялась 52 Вт, а в техническом решении, принятом за прототип, 103 Вт.

Предлагаемая схема стабилизированного источника питания представлена на чертеже.

Для подтверждения возможности осуществления изобретения укажем, что источник питания содержит регулирующую лампу 1 в виде лучевого триода с профильным бипотенциальным катодом, высоковольтный выпрямитель 2, нагрузку 3, усилитель постоянного тока (УПТ) 4, источник опорного напряжения 5, делитель напряжения 6, резисторы 7, 8, 9, транзистор 10, диод 11 и низковольтный источник питания 12. Все элементы являются стандартными.

Анод регулирующей лампы 1 соединен с положительным полюсом высоковольтного выпрямителя 2, а катод с положительным полюсом нагрузки 3, положительный полюс усилителя постоянного тока 4 соединен с сеткой регулирующей лампы 1 через резистор 9, а с катодом регулирующей лампы 1 - через выпрямитель 12 и резистор 6, положительный полюс источника опорного напряжения 5 соединен с катодом лампы УПТ 4, а отрицательный полюс - с общей шиной, положительный полюс делителя напряжения 6 соединен с катодом регулирующей лампы 1, отрицательный полюс соединен с общей шиной, а средняя точка - с сеткой лампы УПТ, низковольтный источник постоянного тока 12 положительным полюсом соединен с резистором 7 в цепи анода лампы УПТ, а отрицательным полюсом соединен с катодом регулирующей лампы 1, резистор 9 включен последовательно между анодом выходной лампы УПТ 4 и сеткой регулирующей лампы 1, параллельно резистору 9 включен эмиттерный переход транзистора 10, и в обратном направлении защитный диод 11, коллектор транзистора 10 через резистор 8 соединен с положительным полюсом низковольтного источника постоянного тока 12.

При нулевом или отрицательном потенциале на управляющей сетке регулирующей лампы 1 источник питания работает следующим образом. При увеличении напряжения на входе выпрямителя 2, например, вследствие увеличения напряжения питающей сети, напряжение на выходе источника питания (на нагрузке 3) и, соответственно, на делителе напряжения 6 должно возрасти, что с учетом неизменного потенциала источника опорного напряжения 5, уменьшит отрицательный потенциал на сетке лампы усилителя постоянного тока 4. Анодный ток этой лампы и падение напряжения на резисторе 7 увеличатся, что вызовет увеличение отрицательного смещения на сетке регулирующей лампы 1. Сопротивление регулирующей лампы увеличится, падение напряжения на ней возрастет, а напряжение на выходе источника питания практически не изменится. Резистор 9 является ограничительным и величина его сопротивления должна быть равна 0,1 сопротивления резистора 7, являющегося анодной нагрузкой усилителя постоянного тока 4. При нулевом или отрицательном потенциале на сетке регулирующей лампы 1 и транзистор 10 заперт. При работе в режиме с положительным потенциалом на сетке регулирующей лампы 1, создаваемым выпрямителем 12, транзистор 10 отпирается и ток идет через этот транзистор и через резистор 8 на сетку регулирующей лампы 1. Сопротивление резистора 8 должно быть равно 0,05 сопротивления резистора 7. Стабилизация напряжения на выходе источника питания при положительном потенциале на сетке регулирующей лампы 1 осуществляется благодаря изменению величины напряжения на сетке вследствие изменения тока выходного каскада УПТ-4. Диод 11 применен для защиты транзистора 10 при пробоях в нагрузке и перенапряжениях и включен в обратном направлении по отношению к эмиттерному переходу транзистора 10.

Область использования: в качестве высоковольтного источника питания радиоэлектронной аппаратуры. Сущность изобретения: устройство содержит последовательную регулирующую лампу 1, анод которой подключен к положительному выводу высоковольтного выпрямителя 2, а катод - к нагрузке 3, усилитель постоянного тока на усилительной лампе 4. В устройство введены низковольтный источник 12 постоянного тока, два резистора 8,9, транзистор 10 и защитный диод 11. Введенные элементы обеспечивают работу регулирующей лампы при положительном потенциале на сетке и универсальность режима работы при сниженных энергоемкости и материалоемкости лампы. 1 ил.

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ, содержащий высоковольтный выпрямитель и электронный ламповый стабилизатор напряжения, при этом стабилизатор состоит из регулирующей лампы, анод которой соединен с положительным полюсом высоковольтного выпрямителя, а катод - с положительным полюсом нагрузки, усилитель постоянного тока на усилительной лампе, выходная положительная цепь которого связана с сеткой регулирующей лампы и через первый резистор - с катодом регулирующей лампы, источник опорного напряжения, положительный полюс которого соединен с катодом усилительной лампы, а отрицательный полюс - с общей шиной, делитель напряжения, положительный полюс которого соединен с катодом регулирующей лампы, отрицательный полюс - с общей шиной, а средняя точка - с сеткой усилительной лампы, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным низковольтным источником постоянного тока, вторым и третьим резисторами, транзистором и защитным диодом, при этом дополнительный низковольтный источник постоянного тока включен в выходную положительную цепь усилителя постоянного тока между первым резистором в цепи анода усилительной лампы и катодом регулирующей лампы, отрицательным полюсом подключен к катоду регулирующей лампы, второй резистор включен между анодом усилительной лампы и сеткой регулирующей лампы, параллельно этому резистору включен эмиттерный переход транзистора и в обратном направлении - защитный диод, коллектор транзистора через третий резистор соединен с положительным полюсом низковольтного источника постоянного тока, а в качестве регулирующей лампы использован лучевой триод с бипотенциальным профильным катодом с чередующимися эмиттирующими и неэмиттирующими участками.