Conversor de tensão 12/1000 volts. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Este conversor de tensão é projetado para alimentar um tubo fotomultiplicador, mas também pode alimentar um contador Geiger e outros dispositivos de alta tensão. As soluções de circuito embutidas no conversor podem ser usadas no desenvolvimento de fontes de alimentação estabilizadas para muitos outros dispositivos eletrônicos.

O conversor da Fig. 1 fornece uma tensão de 1000 V na saída. não excede 0%.

(clique para ampliar)

O dispositivo é montado de acordo com o esquema tradicional usando surto de tensão de auto-indução reversa. O transistor VT1, operando no modo chave, fornece ao enrolamento primário do transformador T1 uma tensão de alimentação por um tempo igual a 10 ... 16 μs. No momento do fechamento do transistor, a energia acumulada no circuito magnético do transformador é convertida em um pulso de tensão de cerca de 250 V no enrolamento secundário (cerca de 40 V no primário). O multiplicador de tensão formado pelos diodos VD3 -VD10 e capacitores C8 - C15 aumenta para 1000 V. Os pulsos de controle do transistor VT1 são gerados por um gerador com ciclo de trabalho ajustável, montado nos elementos DD1.1-DD1.3 .

O ciclo de trabalho dos pulsos é controlado pela tensão de saída do amplificador operacional DA1. A tensão de saída do conversor através de um divisor resistivo R1-R3 é alimentada à entrada não inversora do amplificador operacional e comparada com a tensão de referência estabilizada pelo diodo zener compensado termicamente VD1. No momento de ligar, a tensão de saída do conversor é zero, próxima de zero e a tensão na saída do amplificador operacional DA1. O gerador gera pulsos de duração máxima. Com a relação das resistências dos resistores R9, R11, R12 indicada no diagrama, a relação entre a duração dos pulsos de polaridade positiva na saída do elemento DD1.4 e seu período de repetição (fator de serviço) é próxima de 0,65 . Quando a tensão de saída atinge a tensão negativa especificada na saída do amplificador operacional DA1 aumenta, o ciclo de trabalho diminui e a tensão de saída se estabiliza. Durante o teste do conversor descrito, a duração dos pulsos sob carga dentro dos limites acima variou de 10 a 12 x, e sua frequência de repetição - de 18 a 30 kHz, o que corresponde a um ciclo de trabalho de 0,18 a 0,4. A corrente consumida aumentou de 22 para 47 mA.

Na carga máxima e uma diminuição na tensão de alimentação para 10,5 V, a duração do pulso aumentou para 16 μs a uma frequência de 36 kHz, o que corresponde a um ciclo de trabalho de 0,57. Uma diminuição adicional na tensão de alimentação levou a uma quebra na estabilização. Com uma corrente de carga de 100 μA, a estabilização é mantida até uma tensão de alimentação de 9,5 V. O capacitor C3 forma o braço inferior da parte capacitiva do divisor de tensão de saída. Sem ela, a tensão de ondulação da saída do conversor, igual a aproximadamente 1 V, passaria para a entrada do amplificador operacional DA1 através dos resistores R1 e R2 com pouca ou nenhuma atenuação. O capacitor C4 fornece ao conversor uma operação estável como um todo. O diodo VD2 e o resistor R12 limitam o ciclo de trabalho máximo possível. A duração mínima do pulso e o ciclo de trabalho são determinados pela relação das resistências dos resistores R9 e R11. Com a diminuição da resistência do resistor R9, o ciclo de trabalho mínimo diminui e pode se tornar igual a zero. A estabilidade da tensão de saída sob várias cargas é garantida por um grande ganho no loop de realimentação do conversor.

Para a estabilidade do conversor neste ganho, é necessário um grande capacitor C4. Mas isso leva a um aumento na duração do estabelecimento da tensão de saída com mudanças bruscas na carga. Você pode reduzir o tempo de estabilização reduzindo a capacitância do capacitor C4, conectando um resistor com uma resistência de várias dezenas de quilo-ohms em série com ele e conectando um resistor com uma resistência de vários megohms em paralelo com este capacitor. Todas as partes do conversor podem ser montadas em uma placa de circuito impresso feita de fibra de vidro de folha unilateral (Fig. 2).

A placa é projetada principalmente para a instalação de resistores do tipo MLT. Os resistores R1-R3, R5 e R7, dos quais depende a estabilidade a longo prazo do conversor, são do tipo estável C2-29. Resistor ajustado R6 - SPZ-19a. Capacitor C1 tipo K53-1, C8-C15 - K73-17 para uma tensão nominal de 400 V, outros capacitores - KM-5, KM-b. A escolha do diodo Zener VD1 é determinada pelos requisitos de estabilidade. O diodo VD2 é qualquer silício de baixa potência e os diodos multiplicadores de tensão (VD3-VD10) são do tipo KD104A. O chip K561LA7 pode ser substituído por K561LE5, KR1561LA7, KR1561LE5 ou similares da série 564. O transistor VT1 deve ser de alta frequência ou média frequência, com uma tensão coletor-emissor permitida de pelo menos 50 V e uma tensão de saturação de não mais de 0,5 V em uma corrente de coletor de 100 mA.

Para acelerar a saída do transistor de média frequência da saturação quando desligado, a capacitância do capacitor C6 deve ser aumentada. O amplificador operacional K140UD6 (DA1) pode ser substituído pelo KR140UD6 sem alterar o padrão dos condutores do circuito impresso da placa ou por qualquer outro com transistores de efeito de campo na entrada. O transformador T1 é enrolado em um circuito magnético anular de tamanho K20x12x6 feito de ferrita M1500NMZ. O enrolamento primário contém 35 voltas e o secundário - 220 voltas de fio PELSHO 0,2.

Para reduzir a capacitância do enrolamento, o fio do enrolamento secundário deve ser colocado em uma camada espessa, deslocando-se gradativamente ao longo do circuito magnético, enquanto a primeira e a última volta devem ficar lado a lado. O enrolamento primário é de camada única, é enrolado no secundário. A polaridade dos fios do enrolamento não importa.

O inversor deve ser configurado nesta ordem. Desconecte o enrolamento primário do transformador do transistor e conecte a saída superior (de acordo com o diagrama) do resistor R3 à saída negativa da fonte de alimentação por meio de dois resistores com resistência total de 140 kOhm. Quando o motor do resistor sintonizado R6 gira, o ciclo de trabalho dos pulsos na saída do elemento DD1.4 (controle com um osciloscópio ou um voltímetro DC conectado entre a saída deste elemento e o fio comum) deve mudar abruptamente de do mínimo (cerca de 0,1 ou os pulsos podem desaparecer completamente) ao máximo (0,65). Fixe o motor do resistor sintonizado na posição onde ocorre esse salto. Em seguida, monte completamente o conversor, conecte um voltímetro com resistência de entrada de pelo menos 10 MΩ à sua saída e ligue a energia.

A tensão de saída pode ser controlada pelo mesmo voltímetro e pela tensão no resistor R3 (5 V) ou por um microamperímetro conectado em série com este resistor (50 μA). Em seguida, ajuste a tensão de saída do conversor com o resistor R6 e verifique a estabilidade de seu funcionamento quando a carga e a tensão da fonte de alimentação mudarem.

Para reduzir a interferência emitida pelo conversor, ele é colocado em uma caixa de latão. Para maior supressão de ruído, um simples filtro RC pode ser incluído no circuito secundário do conversor, e um indutor DM-0,1 com indutância de 400 μH e um capacitor de passagem pode ser incluído no circuito primário.

O conversor descrito foi projetado para operar a partir de uma fonte de alimentação estabilizada de 12 V, na qual um terminal positivo é conectado a um fio comum. Mas sem nenhuma alteração na instalação, o terminal negativo da fonte de alimentação pode ser conectado ao fio comum. Como experiência, foi testada uma variante do conversor alimentado por uma fonte bipolar de ±12 V. Sua parte principal foi montada de acordo com o mesmo esquema, o capacitor C1 (para uma tensão nominal de 30 V) de metade da capacidade é conectado entre os circuitos de +12 e -12 V, os inferiores (de acordo com o esquema ) a saída do resistor R14 e a saída do enrolamento primário do transformador T1 são conectados ao circuito de 4-12 V. As classificações do elementos substituídos: R13 - 1,1 kOhm; C6 - 1600 pF; C7 - 430 pF; R14 - 2 kOhm. Transistor VT1 -KT815G. O número de voltas do enrolamento primário do transformador T1 é dobrado. Se você usar uma fonte de alimentação não estabilizada, o coeficiente de estabilização do circuito R4VD1 pode não ser suficiente.

Nesse caso, o circuito de alimentação do diodo zener deve ser feito de acordo com o esquema mostrado na Fig. 3.

O LED HL1 atuará como um indicador de ativação.

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