Этот преобразователь напряжения предназначен для питания фотоэлектронного умножителя, но от него можно питать счетчик Гейгера и другие высоковольтные приборы. Схемотехнические решения, заложенные в преобразователе, можно использовать при разработке стабилизированных источников питания многих других электронных устройств. Преобразователь рис.1 обеспечивает на выходе напряжение 1000 В. Стабильность выходного напряжения такова, что при колебании тока нагрузки от 0 до 200 мкА изменение выходного напряжения невозможно обнаружить по четырехзначному цифровому вольтметру,
т.е. оно не превышает 0,1 %.

Преобразователь напряжения 12-1000В

Устройство собрано по традиционной схеме с использованием обратного выброса напряжения самоиндукции. Транзистор VT1, работающий в ключевом режиме, подает на первичную обмотку трансформатора Т1 напряжение источника питания на время, равное 10...16 мкс. В момент закрывания транзистора энергия, накопленная в магнитопроводе трансформатора, преобразуется в импульс напряжения около 250 В на вторичной обмотке (около 40 В на первичной). Умножитель напряжения, образованный диодами VD3 -VD10 и конденсаторами С8 - С15, повышает его до 1000 В. Импульсы управления транзистором VT1 вырабатывает генератор с регулируемой скважностью, собранный на элементах DD1.1-DD1.3. Управление скважностью импульсов осуществляется выходным напряжением операционного усилителя DA1. Выходное напряжение преобразователя через резистивный делитель R1-R3 поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя и сравнивается с образцовым напряжением, стабилизированным термокомпенсированным стабилитроном VD1. В момент включения выходное напряжение преобразователя равно нулю, близко к нулю и напряжение на выходе ОУ DA1. Генератор формирует импульсы максимальной длительности. При соотношении сопротивлений резисторов R9, R11, R12, указанных на схеме, отношение длительности импульсов положительной полярности на выходе элемента DD1.4 к периоду их повторения (коэффициент заполнения) близко к 0,65. При достижении выходным напряжением заданного отрицательное напряжение на выходе ОУ DA1 возрастает, коэффициент заполнения уменьшается, а выходное напряжение стабилизируется. Во время испытания описываемого преобразователя длительность импульсов при нагрузке в указанных выше пределах изменялась от 10 до 12 икс, а их частота повторения - от 18 до 30 кГц, что соответствует коэффициенту заполнения от 0,18 до 0,4. Потребляемый ток увеличивался с 22 до 47 мА. При максимальной нагрузке и уменьшении питающего напряжения до 10,5 В длительность импульсов увеличивалась до 16 мкс при частоте 36 кГц, что соответствует коэффициенту заполнения 0,57. Дальнейшее снижение напряжения питания приводило к срыву стабилизации. При токе нагрузки 100 мкА стабилизация сохраняется до напряжения источника питания 9,5 В. Конденсатор СЗ образует нижнее плечо емкостной части делителя выходного напряжения. Без него напряжение пульсации с выхода преобразователя, равное примерно 1 В, проходило бы на вход ОУ DA1 через резисторы R1 и R2 практически без ослабления. nКонденсатор С4 обеспечивает преобразователю устойчивость работы в целом. Диод VD2 и резистор R12 ограничивают максимально возможный коэффициент заполнения. Минимальные длительность импульсов и коэффициент заполнения определяются соотношением сопротивлений резисторов R9 и R11. С уменьшением сопротивления резистора R9 минимальный коэффициент заполнения уменьшается и может стать равным нулю. Стабильность выходного напряжения при различных нагрузках обеспечивается за счет большого коэффициента усиления в петле обратной связи преобразователя. Для устойчивости работы преобразователя при таком коэффициенте усиления необходим конденсатор С4 большой емкости. Но это приводит к увеличению длительности установления выходного напряжения при скачкообразных изменениях нагрузки. Сократить время установления можно уменьшением емкости конденсатора С4, включением последовательно с ним резистора сопротивлением несколько десятков килоом, подключением параллельно этому конденсатору резистора сопротивлением в несколько мегом. Все детали преобразователя можно смонтировать на печатной плате, выполненной из одностороннего фольгированного стеклотекстолита (рис.2).

Преобразователь напряжения 12-1000В

Плата рассчитана в основном на установку резисторов типа МЛТ. Резисторы R1-R3, R5 и R7, от которых зависит долговременная стабильность преобразователя, стабильные типа С2-29. Подстроенный резистор R6 - СПЗ-19а. Конденсатор С1 типа К53-1, С8-С15 - К73-17 на номинальное напряжение 400 В, другие конденсаторы - КМ-5, КМ-б. Выбор стабилитрона VD1 определяется предъявляемыми требованиями по стабильности. Диод VD2 любой кремниевый маломощный, а диоды умножителя напряжения (VD3-VD10) типа КД104А. Микросхему К561ЛА7 можно заменить на К561ЛЕ5, КР1561ЛА7, КР1561ЛЕ5 или на аналогичные из серии 564. Транзистор VT1 должен быть высокочастотным или среднечастотным, с допустимым напряжением коллектор-эмиттер не менее 50 В и напряжением насыщения не более 0,5 В при токе коллектора 100 мА. Для ускорения выхода средне-частотного транзистора из насыщения при выключении емкость конденсатора С6 следует увеличить. Операционный усилитель К140УД6 (DA1) можно заменить на КР140УД6 без изменения рисунка печатных проводников платы или на любой другой с полевыми транзисторами на входе. Трансформатор Т1 намотан на кольцевом магнитопроводе типоразмера К20х12х6 из феррита М1500НМЗ. Первичная обмотка содержит 35 витков, а вторичная - 220 витков провода ПЭЛШО 0,2. С целью уменьшения межобмоточной емкости провод вторичной обмотки следует укладывать одним толстым слоем, постепенно смещаясь по магнитопроводу, при этом первый и последний витки должны оказаться рядом. Первичная обмотка однослойная, ее наматывают поверх вторичной. Полярность подключения выводов обмоток роли не играет. Настраивать преобразователь следует в таком порядке. Отключить первичную обмотку трансформатора от транзистора, а верхний (по схеме) вывод резистора R3 соединить с минусовым выводом источника питания через два резистора с общим сопротивлением 140 кОм. При вращении движка подстроенного резистора R6 коэффициент заполнения импульсов на выходе элемента DD1.4 (контролировать осциллографом или вольтметром постоянного напряжения, включенным между выходом этого элемента и общим проводом) должен скачком изменяться от минимального (примерно 0,1 или импульсы могут исчезать полностью) до максимального (0,65). Движок подстроенного резистора зафиксировать в положении возникновения этого скачка. Затем полностью смонтировать преобразователь, подключить к его выходу вольтметр с входным сопротивлением не менее 10 МОм и включить питание. Выходное напряжение можно контролировать таким же вольтметром и по напряжению на резисторе R3 (5 В) или микроамперметром, включенным nпоследовательно с этим резистором (50 мкА). Далее подстроить резистором R6 выходное напряжение преобразователя и проверить стабильность его работы при изменении нагрузки и напряжения источника питания. Для уменьшения помех, излучаемых преобразователем, он помещен в латунный корпус. Для большего подавления помех во вторичную цепь преобразователя можно включить простейший RC-фильтр, а в первичную -дроссель ДМ-0,1 индуктивностью 400 мкГн и проходной конденсатор. Описанный преобразователь рассчитан на работу от стабилизированного источника питания 12 В, у которого с общим проводом соединен плюсовой вывод. Но без каких-либо изменений в монтаже с общим проводом можно соединить минусовый вывод источника питания. В порядке эксперимента испытан вариант преобразователя с питанием от двуполярного источника ±12 В. Основная его часть собрана по такой же схеме, конденсатор С1 (на номинальное напряжение 30 В) вдвое меньшей емкости включен между цепями +12 и -12 В, нижние (по схеме) вывод резистора R14 и вывод первичной обмотки трансформатора Т1 подключены к цепи 4-12 В. Номиналы замененных элементов: R13 - 1,1 кОм; С6 - 1600 пФ; С7 - 430 пФ; R14 - 2 кОм. Транзистор VT1 -КТ815Г. Число витков первичной обмотки трансформатора Т1 увеличено в два раза. Если использовать нестабилизированный источник питания, то коэффициент стабилизации цепи R4VD1 может оказаться недостаточным.

 

В этом случае цепь питания стабилитрона следует выполнить по схеме, приведенной на рис.3. Светодиод HL1 будет выполнять функцию индикатора включения питания.