Эта статья предназначена для конструкторов, имеющих достаточный опыт обращения с высоковольтными устройствами.

Помните! Вы работаете с сетью переменного тока напряжением 220...250 В и высокими напряжениями постоянного тока.

Для других напряжений, за пределами указанного выше диапазона, нужно изменить номинал резисторов R8 или R9 так, чтобы напряжение на движке RV1 составило 23 В.

для меньших напряжений нужно увеличить сопротивление резистора R9. Для лампы 4СХ1500 необходимо экранное напряжение 275 В и R9 равно 33 кОм;

для больших напряжений нужно увеличить сопротивление резистора R8, но, однако, не следует превышать допустимых для резисторов напряжений. Чтобы удовлетворить этому требованию, следует разбить сопротивление R8 на две равные части, применив два резистора вместо одного, включив их последовательно;

контакты реле К1 должны выдерживать напряжение до 600 В, но я не могу этого гарантировать, так как данные на реле найти не удалось. Для надёжности при высоких напряжениях вместо реле К1 следует использовать выносное 12-вольтовое реле;

возможно, Вам придётся сменить варисторы, которые в цепи экранной сетки должны быть того же типа, как и VDR1 и VDR2 на плате G2-CONTROL.

Соответствие между типом варистора (Harris / GE-MOV) и экранным напряжением при котором они работают приведено в таблице 1.

Если Вы смените выходное напряжение стабилизатора, в расчёте на работу с другой лампой, Вам нужно будет изменить значения сопротивлений R12 и R14 и сопротивление резистора утечки с экранной сетки на катод. В следующем разделе описано как сделать это.

В этом приложении рассказывается о том, как рассчитать величины токов, сопротивления резисторов и рассеиваемую мощность в параллельном (шунтовом) стабилизаторе экранного напряжения в РА на тетродах. Для полного объяснения необходимости стабилизации экранного напряжения обратимся к литературе [ 1 ].

Таблица 1.

Экранное напряжение, В Марка варистора (GE – MOV )

До 365 В V275LA40B (маркировка 275L40B), при 350...360 В можно также использовать V320LA40B

365...400 В V320LA40B (маркировка 320L40B)

450...600 В V480LA40B (маркировка 480L40B)

Доводы, изложенные в этом приложении, применимы к любому параллельному стабилизатору напряжения, но я использовал собранный из набора “Tetrode Board”.

2.1. Упрощённая схема.

На Fig.1 показана упрощённая схема питания экранной сетки. Это позволяет сфокусировать внимание на узлах, которые рассматриваются в этом Приложении.

Источник нестабилизированного (“сырого”) напряжения экранного питания заменён эквивалентной схемой источника напряжения с фиксированным внутренним сопротивлением.

Ток вытекает из источника питания, течёт через постоянный резистор R14 и разделяется на две ветви.

Часть тока уходит к экранной сетке тетрода, протекает через измеритель тока. Переключающее реле К1 показано в положении “Передача” и соединяет источник питания с экранной сеткой тетрода. В режиме “Приём” реле К1 закорачивает экранную сетку на катод, прерывая анодный ток. Резистор утечки экранной сетки R1 предназначен для подавления скачков экранного напряжения в течении нескольких миллисекунд пока реле переключается и ток утечки через R1 тому порука. На Fig.1 показан также варистор, который защищает экранную сетку и развязывающий её конденсатор, находящийся в трубчатой ламповой панели от высокого напряжения в случае аварии [ 1 ]. Через варистор в нормальном (не аварийном) состоянии ток, практически, не протекает и о нём можно больше не упоминать.

Есть одна особенность, свойственная только схеме “Tetrode Boards” [ 1 ], - исток Q2 находится под постоянным по величине напряжением + 30 В, а это влияет на величину напряжения сток-исток транзистора и рассеиваемую им мощность.

Чтобы рассчитать номиналы применённых в стабилизаторе компонентов, ещё упростим схему питания экранной сетки как показано на Fig.2.

Здесь мы опустим внутреннее сопротивление источника нестабилизированного напряжения и выделим пять токов:

I1 – ток от нестабилизированного источника;

I2 – ток через R12 и Q2;

I3 – ток через измеритель тока экранной сетки;

I4 – действующий ток экранной сетки, втекающий в лампу (прямой), но может быть и обратным;

I5 – ток утечки через R1.

Определим также четыре напряжения:

Vu – входное нестабилизированное напряжение;

Vr – стабилизированное экранное напряжение. Схема стабилизатора контролирует это напряжение, поддерживая его постоянным, (сопротивление измерительной головки небольшое), примем, что напряжение в точке соединения R14 и R12 равно напряжению на экранной сетке;

Vd – напряжение на стоке Q2;

Vs – напряжение на истоке Q2.

Расчёт при этом очень прост. Будем “плясать от печки”, простите, - лампы и зададим ток утечки экранной сетки равным 10 мА, тогда R1 будет:

R1 = Vr / 10 мА

Конечно, ток утечки экранной сетки I5 не обязательно будет равен 10 мА. Если Вы примените номинал резистора ниже расчётного, то получите (согласно того же расчёта) увеличение тока утечки экранной сетки. Можно скомпенсировать этот ток, установив “нуль” измерительной головки механическим корректором (как это сделать см. часть 3.4 и 7.3 Приложения 1).

Затем высчитываем:

Рассеиваемая мощность на R1 = (Vr x 10 мА). Применяйте здесь только мощные резисторы.

Измеритель тока экранной сетки показывает величину I4 и всегда его показания будут большими, чем реальная величина тока экранной сетки I6 из-за тока утечки через R1 - I5.

Как только ток экранной сетки возрастёт, ток I2 через R12 и Q2 уменьшится, чтобы поддержать напряжение Vr стабильным, но если ток I3 будет равен току I1, то Q2 полностью запрётся и не будет ьольше участвовать в процессе стабилизации напряжения (на практике же стабилизация напряжения может “сорваться” уже при I2 меньше 5 мА). Если I3 будет расти и далее, то выходное напряжение стабилизатора начнёт падать. Напротив, при некоторых условиях, в лампах РА, из-за вторичной эмиссии, возникают значительные обратные токи экранных сеток. Обратный ток сетки складывается с током I2, увеличивая его величину и заставляет Q2 открываться сильнее, чтобы поддержать неизменным выходное напряжение стабилизатора (напряжение на экранной сетке тетрода РА). Когда Q2 полностью откроется, то он уже не сможет управлять током стабилизации и, при дальнейшем увеличении обратного тока экранной сетки будет увеличиваться экранное напряжение (выходное напряжение стабилизатора). Это может привести к аварии, лампа пойдёт “вразнос”: увеличивающееся напряжение на экранной сетке увеличивает анодный ток лампы, который, в свою очередь увеличивает вторичную эмиссию электронов из самой экранной сетки, а это увеличивает обратный ток сетки, а он - экранное напряжение... Круг замкнулся, процесс развивается лавинообразно и приводит к выходу лампы РА из строя и к аварии РА в целом.

Поэтому стабилизатор напряжения должен быть построен таким образом, чтобы сохранять выходное напряжение стабильным до тех пор, пока прямой и обратный токи экранной сетки достигнут своих максимальных значений и отключать РА схемой защиты, сразу же, как только стабилизация будет нарушена.

Чтобы полностью разработать схему стабилизатора, исходя из вышеперечисленного, мы должны рассчитать напряжения, токи и рассеиваемую мощность при двух условиях:

• при максимальном прямом токе экранной сетки;
• при максимальном обратном токе экранной сетки.

Возмём пример из практики: для ламп, подобных 4СХ1500, необходимо напряжение экранной сетки в 275 В при токе этой сетки, скажем, от + 40 до - 40 мА.

На практике, токи будут меньше, значения токов взяты большими для “перестраховки”. Возьмём входное нестабилизированное напряжение равным 350 В (я к этой величине напряжения пришёл позднее) и R1 (резистор утечки экранной сетки) сопротивлением 27,5 кОм, дающий ток утечки ровно 10 мА. Максимальный прямой ток сетки при этом будет равен:

I3 = 10 + 40 = 50 мА (см. Fig.3)

В этом случае, Q2 - почти закрыт, но нам необходимо, чтобы через него проходил ток стабилизации порядка 10 мА, чтобы быть уверенным в том, что стабилизатор стабилизирует напряжение. А это означает, что I1 = 10 + 50 = 60 мА, но ведь ток I1, согласно правилу постоянства нагрузки источника питания параллельным стабилизатором, будет равен 60 мА и при других, прочих условиях, а из этого следует:

R14 = (350 – 275) В / 60 мА = 1,25 кОм

Рассеиваемая мощность на резисторе R14=(350 – 275) В х 60 мА=4,5Вт

Чтобы резистор не сильно нагревался, следует применить здесь 10-ваттный резистор.

На Fig.4 показан случай с максимальным обратным током экранной сетки.

Ситуация здесь немного другая: теперь экранная сетка выдаёт в стабилизирующую схему ток в 10 мА.

Чтобы поддержать в этом случае стабильным экранное напряжение, этот ток должен проходить через резистор R12 и транзистор Q2.

Как ясно из расчётов, ток I2 будет равен 90 мА, а падение напряжения на R12, при этом, будет означать, что падает напряжение сток-исток транзистора Q2.

R12 = (275 – 80 ) В / 90 мА = 2, 167 кОм

Для надёжности выбираем ближайшее меньшее стандартное значение сопротивления мощного резистора в 2 кОм.

Рассеиваемая мощность на R12 = (275 – 80) В х 90 мА = 17,55 Вт

Выбираем для надёжности с запасом 25-ваттный резистор.

Если Вы внимательно следили за ходом моих рассуждений, то легко рассчитаете рассеиваемую на Q2 мощность сами, а схема на Fig.5 будет Вам служить для самопроверки.

Ток в 50 мА, текущий через резистор R12 (2 кОм), означает, что напряжение на стоке Q2:

Vd = 275 В - (2 кОм х 50 мА) = 175 В

Vs = 30 В

Рассеиваемая мощность Q2 = (175 – 30) В х 50 мА = 7,25 Вт

Как не крути, а всё же “лёгкая жизнь” для Q2 “покупается” ценой рассеяния значительной мощности на резисторе R12, в случае с максимальным обратным током экранной сетки и ограничением максимального обратного тока сетки, которое может вносить сама схема стабилизатора. Если Вы желаете увеличить максимальный допустимый обратный ток экранной сетки, то Вам будет необходимо увеличить ток I1 уменьшением величины сопротивления резистора R14 и, соответственно, сменить номиналы остальных деталей и(ли) дополнительно уменьшить сопротивление резистора R12 и увеличить рассеивание мощности на транзисторе Q2, применив более мощный.

Мы можем точно рассчитать величину сопротивления резисторов R1 и R12, но только не R14, которая, в общем-то, подбирается на практике. Это всё из-за того, что мы не знаем, как будет реагировать на нагрузку (на требуемую величину тока I1) блок входного для стабилизатора нестабилизированного напряжения питания. Другими словами, мы не знаем, каково будет значение напряжения Vu на самом деле (неизвестно внутреннее сопротивление источника нестабилизированного напряжения питания).

На практике номинал R14 можно подобрать двумя способами:

• можно вместо R14 установить подстроечный мощный проволочный резистор или подбирать постоянные резисторы, последовательно приближаясь к требуемому номиналу, пока не будет достигнута требуемая величина тока I1.
• при другом способе, можно вместо R14 установить резистор, обеспечивающий величину тока больше расчётной и пересчитать все другие значения, чтобы проверить с каким диапазоном прямых и обратных токов экранной сетки позволяет работать стабилизатор.

Эти же методы расчёта могут быть применены и к другим лампам, которые требуют другие экранные напряжения и имеют другие соотношения между прямыми и обратными токами экранных сеток.

Если Вы собираетесь приложить, изложенные здесь идеи к наборам “Tetrode Boards”, то рассчитывайте номиналы деталей на больший диапазон токов, чем собираетесь использовать (с запасом), а уровень защиты устанавливайте так, чтобы она срабатывала до того, как стабилизатор выйдет из режима.