光電子増倍管に電力を供給するための電圧コンバータ。スキーム、説明

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光電子増倍管に電力を供給するための電圧コンバータ。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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ここでは、高感度の放射分析複合体の一部である光電子増倍管に電力を供給するために設計された電圧コンバータについて説明します。コンバータに組み込まれた回路ソリューションは、他の多くの電子機器用の安定化電源の開発に使用できます。

コンバータの図を図に示します。 132 は 1000 V の出力電圧を提供します。出力電圧の安定性は、負荷電流が 0 ～ 200 μA で変動しても、出力電圧の変化は 0,1 桁のデジタル電圧計では検出できないほどです。 XNUMX%を超えないこと。

米。 132. 電圧コンバータの回路図 (クリックして拡大)

このデバイスは、自己誘導電圧の逆サージを使用する従来の回路に従って組み立てられています。スイッチングモードで動作するトランジスタ VT1 は、変圧器 T1 の一次巻線に 10...16 μs に等しい時間電源電圧を供給します。トランジスタが閉じる瞬間、変圧器の磁気回路に蓄積されたエネルギーは、二次巻線で約 250 V (一次巻線では約 40 V) の電圧パルスに変換されます。ダイオード VD3 ～ VD10 とコンデンサ C8 ～ C15 で構成される電圧増倍器により、電圧が 1000 V に増加します。

トランジスタ VT1 の制御パルスは、要素 DD1.1 ～ DD1.3 に組み込まれた、調整可能なデューティサイクルを備えたジェネレータによって生成されます。パルスのデューティサイクルは、オペアンプ DA1 の出力電圧によって制御されます。

コンバータの出力電圧は、抵抗分圧器 R1 ～ R3 を介してオペアンプの非反転入力に供給され、温度補償されたツェナーダイオード VD1 によって安定化された基準電圧と比較されます。コンバータの出力電圧はゼロであり、オペアンプ DA1 の出力電圧はゼロに近くなります。ジェネレータは最大持続時間のパルスを生成します。図に示されている抵抗器 R9、R11、R12 の抵抗値の比では、要素 DD1.4 の出力における正極性のパルスの持続時間とその繰り返し周期 (デューティ比) の比は 0,65 に近くなります。出力電圧が所定の値に達すると、オペアンプ DA1 の出力の負の電圧が増加し、デューティサイクルが減少し、出力電圧が安定します。

ここで説明するコンバータのテスト中、上記の制限内の負荷下でのパルス持続時間は 10 ～ 12 μs で変化し、その繰り返し周波数は 18 ～ 30 kHz で変化しました。これは、デューティサイクル 0,18 ～ 0,4 に相当します。消費電流は 22 mA から 47 mA に増加しました。最大負荷で電源電圧を 10,5 V に下げると、パルス幅は 16 kHz の周波数で 36 μs に増加しました。これは 0,57 のデューティサイクルに相当します。供給電圧がさらに低下すると、安定化が損なわれました。負荷電流100μA時、電源電圧9,5Vまで安定化を維持します。

コンデンサ C3 は、出力分圧器の容量性部分の下アームを形成します。これがないと、コンバータの出力からの約 1 V に等しいリップル電圧が、実質的に減衰することなく、抵抗 R1 と R1 の容量を通ってオペアンプ DA2 の入力に伝わります。コンデンサ C4 は、コンバータ全体の安定した動作を提供します。ダイオード VD2 と抵抗 R12 は、可能な最大デューティサイクルを制限します。最小パルス持続時間とデューティサイクルは、抵抗 R9 と R11 の抵抗比によって決まります。抵抗器 R9 の抵抗値が減少すると、最小デューティサイクルが減少し、ゼロになる可能性があります。

コンバータのフィードバックループのゲインが高いため、さまざまな負荷の下での出力電圧の安定性が確保されます。このようなゲインでコンバータの安定した動作を保証するには、比較的大きな容量のコンデンサ C4 が必要です。ただし、負荷急変時の出力電圧の確立時間が長くなりますので、コンデンサC4の容量を小さくし、数十kΩの抵抗を直列に接続することで、出力電圧の確立時間を短縮できます。または、このコンデンサと並列に数メガオームの抵抗を接続します。

コンバータのすべての部品は、図に示すように、片面フォイルグラスファイバー製のプリント基板に取り付けることができます。 133 ボードは主に MLT 抵抗を取り付けるために設計されています。コンバータの長期安定性が依存する抵抗 R1 ～ R3、R5、および R7 は安定した C2 ～ 29 です。調整した抵抗 R6 は SPZ-19a です。コンデンサ C1 - K53-1; C8、C15 - 定格電圧73 VのK17-400、その他のコンデンサ - KM-5、KM-6。ツェナーダイオード VD1 の選択は、安定性の要件によって決まります。 VD2 ダイオードは任意の低電力シリコンダイオードであり、電圧増倍ダイオード (VD3 ～ VD10) には KD104A を使用できます。 K561LA7 マイクロ回路は、561 シリーズの K5LE1561、KR7LA1561、KR5LE564 または同様のものと交換できます。

光電子増倍管に電力を供給するための電圧変換器
米。 133. 電圧変換器のプリント基板

光電子増倍管に電力を供給するための電圧変換器
米。 134. ツェナーダイオード電源回路

トランジスタ VT1 は高周波または中周波で、許容コレクタ-エミッタ間電圧が少なくとも 50 V、コレクタ電流 0,5 mA での飽和電圧が 100 V 以下である必要があります。中周波トランジスタがオフになったときに飽和状態から抜け出すのを加速するには、コンデンサ C6 の静電容量を大きくする必要があります。

オペアンプ K140UD6 (DA1) は、プリント基板の導体の設計を変更せずに KR140UD6 に置き換えることも、入力に電界効果トランジスタを備えた他のアンプに置き換えることもできます。

トランス T1 は、M20NMZ フェライトで作られた標準サイズ K12 x 6 x 1500 のリング磁気コアに巻かれています。一次巻線には 35 巻が含まれ、二次巻線には 220 巻の PELSHO 0,2 ワイヤが含まれています。巻線間容量を減らすには、二次巻線を XNUMX つの厚い層に配置し、磁気回路に沿って徐々に移動させ、最初の巻線と最後の巻線を近づける必要があります。一次巻線は単層で、二次巻線の上に巻かれます。巻線端子の接続極性は関係ありません。

コンバータはこの順序で設定する必要があります。トランスの一次巻線をトランジスタから外し、抵抗器 R3 の上端 (図によると) を、合計抵抗が 140 kOhm の 6 つの抵抗器を介して電源のマイナス端子に接続します。同調抵抗器 R1.4 のスライダーを回転させると、要素 DD0,1 (この要素の出力と共通線の間に接続されたオシロスコープまたは定電圧電圧計で監視) の出力におけるパルスのデューティサイクルは、最小値 (約 0,65、またはパルスが完全に消える可能性があります) から最大値 (XNUMX) まで。このジャンプが発生する位置にトリマ抵抗モーターを固定します。

次に、コンバータを完全に取り付け、少なくとも 10MOhm の入力抵抗を持つ電圧計をその出力に接続し、電源をオンにします。出力電圧は、同じ電圧計と抵抗 R3 の両端の電圧 (5 V)、またはこの抵抗と直列に接続された微小電流計 (50 μA) で制御できます。次にコンバータの出力電圧を抵抗R6で調整し、負荷や電源電圧が変化したときの動作の安定性を確認します。

トランスデューサーから発せられるノイズを低減するために、トランスデューサーは真鍮のハウジングに収められています。より強力なノイズ抑制が必要な場合は、コンバータの二次回路に単純な RC フィルタを含めることができ、インダクタンス 0,1 μH の DM-400 インダクタとパスコンデンサを一次回路に含めることができます。

説明したコンバータは、正端子が共通線に接続された安定化 12 V 電源で動作するように設計されています。ただし、設置に変更を加えることなく、電源のマイナス端子を共通線に接続できます。

実験として、このコンバータの±12Vバイポーラ電源で動作するバージョンをテストしました｡主要部は同様の回路で組み立て、容量の半分のコンデンサC1(定格電圧30V用)を接続しました。 +12 V回路と-12 V回路の間では、（図によると）抵抗R14の出力が低い方と変圧器T1の一次巻線の出力が+12 V回路に接続されます。は、R13 - 1,1 kΩ、C6 - 1600 pF、C7 - 430 pF、R14 - 2 kΩです。トランジスタ VT1 - KT815G。トランス T1 の一次巻線の巻数が XNUMX 倍になります。

非安定化電源を使用する場合、R4VD1回路の安定化係数が不足する可能性があります。この場合、ツェナーダイオードの電源回路は図134のように作成してください。 1. HLXNUMX LED は電源オンインジケーターとして機能します。

著者: ビリュコフ S.

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