Convertisseur de tension pour alimenter le photomultiplicateur. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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On décrit ici un convertisseur de tension destiné à alimenter un photomultiplicateur faisant partie d'un complexe radiométrique sensible. Les solutions de circuits intégrés dans le convertisseur peuvent être utilisées dans le développement d'alimentations stabilisées pour de nombreux autres appareils électroniques.

Le convertisseur, dont le circuit est illustré à la fig. 132 fournit en sortie une tension de 1000 V. La stabilité de la tension de sortie est telle que lorsque le courant de charge fluctue de 0 à 200 μA, la variation de la tension de sortie n'est pas détectable par un voltmètre numérique à quatre chiffres, c'est-à-dire ne dépasse pas 0,1 %.

Riz. 132. Schéma de principe du convertisseur de tension (cliquez pour agrandir)

L'appareil est assemblé selon le schéma traditionnel utilisant une surtension d'auto-induction inverse. Le transistor VT1, fonctionnant en mode clé, alimente l'enroulement primaire du transformateur T1 avec une tension d'alimentation pendant un temps égal à 10 ... 16 μs. Au moment de la fermeture du transistor, l'énergie accumulée dans le circuit magnétique du transformateur est convertie en une impulsion de tension d'environ 250 V sur l'enroulement secondaire (environ 40 V sur le primaire). Le multiplicateur de tension formé par les diodes VD3-VD10 et les condensateurs C8 - C15 l'augmente à 1000 V.

Les impulsions de commande du transistor VT1 sont générées par un générateur à rapport cyclique réglable, monté sur les éléments DD1.1-DD1.3. Le rapport cyclique des impulsions est contrôlé par la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel DA1.

La tension de sortie du convertisseur à travers un diviseur résistif R1 - R3 est envoyée à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel et comparée à la tension de référence stabilisée par une diode Zener VD1 à compensation thermique. Au moment de la mise sous tension, la tension de sortie du convertisseur est nul, proche de zéro et la tension en sortie de l'ampli-op DA1. Le générateur génère des impulsions de durée maximale. Avec le rapport des résistances des résistances R9, R11, R12 indiqué sur le schéma, le rapport de la durée des impulsions de polarité positive à la sortie de l'élément DD1.4 sur leur période de répétition (facteur de service) est proche de 0,65 . Lorsque la tension de sortie atteint la valeur définie, la tension négative à la sortie de l'ampli op DA1 augmente, le rapport cyclique diminue et la tension de sortie se stabilise.

Lors des essais du convertisseur décrit ici, la durée des impulsions en charge dans les limites ci-dessus a varié de 10 à 12 µs, et leur fréquence de répétition de 18 à 30 kHz, ce qui correspond à un rapport cyclique de 0,18 à 0,4. Le courant consommé est passé de 22 à 47 mA. A charge maximale et une diminution de la tension d'alimentation à 10,5 V, la durée d'impulsion passe à 16 μs à une fréquence de 36 kHz, ce qui correspond à un rapport cyclique de 0,57. Une nouvelle diminution de la tension d'alimentation a conduit à une panne de stabilisation. A un courant de charge de 100 µA, la stabilisation est maintenue jusqu'à une tension d'alimentation de 9,5 V.

Le condensateur C3 forme la branche inférieure de la partie capacitive du diviseur de tension de sortie. Sans lui, la tension d'ondulation de la sortie du convertisseur, égale à environ 1 V, passerait à l'entrée de l'ampli-op DA1 à travers la capacité des résistances R1 et R2 avec peu ou pas d'atténuation. Le condensateur C4 fournit au convertisseur un fonctionnement stable dans son ensemble. La diode VD2 et la résistance R12 limitent le rapport cyclique maximal possible. La durée d'impulsion minimale et le rapport cyclique sont déterminés par le rapport des résistances des résistances R9 et R11. Avec une diminution de la résistance de la résistance R9, le rapport cyclique minimum diminue et peut devenir égal à zéro.

La stabilité de la tension de sortie sous diverses charges est assurée par un gain important dans la boucle de rétroaction du convertisseur. Pour la stabilité du fonctionnement du convertisseur avec un tel gain, un condensateur C4 relativement important est nécessaire. Mais cela conduit à une augmentation de la durée d'établissement de la tension de sortie lors de variations brusques de la charge.Vous pouvez réduire le temps de stabilisation en réduisant la capacité du condensateur C4, en connectant une résistance d'une résistance de plusieurs dizaines de kiloohms dans série avec lui, en connectant une résistance d'une résistance de plusieurs mégaohms en parallèle avec ce condensateur.

Toutes les parties du convertisseur peuvent être montées sur une carte de circuit imprimé en fibre de verre à feuille unilatérale, illustrée à la fig. La carte 133 est conçue principalement pour l'installation de résistances MLT. Les résistances R1 - R3, R5 et R7, dont dépend la stabilité à long terme du convertisseur, sont stables C2-29. Résistance ajustée R6 - SPZ-19a. Condensateur C1 - K53-1 ; C8, C15 - K73-17 pour une tension nominale de 400 V, autres condensateurs - KM-5, KM-6. Le choix de la diode Zener VD1 est déterminé par les exigences de stabilité. Diode VD2 - tout silicium à faible puissance et diodes multiplicatrices de tension (VD3 -VD10) peuvent être KD104A. La puce K561LA7 est interchangeable avec K561LE5, KR1561LA7, KR1561LE5 ou similaires de la série 564.

Riz. 133. Circuit imprimé du convertisseur de tension

Riz. 134. Circuit d'alimentation des diodes Zener

Le transistor VT1 doit être haute fréquence ou moyenne fréquence, avec une tension collecteur-émetteur admissible d'au moins 50 V et une tension de saturation d'au plus 0,5 V à un courant de collecteur de 100 mA. Pour accélérer la sortie du transistor moyenne fréquence de la saturation lorsqu'il est éteint, la capacité du condensateur C6 doit être augmentée.

L'amplificateur opérationnel K140UD6 (DA1) peut être remplacé par KR140UD6 sans changer le motif des conducteurs du circuit imprimé de la carte ou par tout autre avec des transistors à effet de champ à l'entrée.

Le transformateur T1 est enroulé sur un circuit magnétique annulaire de taille K20 x 12 x 6 en ferrite M1500NMZ. L'enroulement primaire contient 35 tours et le secondaire - 220 tours de fil PELSHO 0,2. Afin de réduire la capacité entre les enroulements, le fil de l'enroulement secondaire doit être posé en une seule couche épaisse, se déplaçant progressivement le long du circuit magnétique, tandis que les premier et dernier tours doivent être côte à côte. L'enroulement primaire est monocouche, il est enroulé sur le secondaire. La polarité des fils de bobinage n'a pas d'importance.

L'onduleur doit être configuré dans cet ordre. Déconnectez l'enroulement primaire du transformateur du transistor et connectez la sortie supérieure (selon le schéma) de la résistance R3 à la sortie négative de la source d'alimentation via deux résistances d'une résistance totale de 140 kOhm. Lorsque le moteur de la résistance d'accord R6 est mis en rotation, le rapport cyclique des impulsions à la sortie de l'élément DD1.4 (contrôle avec un oscilloscope ou un voltmètre CC connecté entre la sortie de cet élément et le fil commun) devrait changer brusquement du minimum (environ 0,1 ou les impulsions peuvent disparaître complètement) au maximum (0,65). Fixez le moteur de résistance d'ajustement dans la position où ce saut se produit.

Ensuite, montez complètement le convertisseur, connectez un voltmètre avec une résistance d'entrée d'au moins 10 MΩ à sa sortie et mettez sous tension. La tension de sortie peut être contrôlée par le même voltmètre et par la tension aux bornes de la résistance R3 (5 V) ou par un microampèremètre connecté en série avec cette résistance (50 μA). Ensuite, ajustez la tension de sortie du convertisseur avec la résistance R6 et vérifiez la stabilité de son fonctionnement lorsque la charge et la tension d'alimentation changent.

Pour réduire les parasites émis par le convertisseur, celui-ci est placé dans un boîtier en laiton. Si plus de suppression de bruit est nécessaire, un simple filtre RC peut être inclus dans le circuit secondaire du convertisseur, et une inductance DM-0,1 avec une inductance de 400 μH et un condensateur de traversée peuvent être inclus dans le circuit primaire.

Le convertisseur décrit est conçu pour fonctionner à partir d'une source d'alimentation stabilisée de 12 V, dans laquelle une borne positive est connectée à un fil commun. Mais sans aucun changement dans l'installation, la borne négative de la source d'alimentation peut être connectée au fil commun.

A titre expérimental, on a testé une variante de ce convertisseur alimenté par une source bipolaire ±12 V. (selon le schéma) la sortie de la résistance R1 et la sortie de l'enroulement primaire du transformateur T30 sont reliées au +12 V Les valeurs des éléments remplacés : R12 - 14 kOhm, C1 - 12 pF, C13 - 1,1 pF, R6 - 1600 kOhm. Transistor VT7-KT430G. Le nombre de spires de l'enroulement primaire du transformateur T14 est doublé.

Si vous utilisez une alimentation non stabilisée, le coefficient de stabilisation du circuit R4VD1 peut ne pas être suffisant. Dans ce cas, le circuit d'alimentation de la diode Zener doit être réalisé selon le schéma illustré à la Fig. 134. La LED HL1 servira d'indicateur de mise sous tension.

Auteur : Biryukov S.

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