STABILIZZATORE A PENTODO 400V 0.2A
ATTENZIONE QUESTO PROGETTO, A CAUSA DELLE ALTE TENSIONI IN GIOCO (FINO A 1200V), NON E’ ADATTO PER GLI AUTOCOSTRUTTORI PRINCIPIANTI.
Nel sito è presente uno stabilizzatore con dispositivo serie a triodo, in questa pagina ne pubblico uno a pentodo che esibisce maggiore capacità di erogazione in corrente e migliore fattore di bontà, inoltre a parità di potenza dissipata richiede la tensione minima anodo-catodo più bassa con la conseguenza che è più grande l’escursione di tensione permessa per rimanere nel campo della regolazione (la tensione anodo-catodo massima è limitata dalla massima potenza che il tubo può dissipare). Consultare (stabilizzatore a triodo).
Per capire questo concetto si analizzi la fig1 e la fig2; nella prima sono rappresentate la curve della KT88 nella connessione a pentodo, mentre nella seconda quelle della connessione a triodo della stessa valvola.
fig1
fig2
In entrambe le figure si considera una corrente erogata al carico di 200mA; all’intercetta del cursore sulla curva verde corrispondente allo 0V della griglia controllo di fig1, corrisponde la corrente suddetta e la tensione minima anodo-catodo affinché lo stabilizzatore rimanga nel funzionamento lineare, sotto questa tensione la griglia controllo inizia ad assorbire corrente dallo stadio precedente che non riesce a fornirgliela con la conseguenza che in uscita insorge un ripple impulsivo e la regolazione decade.
Dal grafico di fig1 si vede che la tensione minima si aggira intorno ai 25V e ad essa corrisponde una potenza dissipata dal tubo di:
PD = VAKmin * I0 = 25 * 0.2 = 5W
Dove:
VAKmin = tensione minima anodo-catodo
I0 = corrente assorbita dal carico
Essendo la potenza massima della KT88 di 42W la potenza suddetta non crea problemi al tubo.
La tensione massima che il tubo può avere ai suoi capi senza danneggiarsi è determinata dalla massima potenza che la valvola può sopportare.
VAKmax = PDmax / I0 = 42 / 0.2 = 210V
Dove:
VAKmax = tensione massima anodo-catodo
Quindi l’escursione della tensione dove lo stabilizzatore permane nel campo della regolazione è di:
VE = VAKmax – VAKmin = 210 – 25 = 185V
Analizzando ora la figura 2 si nota che il valore di tensione minimo intercettato dal cursore, sempre sulla curva verde corrispondente allo 0V, è di circa 155V. Ad esso corrisponde una potenza di:
PD = VAKmin * I0 = 155 * 0.2 = 31W
Di valore ancora sotto a quello della potenza massima dissipabile dalla KT88, ma ora l’escursione della tensione dove lo stabilizzatore permane nel campo della regolazione è:
VE = VAKmax – VAKmin = 210 – 155 = 55V
Di soli 55V. Questo significa che un minimo abbassamento della tensione presente sulla placca della valvola assieme al ripple, fa uscire lo stabilizzatore dal campo della regolazione.
CIRCUITO
Analizziamo ora lo schema raffigurato in fig3.
Le tensioni visualizzate sono state misurate con lo stabilizzatore a pieno carico e cioè quando eroga una corrente di 0.2 A, la misura è stata effettuata con il tester, quindi i valori indicati sono i medi.
La parte destra del circuito è costituita dal gruppo U1, U2, U4 e rappresenta il cuore del sistema, come si può vedere dal valore delle tensioni griglia-catodo ogni valvola lavora in zona lineare. In queste condizioni l’alimentazione giusta presente sulla placca di U1 deve essere 506V affinché lo stabilizzatore possa lavorare senza uscire dalla linearità da 460V a 556.6V che rappresenta una escursione del +/- 10% (variazione della rete elettrica) rispetto al valore centrale.
Alla massima tensione di 556.6V corrisponde una potenza dissipata dal tubo di:
PD = VAK * I0 = 156.6 * 0.2 = 31.32W
Quindi più bassa di quelle massima ammessa dal tubo.
VAK = VA – VK = 556.6 – 400 = 156.6V
Per ottenere i 506V c’è il solito ponte costituito dai diodi D1, D2, D3,D4 ed i condensatori C1, C9, le resistenze in parallelo ai condensatori servono per equilibrare le tensioni ai loro capi.
La tensione al secondario del trasformatore è di 370VAC mentre la corrente che esso deve erogare è di 0.5 A.
La tensione della griglia_schermo-catodo della KT88 per poter lavorare con tensioni e correnti al carico così alte deve essere intorno ai 300V, per ottenere tale valore la griglia schermo deve essere alimentata rispetto massa a 700V, infatti essendo presente sul catodo una tensione di 400V:
VGSK = 700 – 400 = 300V
Dove VGSK è la tensione tra la griglia schermo ed il catodo.
Per ricavare i 700V ho ricorso ad un duplicatore di tensione composto dal gruppo C7, C3, C13, C12 con le relative resistenze poste in parallelo ed i diodi D7, D6, D8, D9, il funzionamento è il seguente.
Sui catodi di D6, D9 è presente una tensione continua di 506V fornita attraverso i diodi D7, D8 dal gruppo dei condensatori di livellamento C1, C9. La tensione alternata si somma ai 506V per un semiperiodo tramite il gruppo C7, C3 attraverso D6 e per l’altro semiperiodo tramite il gruppo C13, C12 attraverso D9.
Il risultato è che sui catodi di D6, D9 è presente una tensione pulsante a 100 Hz con picco a circa 500V che si appoggia alla continua di 506V, la somma delle tensioni da circa 1000V. Questo valore quando la tensione di rete è al +10% rispetto a quello nominale può sfiorare i 1200V.
La tensione pulsante viene livellata dal gruppo C2, C6, C8 e stabilizzata a circa 700V dai diodi zener. Il mosfet è necessario perché la corrente assorbita dalla griglia schermo dopo i 0.15 A forniti al carico inizia ad assumere valori troppo alti per essere gestiti dai soli diodi zener.
La potenza dissipata sul mosfet si aggira intorno ai 6W, per poter tenere la sua temperatura nei limiti ammessi, occorre un dissipatore con una resistenza termica di 2.6 C°/W. La temperature sul case non deve superare i 130C°.
CONCLUSIONI
Il risultato del progetto è eccellente. Nella figura sottostante è visualizzato il ripple prima e dopo lo stabilizzatore.
Come si nota non si riesce neanche a distinguere quello in uscita nascosto dal rumore nonostante la scala sia commutata a 0.5mV a quadretto.
Insomma va bene.
Per chi fosse interessato alla teoria dello stabilizzatore può andare alla seguente pagina: teoria stabilizzatore a valvole
Fabio