Ефективний фільтр напруги живлення на польовому транзисторі

Електроніка, схемотехніка, від душі та з розумом: для початківців та для бувалих

«Віртуальна батарея» або простий фільтр напруги живлення

З ідеологічних міркувань я в жодну не хотів застосовувати петльові ООС в аналоговій частині, навіть у стабілізаторах харчування. Трохи пахне high-end'ним екстремізмом, ну та ось так мені тоді "уперлося", а до своїх забаганок треба ставитися шанобливо! 😉 Тому можливість застосувати інтегральні стабілізатори була відкинута на корені. Вирішив додати "віртуальну батарею", за чутками, придуману ще в минулому столітті інженерами фірми Technics. А по суті ж - простий і стоковий (або емітерний) повторювач у харчуванні, на вхід якого подано відфільтровану цю ж напругу живлення. Ще це диво електронної думки іноді називають "Електронний Дросель ", "Підсилювач або Помножувач Ємності", а також "Пристрій Захисту та Фільтрації", або "УЗФ", хоча захищати на практиці треба його самого.

Конденсатор С2 має бути з мінімальними витоками. Ємність десь від 1мкФ до. скільки душа забажає. Можна також збільшити опір резистора фільтра, мені 1МОм подобається з міркувань зменшення впливу всіляких витоків. Стабілітрон, що захищає затвор транзистора від пробою, має бути на напругу від 10 до 20 Вольт.

Для проби впаяв в одному, найважливішому джерелі. Використовував "логічний" MOSFET (з низькою граничною напругою Vgs), так що втратили ми лише пару вольт на такому стабілізаторі. Стало суттєво тихіше. Одна біда - конденсатор, що фільтрує, заряджається до номінальної напруги дуже повільно. Тепер вся схема "пливе" напругою кілька хвилин після включення. І тут прийшло перше "осяяння": пульсації харчування, яким я "годую"повторювач цієї самої віртуальної землі - у моєму випадку сотня мілівольт. Два зустрічно включених кремнієвих діодика, що шунтують резистор фільтра, ніяк не вплинуть на роботу фільтра в режимі, що встановився, і в той же час забезпечать на порядок швидший заряд і розряд конденсатора фільтра.

Якщо ж у якомусь конкретному застосуванні пульсації напруги живлення на вході фільтра (V+) перевищують пару сотень мілівольт - завжди можна включити кілька діодів послідовно, або навіть стабілітрон.

Як намалював - відразу ж зрозумів, що додатковий скромний діод вирішив мені ще одне завдання: де взяти левики "L"-типу для більш високовольтних джерел (втрачати чотири-п'ять вольт - типовий Vgs звичайних MOSFET - навіть там було шкода). Адже тепер Vds на польовому транзисторі ніколи не перевищить його власного Vgs при заданих струмах навантаження плюс падіння на діоді. Значить, можна використовувати низьковольтні польовики, яких у мене виявилося в достатку, і для високовольтного харчування.

Ті ж два діоди (або стабілітрон) кардинально вирішують ще більш серйозну проблему, що особливо гостро стоїть по-справжньому високовольтних джерелах, де народ застосовує ці самі "віртуальні батареї" без жодного захисту. Там при невдалому збігу обставин на повторювачі може розсіюватися миттєва потужність у сотні ватів. Будь-який навіть непомірно великий (для необхідних робочих режимів) транзистор розлітається в пил. Діоди виключають подібні ситуації, ефективно обмежуючи падіння напруги на повторювачі. Правда, тепер не вийде використовувати той самий фільтр ще й для затримки подачі анодної напруги – ну та це мене мало турбувало. По-перше, апарат був не ламповий. По-друге те, як народ цю справу зазвичай використовує - подачу-то анодногопри включенні приладу такий фільтр затримував, а ось зняття високої напруги при відключенні живлення він жодного разу не прискорював. Так що завдання про правильне співвідношення в часі подачі та зняття накального та анодного напружень ми зараз розглядати не будемо.

На цьому думка зупинятися не забажала. Мені була потрібна ще схема автоматики, яка ефективно захищатиме навантаження (дорогі аудіофільські навушники) від усіляких перепадів напруги, які неминучі при включенні та вимкненні апарата. Якщо затримку при включенні зробити може і дитина, то як визначити момент вимкнення без пильного моніторингу "сирого", не згладженого величезними ємностями фільтрів, напруги живлення? Та ось він, чудовий монітор! Причому реагувати буде не тільки на On/Off, але і на будь-які різкі кидки харчування. Замість діодів включаємо емітерні переходи транзисторів. Колектори з'єднуємо разом і заводимо на схему автоматики з умовою, що вона не забере великого струму.

Отже, простий фільтр пульсацій вдалося вдосконалити:

Швидкий вихід на робочий режим (заряд і розряд конденсатора, що фільтрує) при збереженні потенційно дуже великої постійної часу фільтра
Можливість використовувати низьковольтні польові транзистори для фільтрації будь-якої напруги.
Повний захист польового транзистора і від пробою затвора, і від несподіваних перевантажень
Практично безкоштовні детектори різких стрибків напруги живлення (в обидві сторони) – у кожному стабілізованому джерелі

До речі, датчик кидків та включення-вимикання живлення виявився надто чутливим – відловлював кидки від включення праски в сусідній кімнаті. Довелося додати пару діодів та резистор. Ось тепер автоматикапочала відпрацьовувати ідеально, швидко і без хибних тривог.

До речі, напевно навіть таку дрібницю можна запатентувати. Якщо є хтось з моїх читачів грамотний у патентній справі – навчіть? 😉 А краще просто поділіться статтею із друзями-електронниками. Мені буде приємно, і їм, сподіваюся, корисно.