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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Anodenspannungsstabilisierung für Röhrenverstärker mit IRF840 als Längsregler


Autor: TheLeFish .. (thelefish)
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Hallo allerseits,

ich versuche eine Spannungsregelung auf Basis dieser Schaltung zu 
realisieren:

Beitrag "Netzteil für Röhrenverstärker"
Schaltplan: 
https://www.mikrocontroller.net/attachment/228684/...

Man findet die Schaltung in mannigfaltiger Abwandlung im Netz, also muss 
was dran sein.

http://www.robkalmeijer.nl/techniek/electronica/ra...
http://www.struening.org/Bausatzbeschreibung/HV_PSU.pdf

Meine derzeit aufgebaute Schaltung mit IRF840 für die 
Spannungsstabilisierung, wie auch die damit zu betreibende Last, habe 
ich angehängt. Die Wahl und Anordnung der Bauteile sind "historisch 
bedingt", da ich ursprünglich mit einer Spannungsstabilisierung mittels 
NPN-Transistor (2SC2979) ins Rennen gehen wollte.

Mit der Wahl der dargestellten Werte für die Bauteile (R7=4.7K/11W; 
R8=300R/2W) habe ich die besten Ergebnisse bekommen, wie das Diagramm im 
Anhang zeigt. Die Werte für das Diagramm wurden mit einem 1kHz Sinus 
gemessen. Oberschwingungen oder Verzerrungen sind keine am Oszilloskop 
zu beobachten. Der Lastwiderstand für den Ausgang des Verstärkers 
beträgt 390 Ohm.

Was mache ich falsch, dass die Spannung bei mir nicht stabilisiert wird?

Vielen Dank für Eure Hilfe!

LeFish

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Autor: Christian S. (roehrenvorheizer)
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Hallo,

Deine 500V Versorgung scheint nachzugeben.

Oder wo hast Du den Sinus drauf gegeben? Und wo gemessen? Spitzenwert, 
Effektivwert?

Bei 35 mA müßte sonst am FET Ugs 150V betragen...


MfG

: Bearbeitet durch User
Autor: TheLeFish .. (thelefish)
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Die 500V Versorgung gibt zu keinem Zeitpunkt nach - hab ich 
nachgemessen.

Der 1kHz Sinus liegt am Verstärkereingang an.
In Abhängigkeit von dessen Pegel (ca. 200mVeff bis ca. 800Veff) wird die 
Spannungsversorgung belastet, da der Anodenstrom steigt.

: Bearbeitet durch User
Autor: der schreckliche Sven (Gast)
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Sind die 500 Volt überhaupt gesiebt?

Du brauchst allerdings einen Transistor, der mehr Spannung aushält.

Autor: Christian S. (roehrenvorheizer)
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Hallo,


SINUS bis 800mV?


Und dann hast Du dort Gleichspannung gemessen, wo im 
Verstärkerschaltbild 350V steht?

MfG

Autor: TheLeFish .. (thelefish)
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Ich habe mich etwas unklar ausgedrückt:

Der Spannungsregler wird mit gleichgerichteter und gesiebter Spannung 
versorgt.

Der Sinus mit 1kHz ist das zu verstärkende Signal. Je nach dessen Pegel 
belastet es den Verstärker (Anodenstrom steigt auf bis zu  ca. 50mA je 
Kanal). Die Anodenspannung sollte jedoch auf 350VDC stabilisiert werden 
und nicht auf 280VDC abfallen.

Das Schaltbild des Verstärkers habe ich also nur der Vollständigkeit 
halber angefügt, da oftmals bei Fragen zu Spannungsreglern nach der Last 
gefragt wird.

Meine Frage betrifft nur den Spannungregler, der mir die Anodenspannung 
nicht  sauber auf 350VDC von 0-100mA (bei zwei Kanälen) zu stabilisieren 
scheint.

Beste Grüße
LeFish

: Bearbeitet durch User
Autor: der schreckliche Sven (Gast)
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Der Transistor ist hinüber.
Der R7 sorgt für den Spannungsabfall.

Autor: Frank Link (Firma: Flk Consulting UG) (flk)
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Hallo Luca,
Am Gain des IRF fehlt ein Widerstand von mindestens 150 Ohm. Den Fehler 
habe ich auch schon einmal gemacht.

Falls Du eine entsprechende Platine haben möchtest, melde Dich bei mir.

Gruß
Frank

Autor: Christian S. (roehrenvorheizer)
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Hallo,

gut, so habe ich es mir gedacht, wie Du schreibst. Immerhin verbraucht 
der Röhrenverstärker 2 x 17 Watt, wie es scheint.

Nur kann der FET keine 350 V - 280 V = 70 V zwischen Gate und Source 
aushalten. Dann ist er defekt. Eine Schutzdiode fehlt am Gate.

Den FET hattest Du bestimmt immer gekühlt?

MfG

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Autor: unklar (Gast)
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Frank L. schrieb:
> Am Gain des IRF fehlt ein Widerstand von mindestens 150 Ohm.

Gate + Drain = Gain?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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TheLeFish .. schrieb:
> Was mache ich falsch, dass die Spannung bei mir nicht stabilisiert wird?
Hast du auch mal einfach die Spannung über den Z-Dioden gemessen? Denn 
wenn du an deinem "Ausgang" (=Source) tatsächlich 260V hast und am Gate 
noch 350V, dann möchte ich nicht die GS-Strecke sein...

> Man findet die Schaltung in mannigfaltiger Abwandlung im Netz
In beiden der verlinkten Schaltungen ist das Gate aber nicht so 
exponiert und ungeschützt wie in deinem Entwurf.

der schreckliche Sven schrieb:
> Der Transistor ist hinüber.
> Der R7 sorgt für den Spannungsabfall.
Ich sehe da in den Kennlinien auch nur einen Spannungsteiler aus 5k 
(R7+R8) und dem Laststrom:
50mA * 5k = 250V --> 500V - 250V = 250V.
Passt exakt, die GS-Strecke ist durchlegiert.

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: TheLeFish .. (thelefish)
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Würdet ihr mir bitte helfen die Widersände für die Stabilisierung 
mittels FET richtig auszulegen?

Was ich noch unterschlagen habe ist, dass ich die Schutzdiode (ZD 16V) 
zwischen Gate und Source direkt auf den FET gelötet habe.

Prinzipiell scheint der IRF840 ja der richtige Leistungstransistor zu 
sein. SOA aus einem Datenblatt ist angehängt. Demnach kann ich bei 300V 
V_DS bis zu 0,4A I_D ziehen. Beide Werte sind bei mir wesentlich 
geringer (V_DSmax=200V, I_Dmax=0,1A)

Mit den meist verwendeten hochohmigen Widerständen brach mir die 
Spannung unter Last zusammen. Deswegen habe ich es mit geringeren Werten 
probiert.

Ich bin ratlos, warum beispielsweise hier
http://www.struening.org/Bausatzbeschreibung/HV_PSU.pdf
die Stabilisierung einwandfrei zu funktionieren scheint bei ähnlichen 
Werten, die auch ich benötige.

Ist meine Last das Problem?

Beste Grüße
LeFish

Autor: der schreckliche Sven (Gast)
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TheLeFish .. schrieb:
> dass ich die Schutzdiode (ZD 16V)
> zwischen Gate und Source direkt auf den FET gelötet habe.

Jetzt frage ich mal ganz blöd:
Hast Du die Z-Diode auch richtig rum eingebaut (Ring am Gate)?

Autor: TheLeFish .. (thelefish)
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Ja, Zener-Diode ist sicher richtigherum eingelötet.

Habe soeben eine Testmessung nachgeholt:

Ohne Last wird die Spannung auf exakt 350V gehalten.

Sobald die Last wenige mA erreicht hat, bricht die Spannung, sowie auch 
der Spannungsabfall über die Zenerdioden (Referenzspannung) sukzessive 
mit steigender Last ein. Die Eingangsspannung vom Trafo bleibt stabil 
auf ca. 550V.

Wodurch sinkt die Spannung über die Zener-Dioden ab?

Autor: der schreckliche Sven (Gast)
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TheLeFish .. schrieb:
> Wodurch sinkt die Spannung über die Zener-Dioden ab?

Da gibts wohl nur eine Erklärung:
Der Ausgangsstrom fließt über R7, R8 und die (kaputte) Gate-Source 
Strecke des Transistors. Oder die Z-Diode ist kaputt.
Wenn der IRF840 hinüber ist, wäre das kein Wunder, 550 Volt sind ihm 
einfach zu viel!

Autor: Klaus Ra. (klara)
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TheLeFish .. schrieb:
> Wodurch sinkt die Spannung über die Zener-Dioden ab?

Frag doch mal LTspice.

Autor: TheLeFish .. (thelefish)
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Vielen Dank für die Hinweise.

Der eingesetzte FET ist tatsächlich hinüber.
Drain-Source ist auch bei entladenem Gate (in beide Richtungen) 
niederohmig.
Auch die Gate-Source-Strecke ist (in beide Richtungen) niederohmig.

Bei einem neuen IRF840 schaffe ich zwar nicht das Gate soweit zu laden, 
dass Drain-Source niederohmig wird, abder Drain-Source hat einen 
Widerstand von etwa 700ohm, etwas geringer nach Laden vom Gate.

Kann ich nun mit einem FET, der V_DS 800V verträgt mein Glück versuchen, 
oder  scheitere ich dabei das Unmögliche möglich zu machen?
Welchen FET würdet Ihr mir für die Anwendung empfehlen? Ideal wäre ein 
TO-220 Gehäuse, wo nicht die Drainspannung an der Kühlfahne anliegt.

Was ich versuche zusammengefasst:
Vein=550VDC
Vaus=350VDC
I=0,6mA bis 150mA (mit Sicherheitsreserve)
Beibehaltung des Layouts. (siehe Schaltungen oben)

Bitte entschuldigt die blöde Frage, aber mit FET, die nicht in Sättigung 
gehen (-> Schalter) hatte ich noch nichts zu tun.

Vielen Dank für Eure Hilfe.

: Bearbeitet durch User
Autor: der schreckliche Sven (Gast)
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TheLeFish .. schrieb:
> Ideal wäre ein
> TO-220 Gehäuse, wo nicht die Drainspannung an der Kühlfahne anliegt.

Es gibt TO220 Iso-Gehäuse, die können aber nicht viel Leistung abführen. 
Bei 200 Volt (550 - 350) und 150mA entstehen immerhin 30 Watt.

TheLeFish .. schrieb:
> Kann ich nun mit einem FET, der V_DS 800V verträgt mein Glück versuchen,

Ja klar, ein 600V Typ machts auch schon. Ältere Typen sind für 
Linearbetrieb zu bevorzugen. Ich denke spontan an BUZ 90 oder 91. 
Dürften z.B. bei Ebay noch zu kriegen sein.

Autor: Schorsch X. (bastelschorsch)
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Der IRF840 wird an seiner Grenze von 500V betrieben -> nicht so toll. 
Das Gate bekommt bei Einschalten 350V ab, was garantiert den Fet 
zerbröselt, also wenigsten eine Zenerdiode zum Schutz zwischen Gate + 
Source.

Autor: TheLeFish .. (thelefish)
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Danke für Eure Tips.

Ich hätte mir den STP4N80K5 mittelfristig (für nächste Woche) gefunden. 
Ist halt kein "altes" Modell.

800V VDS. Isoliertes TO-220 Gehäuse. Max. 60W. SOA wird locker 
eingehalten. Charme hat die integrierte Schutzdiode zwischen Source und 
Gate. Für mich halbwegs einfach zu bekommen.

Datenblatt ist angehängt.

Ist das eine vernünftige Wahl für endgültiges Setup?

Kurzfristig verfügbar ums Eck hätte ich mir auch den IRFIBE30G fürs 
Testen übers Wochenende gefunden.
Datenblatt aus 2008: http://www.vishay.com/docs/91184/91184.pdf

Ähnliche Daten wie oben, nur max. 35W Verlustleistung (grenzwertig). 
Auch eine Schutzdiode, aber zwischen Drain und Source (?!) SOA wird 
erfüllt.

Was ist davon zu halten?

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Autor: der schreckliche Sven (Gast)
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TheLeFish .. schrieb:
> 800V VDS. Isoliertes TO-220 Gehäuse. Max.

Der mit dem isolierten Gehäuse ist der "STF" - 20 Watt.

TheLeFish .. schrieb:
> Auch eine Schutzdiode, aber zwischen Drain und Source (?!)

Das ist die Body-Diode, prinzipiell in jedem Power-Mosfet enthalten.

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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IRFBC40 - 600V / 6,2A. 125W Pd. Keine Schutzdiode

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Autor: A. K. (prx)
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TheLeFish .. schrieb:
> 800V VDS. Isoliertes TO-220 Gehäuse.

Mit 6°C/W Wärmewiderstand, ebendeshalb. Bei 30 W also dT=180°C. Hattest 
du Flüssigstickstoffkühlung vorgesehen?

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