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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Fuente de alimentación de laboratorio con diagnóstico. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes de alimentación Habiendo elegido el circuito de un dispositivo electrónico que le gusta, cada radioaficionado lo prueba primero. Luego puede crear el dispositivo que desee o (si tiene experiencia) realizarle mejoras adicionales. En ambos casos, se requiere una fuente de energía. Puedes comprarlo o ganarlo en la lotería, pero es mejor hacerlo tú mismo. Al mismo tiempo, el laboratorio de radioaficionados estará equipado con un dispositivo no solo con funciones básicas, sino también útiles adicionales. Usando el ejemplo de una fuente de energía, intentaremos rastrear todo el proceso de diseño y fabricación de un dispositivo electrónico de radioaficionado. El voltaje de salida es constante. Pero necesitamos calcular su tamaño. Básicamente, todos los circuitos anteriores utilizan un voltaje de 12 V. Sin embargo, el microcircuito KR1156EU5, como otros microcircuitos, puede funcionar con otros voltajes. Por lo tanto, la fuente de alimentación para trabajos experimentales debe proporcionar un rango de voltaje de salida más amplio. Y sería mejor si se pudiera ajustar. A continuación, deberá resolver la pregunta: ¿dentro de qué límites se debe cambiar el voltaje de salida? En este caso será útil conocer el microcircuito KR1156EU5, del que trata este libro. El voltaje mínimo de funcionamiento es de 3 V. El voltaje nominal para la mayoría de los dispositivos es de 12 V. Por lo tanto, ¿la fuente de alimentación debe proporcionar un voltaje de salida de 3 a 12 V? No nos apresuremos a sacar conclusiones, sino que miremos más ampliamente. Se necesita una reserva, especialmente porque el microcircuito permite el funcionamiento a una tensión de alimentación más alta (después de todo, puede ser de hasta 40 V). Además, si experimenta con el microcircuito KR1436AP1, es posible que necesite no solo un voltaje de 12 V, sino también hasta 27 V. Pero no apuntaremos a un valor tan grande, sino que nos limitaremos al rango de voltaje de salida de nuestra fuente de 3 a 15 V. Al mismo tiempo, se proporcionará energía no solo a los microcircuitos analógicos, como los operativos y de baja potencia. amplificadores de frecuencia, pero también a microcircuitos digitales, tanto TTL como CMOS. Ahora tenemos que decidir sobre la corriente de carga. La mayoría de los dispositivos considerados consumen una pequeña corriente (aproximadamente 10...50 mA). Se pueden alimentar desde adaptadores de bajo consumo ya preparados. Sin embargo, no nos limitaremos a esta corriente, sino que haremos que el dispositivo "para el crecimiento" sea más potente. Habiendo decidido los parámetros principales del voltaje de salida de la fuente de alimentación, echemos un vistazo a su estructura, es decir, consideremos en qué componentes principales y auxiliares debe constar. Debido a que la fuente de electricidad en nuestros apartamentos es una red de corriente alterna, una fuente de mayor peligro, se necesita un transformador de aislamiento. También se le llama poder. Es necesario para transferir (transformar) la energía de la red. Ésta es su función principal. Además, el transformador convierte la alta tensión de la red (220 V) en baja tensión secundaria (12...15 V). Pero para alimentar dispositivos electrónicos se requiere un voltaje constante y un convertidor adecuado. Por lo tanto, se requerirá un rectificador secundario de voltaje alterno a voltaje directo. La tensión pulsante después del rectificador se suaviza mediante un filtro. El filtro más simple es un condensador común y corriente de alta capacidad. Se ha identificado una parte de la fuente de alimentación: el transformador, el rectificador y el filtro. Debido al hecho de que el voltaje de la red es inestable, se producen saltos repentinos y caídas lentas, y esto es inaceptable para los circuitos electrónicos, se requiere una unidad que proporcione un voltaje de suministro estable. Así se llama: estabilizador. Como sabes, pueden ser pulsados o lineales. Teniendo en cuenta el ámbito de aplicación (trabajo experimental), la fuente de alimentación debe poder ajustar el voltaje de salida. Como es de esperar, pueden ocurrir errores durante la creación de prototipos y pruebas, por lo que se deben tomar medidas protectoras para proteger la fuente de alimentación y la carga de condiciones operativas peligrosas. Una de esas medidas que se utiliza con mayor frecuencia en electrónica es la limitación de corriente. En este caso, es necesario prever la limitación de la corriente de carga para que, en caso de excederla o incluso de un cortocircuito (cortocircuito), la fuente de alimentación no falle (o incluso se queme). También es deseable poder establecer un límite de corriente específico. La sobrecarga prolongada de la fuente de alimentación es un fenómeno peligroso, incluso con un circuito de protección. Por lo tanto, es necesario disponer de una unidad adicional para la indicación rápida (mediante señal sonora o luminosa) de un modo peligroso. Por eso nos hemos decidido por la estructura de una fuente de alimentación monocanal estabilizada en red con protección. Enumeremos sus nodos nuevamente:
La siguiente tarea es determinar la base elemental de nuestro dispositivo. ¿Sobre qué elementos y en qué modos de operación se logrará el objetivo principal de nuestro proyecto: proporcionar voltaje de suministro para el trabajo de radioaficionados? El microcircuito del tipo KR1156EU5 que conocemos en el modo de estabilizador reductor pulsado puede proporcionar los parámetros de salida requeridos (3...12 V, 0,1...0,5 A). Los varios vatios de potencia necesarios para alimentar la carga serán "extraídos" por un transformador unificado tipo TP112. Tiene una potencia nominal de 7,2 vatios y está diseñado para montaje en circuito impreso. Estos transformadores están disponibles para una variedad de voltajes de salida y es muy posible elegir el adecuado para nuestro caso. El voltaje de salida se puede ajustar de forma suave o gradual. Para facilitar la operación, elegimos un método paso a paso para configurar el voltaje de salida. Con solo presionar ligeramente el botón, siempre sabrá qué voltaje se suministra a la carga. Y como interruptor (unidad de control) utilizamos un interruptor seccional de pulsador del tipo P2K. De manera similar, construiremos una unidad limitadora de corriente de carga. También usaremos conmutación de pasos usando P2K. La experiencia adquirida en el uso del microcircuito KR1156EU5 nos dice que sobre esta base también se puede diseñar un indicador para reducir el voltaje de salida más allá de los límites aceptables. Una vez decididos los componentes principales y la base elemental de la fuente de energía diseñada, se puede elaborar su diagrama de bloques. El diagrama que se muestra en la Fig. 5.14 es bastante consistente con nuestro proyecto.
Los componentes principales de este circuito son un transformador de red (aislamiento) con un rectificador y filtro de onda completa y un estabilizador de voltaje (SV). En la salida del estabilizador, se enciende el indicador de subtensión (UNI). También hay dos unidades de control: limitación de corriente (R1) y tensión de salida (R3). El diagrama de bloques desarrollado de una fuente de energía con las funciones necesarias para un laboratorio de radioaficionados también especifica las características de diseño. Después de todo, el diseño de la fuente de energía debe brindar comodidad al trabajar con ella. También es necesario garantizar una pronta reparación si falla. De hecho, la fuente de energía requiere un funcionamiento ininterrumpido y un tiempo mínimo de recuperación después de una pérdida de rendimiento. En este caso, el diseño modular del dispositivo es bastante aceptable. Su peculiaridad es que un transformador y un condensador de filtro (los elementos más grandes) y el resto de componentes (MT, IPN, etc.) se instalan por separado en una placa común. Cada uno de estos nodos está ubicado en una placa de circuito impreso separada. Si es necesario, cada nodo se puede desconectar de la placa común y reparar. Para obtener un volumen mínimo de toda la estructura, las placas de circuito impreso de los nodos deben colocarse verticalmente sobre la placa común. Incluso se pueden instalar en conectores especiales. Esta decisión también se debe al hecho de que los modos se cambian mediante interruptores L2K. Al estar instalados en una placa de circuito impreso, parecen "reposar" sobre ella, ocupando un área grande. Por lo tanto, colocar el tablero con P2K verticalmente y los botones hacia arriba conducirá a una reducción del área ocupada en el tablero general. De este modo, el volumen del dispositivo se llenará de forma racional. El tablero general tendrá unas dimensiones mínimas. Y el tamaño de los tableros de los nodos individuales vendrá determinado, por un lado, por el tablero común (ancho), y por otro lado, por la altura de los interruptores P2K y el transformador (alto). De acuerdo con el diagrama de bloques de nuestro dispositivo, en la placa principal se instala lo siguiente con transformador, rectificador y condensador de filtro:
Para ampliar la funcionalidad de la fuente de alimentación, también puede instalar una placa con un chip regulador de voltaje lineal. Esto le permitirá tener un segundo voltaje con ajuste independiente. Además, el voltaje en esta salida tendrá un nivel de ondulación más bajo, lo cual es necesario cuando se trabaja con dispositivos de amplificación de sonido. Teniendo en cuenta todo lo anterior, el tablero general tendrá el aspecto que se muestra en la Fig. 5.15. El enorme transformador se fija al tablero con dos tornillos autorroscantes, para los cuales se proporcionan orificios de montaje. Además, los terminales de los devanados del transformador, soldados a la placa, también crean una sujeción adicional.
Si es posible, el cable de red se puede conectar mediante contactos especiales. La forma en que se construye la parte de red de la fuente de alimentación se ve claramente en el diagrama de la Fig. 5.14. El diagrama de la unidad principal, el estabilizador de voltaje (SV), se muestra en la Fig. 5.16.
El SN se fabrica según el circuito de un estabilizador reductor pulsado basado en el microcircuito KR1156EU5. Aquí se muestra convencionalmente que es posible cambiar el valor de la corriente límite (R1) y ajustar el voltaje de salida (R3). La corriente límite o la corriente de carga máxima se ajusta mediante un elemento de control (R1). En la figura se muestra un diagrama ampliado de interruptores y un conjunto de resistencias. 5.17.
El circuito eléctrico consta de interruptores SA1-SA3<P2K) y resistencias R5-R10. La peculiaridad de este circuito es que se utilizan todas las resistencias del mismo valor (R = 1 Ohm). La corriente de carga máxima (aproximadamente 600 mA) será con todos los interruptores cerrados cuando la resistencia de R1 sea de 0,5 ohmios. En consecuencia, la corriente será igual a 300 mA (con SA1 abierto), 150 mA (con SA1 y SA2 abiertos), 100 mA (con SA1, SA2 y SA3 abiertos). Interruptores. P2K debe tener bloqueo independiente y luego puedes presionar más de un botón. También son posibles otras combinaciones de botones presionados, que corresponderán a otras corrientes limitantes. Se anima al lector a determinar estos valores actuales límite adicionales. Cabe señalar una característica. Hay un puente 1-3 en el diagrama. Está diseñado para eliminar condiciones peligrosas durante los trabajos de reparación y cuando el tablero de control actual no está instalado y el voltaje de suministro se suministra accidentalmente. Dado que el puente está conectado en serie al circuito de entrada del estabilizador, si está ausente, la placa del estabilizador reductor pulsado se desenergizará. El voltaje de salida del estabilizador reductor pulsado se ajusta usando una resistencia en el brazo superior del divisor de retroalimentación (R3.1). También se fabrica con interruptores y resistencias P2K. Los valores de estas resistencias están diseñados de tal manera que el voltaje de salida puede cambiar en pasos de 1 V. Puede arreglárselas con menos piezas eligiendo la relación de los valores de las resistencias (R13: R14: R15: R16) según la ley binaria: 1-2-A-8. Así, utilizando una resistencia seccionada, cuyo circuito se muestra en la Fig. 5.18, se puede establecer el valor del brazo superior del divisor tanto en CH como en IPN. En este caso, el voltaje de salida puede variar de 3 a 18 V, porque La resistencia varía de 1,8 kOhm a 16,8 kOhm (1,8 kOhm + 15 kOhm).
Solo agreguemos que el diagrama muestra no solo el divisor para CH, sino también el divisor para IPN. Veremos su trabajo más adelante. El puente 1-2 también está destinado a evitar un funcionamiento peligroso en ausencia de una placa con divisores y suministro de voltaje accidental. La relación aceptada de valores de resistencia también determina el funcionamiento correspondiente con los interruptores. Por ejemplo, debe configurar el voltaje de salida en 5 V. Con todos los interruptores cerrados (SA4, SA5, SA6 y SA7), la salida debe ser de 3 V. Por lo tanto, debe sumar 5 - 3 = 2 V, es decir, SA5 debe estar abierto y R15 = 2 kOhm conectado al circuito. El otro voltaje requerido en la salida se ajusta de la misma manera. Debido al hecho de que los interruptores están emparejados, se producen cambios en el otro divisor. Está diseñado para voltaje de suministro de energía y se fabrica de manera similar con las mismas relaciones de resistencia. Consideremos el circuito del indicador de caída de voltaje de salida, que se muestra en la Fig. 5.19.
La parte principal del indicador de bajo voltaje es el microcircuito KR1156EU5. Funciona en modo generador de impulsos. Consideremos brevemente el funcionamiento de esta unidad auxiliar de diagnóstico. El comparador del microcircuito compara el voltaje inestable de la fuente de alimentación (en la entrada 5) con el voltaje estable de la fuente de voltaje de referencia. Dependiendo de la relación de estos voltajes, se controla el funcionamiento de otros componentes del microcircuito. En el caso de que el voltaje de la fuente de alimentación sea normal (el potencial del pin 5 excede 1,25 V), el comparador cambia los transistores de salida a un estado no conductor. El LED rojo (HL2) no se enciende. Cuando cae el voltaje, el comparador cambia y el generador interno comienza a funcionar. Los transistores de salida alternan entre estados abiertos y cerrados y el LED rojo parpadea periódicamente. La corriente a través de él se establece mediante la resistencia R21. Al mismo tiempo, aparece una señal de sonido, porque El emisor piezoeléctrico BF1 comienza a hacer clic al cambiar de transistor. Por lo tanto, un dispositivo electrónico, un indicador de subtensión, monitorea constantemente el voltaje de salida de la fuente de energía y llama la atención con señales luminosas y sonoras cuando disminuye en caso de sobrecarga. Y esto es posible cuando se excede la corriente de carga establecida y se activa el circuito de protección MT. Además, el indicador funcionará incluso si no hay voltaje de salida en la salida MV. Por lo tanto, si durante los trabajos de reparación alguna placa con resistencias seccionadas no se instala accidentalmente (y la placa de MT está desenergizada), una señal audible le llamará la atención sobre esto. Se han implementado las funciones previstas y se ha pensado en la disposición de la fuente de alimentación del laboratorio. Ahora necesitamos diseñar componentes que estén ubicados en placas de circuito impreso separadas y montadas en la placa principal con un transformador. El tablero estabilizador reductor de pulso (Fig. 5.20) está ubicado más cerca del rectificador. Esto reduce la longitud de los conductores a través de los cuales fluye la corriente de carga. Para reducir la ondulación y aumentar la estabilidad del estabilizador, además del condensador de filtro principal (C1), esta placa también tiene un condensador C2 (compuesto por dos: C2' y C2"). el tablero se logra Con un capacitor, la altura del tablero sería mayor.
Otra característica del diseño de la placa es que el estrangulador de almacenamiento del filtro está fabricado sobre estranguladores unificados cilíndricos de pequeño tamaño del tipo DM (DPM). Para obtener la inductancia requerida se conectan en serie hasta 3 bobinas de choque tipo DM. El indicador de presencia de voltaje de salida en el LED HL1 se puede instalar en el panel frontal de la carcasa de la fuente de alimentación y conectarse a la placa estabilizadora de conmutación mediante cables. El límite de corriente de carga se establece mediante una resistencia seccionada ubicada junto con los interruptores en el tablero que se muestra en la Fig. 5.21. La tensión de salida MV y la tensión de funcionamiento de la tensión de alimentación se ajustan mediante una resistencia conmutable seccionada, cuyas partes están ubicadas en la placa que se muestra en la Fig. 5.22. Interruptores. Los P2K se instalan horizontalmente en los orificios de la placa y no se fijan con tornillos, sino mediante soldadura. Y las resistencias del brazo superior del divisor están montadas de forma articulada en los terminales P2K. En este caso, las resistencias de cada divisor están ubicadas en diferentes lados y están conectadas a la placa mediante cables. Y finalmente, en la placa común también existe un indicador de caída de tensión en la salida de MT, cuya ubicación de los elementos se muestra en la Fig. 5.23. El emisor piezoeléctrico BF1 está soldado directamente a la placa. El LED HL2, que indica un modo de funcionamiento peligroso de la fuente de alimentación, puede instalarse en la parte frontal de la carcasa y conectarse a la placa mediante cables.
Hay dos opciones para conectar placas de circuito impreso a una placa común. En primer lugar, puede instalar conectores en la placa común que estén diseñados específicamente para la conexión directa a una placa de circuito impreso (SNP14). En segundo lugar (y este método es más sencillo), puede fijar los nodos individuales verticalmente utilizando grapas hechas de alambre de cobre estañado sin aislamiento con un espesor de 0,8-1,0 mm. Está soldado al tablero y doblado por ambos lados. Y luego se instalan todos los soportes en los orificios del tablero común y también se sueldan. Un inconveniente importante del segundo método es obvio: la conexión permanente no permite desconectar rápidamente la unidad defectuosa para realizar operaciones de reparación. A pesar de su complejidad, el primer método (con conectores) es más adecuado para una versión sofisticada de fuente de alimentación de laboratorio. Si desea agregar una salida de voltaje estabilizada con baja ondulación, será necesario instalar otra placa con un estabilizador lineal. Este podría ser un estabilizador de voltaje positivo. Sin embargo, muy a menudo también se requiere voltaje negativo, por ejemplo, para alimentar chips amplificadores operacionales. Por lo tanto, también necesitará un lugar para instalar una placa con un chip estabilizador para voltaje negativo. Para facilitar la operación, también puede configurar voltajes de salida fijos utilizando resistencias seccionadas. Cuando una fuente de energía no se concibe con un conjunto limitado de funciones, sino con su posterior aumento mediante una modernización gradual, entonces el diseño debe prever las capacidades correspondientes. Ser previsor en este asunto y aumentar el tamaño de la placa principal para instalar placas de nodos adicionales permitirá, si surge la necesidad correspondiente, modificar con relativa facilidad la fuente de alimentación para aumentar las funciones realizadas. La fabricación de nuestra versión de la fuente de alimentación debe comenzar con la selección de los componentes necesarios. Su lista se da en la tabla. 5.4. Aquí se recogen todos los componentes de radio necesarios, pero se dividen en placas de componentes individuales.
La siguiente etapa de fabricación es comprobar todos los elementos de radio. Si se cumple esta condición, habrá confianza de que después del montaje el dispositivo funcionará y no tendrá que perder el tiempo solucionando problemas debido a elementos de baja calidad y desmontándolos. Por supuesto, también necesitarás placas de circuito impreso. Están hechos de PCB laminada de una cara de 1,5 mm de espesor según los bocetos que se muestran en la Fig. 5.24-5.28. El uso de placas de circuito impreso facilita la instalación de radioelementos, pero su fabricación requiere ciertas habilidades y el uso de productos químicos. Puedes tomar otra ruta más barata y sencilla. Si observa de cerca los dibujos de los conductores en los bocetos de las placas de circuito impreso, notará que la instalación es simple y se puede realizar mediante un método con bisagras. Además, esto se ve facilitado, por ejemplo, por la presencia de cables rígidos en el transformador, interruptores P2K y otros elementos. Se pueden utilizar con éxito tanto para conectar elementos directamente entre sí como para asegurar conductores de instalación. Después de montar los elementos en los tableros, se debe comprobar cuidadosamente la correcta instalación (especialmente los elementos polares) y la calidad de las conexiones. Una vez que esté seguro de que no hay errores, puede pasar a la siguiente etapa de fabricación de la fuente de alimentación. Consiste en comprobar de forma autónoma cada placa. Deberías empezar por el tablero general. Después de aplicar tensión de red al devanado primario del transformador, es necesario medir la tensión de CC a través del condensador del filtro.
Después de asegurarse de que esta parte del dispositivo funcione correctamente, debe verificarlo bajo carga. Para hacer esto, conecte una resistencia de 27 ohmios (2 W) a la salida del rectificador para proporcionar una corriente de carga de 0,4...0,6 A y verifique el voltaje de salida nuevamente. Su valor debe ser de aproximadamente 12 V. Una vez que se haya asegurado de que la placa rectificadora funciona correctamente, puede utilizarla para comprobar el funcionamiento de la placa de MT. Sin embargo, antes de aplicar voltaje al CH, es necesario colocar un puente entre los contactos de la placa que conectan los pines del microcircuito 6 y 7, es decir, excluir la resistencia limitadora de corriente de carga (R1). También es necesario instalar un divisor de voltaje de salida temporal (para retroalimentación). Debe haber una resistencia de 6,8 kOhm en lugar de la resistencia R3.1 entre el pin 5 del microcircuito y la salida CH. Después de todas estas operaciones preparatorias, puede aplicar el voltaje de entrada y verificar el funcionamiento del suministro de voltaje a RH = 200 Ohm, es decir, con una corriente de carga pequeña (ln - 40 mA). La potencia de esta resistencia debe ser de al menos 0,5 W. En este modo medimos el voltaje de salida del CH, su valor debe ser aproximadamente V. El siguiente paso es verificar la estabilidad del voltaje de salida cuando cambia la carga. Para hacer esto, conectamos la misma resistencia de carga (200 ohmios) en paralelo con la resistencia de carga, es decir, obtenemos RH = 100 ohmios. En este caso, la corriente de carga se duplicará y será de aproximadamente 80 mA. Al medir nuevamente el voltaje de salida, debe asegurarse de que cambie de acuerdo con los parámetros del microcircuito y que todo el conjunto esté funcionando normalmente. Ahora necesitamos revisar el tablero de resistencias seccionadas. Esto se puede hacer usando un multímetro (probador digital). Después de asegurarse de que cuando se presiona un determinado botón, el valor de resistencia total medido por el dispositivo corresponda al especificado durante el diseño, esta placa se puede instalar en una común. A continuación, se verifica de la misma manera la placa con resistencias para el elemento de control de corriente limitador de carga (R5-R10) y también se instala en la placa común. Cuando las tres placas están instaladas en una placa común: un estabilizador de voltaje, divisores seccionales y un elemento de control de corriente limitador de carga, puede comenzar una verificación integral del funcionamiento del ISN completamente ensamblado sin la parte de red. Esto se puede hacer utilizando una fuente de alimentación regulada opcional. Para simplificar las pruebas, puede utilizar la parte de red de nuestra fuente de alimentación en esta capacidad, pero debe tenerse en cuenta que algunos parámetros (por ejemplo, la estabilidad del voltaje) no se pueden verificar. La secuencia para verificar la fuente de alimentación ensamblada es la siguiente:
Ahora queda fortalecer el conjunto de la placa común dentro de la caja y realizar las conexiones a los terminales de salida. Finalmente, después de asegurarse de que todos los parámetros sean normales, puede comenzar a trabajar con la fuente de alimentación. Autor: Koltsov I.L.
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