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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Unidad de alimentación UKU, 2x51/2x32 voltios. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes de alimentación Hoy en día, muchos amantes de la reproducción de sonido de alta calidad fabrican de forma independiente amplificadores de audio con un rendimiento muy alto y una potencia de salida de hasta decenas de vatios. Todas las partes del camino de amplificación y, a menudo, los dispositivos auxiliares, órganos de conmutación e indicación, etc., están sujetos a mejoras constantes. El deseo de lograr los máximos indicadores de calidad de la UCU obliga cada vez más a los diseñadores a reconsiderar sus posiciones con respecto a las fuentes de alimentación. Esto es comprensible: después de todo, con un gran consumo de corriente, los filtros anti-aliasing más simples ya no pueden proporcionar una estabilidad satisfactoria de la tensión de alimentación, y esto afecta significativamente la calidad del sonido. Al reproducir picos de señal, las fluctuaciones de voltaje en la salida del filtro alcanzan los 5 V o más, lo que hace necesario proporcionar una reserva de voltaje de suministro para el amplificador de potencia. Pero el margen conduce a un modo de funcionamiento más pesado de los transistores de salida del amplificador y, como consecuencia, a una disminución de su eficiencia y confiabilidad. Por lo tanto, un número cada vez mayor de radioaficionados prefieren fuentes de alimentación estabilizadas. Además, es fácil introducir un dispositivo de protección contra sobrecargas en el estabilizador, lo cual es muy deseable, dado el costo de los transistores potentes y la complejidad de reemplazarlos. ¿Qué características debe tener una fuente de alimentación para un amplificador de potencia de alta calidad? Los requisitos más importantes para la fuente de alimentación UKU incluyen garantizar la potencia de salida requerida con coeficientes de estabilización y supresión de ondulación dados, alta confiabilidad y eficiencia del sistema de protección, la máxima simplicidad posible del circuito y diseño, estabilidad de temperatura del sistema de protección y la estabilizador en su conjunto. Se ha observado que no es necesario que un estabilizador diseñado para funcionar con un amplificador de potencia tenga un valor demasiado alto del coeficiente de estabilización Kst, lo que suele provocar una complicación importante del circuito. Como ha demostrado la práctica, un amplificador de potencia de alta calidad funciona perfectamente con un estabilizador con Kst = 30. Las fluctuaciones en el voltaje de suministro al reproducir picos de señal (con una potencia de salida Pout = 60 W) no superaron los 0,2 V y no se produjeron distorsiones adicionales, que son comunes en estas condiciones cuando se alimenta un amplificador AF desde una fuente no estabilizada. Consideremos las cuestiones de elegir la tensión de alimentación y el umbral del dispositivo de protección. El voltaje de salida Upit (Fig. 1) de un brazo de la fuente de alimentación debe ser igual a:
donde Imax es el valor actual, A en la oscilación máxima del voltaje de salida; Uke nosotros: voltaje de saturación del transistor de salida, V; Rн - resistencia de carga, Ohm, Roс - resistencia de la resistencia de retroalimentación en el circuito emisor del transistor de salida Ohm.
Tomemos Rн = 4 ohmios, ya que este es el caso más típico de un amplificador potente. Si sustituyes valores numéricos en la desigualdad indicada, es fácil comprobar que el voltaje de un brazo de la fuente de alimentación para un amplificador con una potencia de 60...80 W se encuentra dentro del rango de 27...33 v. Detengámonos en la cuestión de determinar el umbral operativo del actual sistema de protección. Está absolutamente claro que este umbral debe ser tal que se garantice una reproducción de señal sin distorsiones con la máxima potencia de salida. Por otro lado, el umbral no debe exceder el valor Imax de los transistores de salida. Como es sabido, la potencia útil en la carga.
¿de dónde
A partir de esta relación se ha elaborado una tabla de los valores del umbral de respuesta Iz, el sistema de protección actual, para varios valores de potencia de salida. La tabla corresponde al caso en el que cada canal del amplificador recibe alimentación de un estabilizador independiente (si ambos amplificadores de potencia reciben alimentación de una fuente común, el umbral de respuesta debe duplicarse). Aproximadamente, se puede tomar Iз = (1,03...1,07)Imax.
Con base en lo anterior, y esto lo confirma la práctica, podemos concluir que no es práctico alimentar ambos amplificadores de potencia desde una fuente estabilizada. También es importante la cuestión de elegir el tipo de sistema de protección. Aquí no se pueden utilizar dispositivos de protección con estabilización de corriente en modo de emergencia. El hecho es que, como regla general, cuando el circuito de carga está cerrado, fluirá una corriente muy grande a través del transistor regulador del estabilizador. Si no se toman medidas inmediatas para limitarlo, es posible que se produzca una rotura térmica del transistor regulador del estabilizador y, después, a menudo de los transistores de salida del amplificador de potencia. Los dispositivos de protección con cierre del transistor de control tienen una velocidad relativamente baja, pero suficiente. Hay dos tipos de dispositivos de este tipo: con reinicio automático y con "efecto de disparo". Los primeros devuelven automáticamente el estabilizador al modo de funcionamiento después de eliminar la causa de la sobrecarga. Estos últimos dejan cerrado el transistor regulador del estabilizador y sólo se puede volver al modo de estabilización después de que el accidente haya sido eliminado únicamente por influencia externa. En nuestra opinión, no es deseable utilizar dispositivos de reinicio automático para proteger un amplificador de potencia. Si la sobrecarga es cíclica (por ejemplo, cuando se reproduce una banda sonora al nivel máximo), la energía al amplificador se suministrará de forma intermitente debido a la activación periódica del sistema de protección. Esto dará lugar a la repetición repetida del proceso transitorio en el amplificador, lo que puede provocar que falle. Son más preferibles los dispositivos con un "efecto desencadenante". Son muy eficaces en el proceso de instalación, prueba y reparación de amplificadores, cuando la probabilidad de una emergencia es bastante alta. Teniendo en cuenta todas las consideraciones anteriores, se desarrolló un estabilizador, cuyo diagrama se muestra en la Fig. 2.
El estabilizador se fabrica según un circuito de compensación utilizando un transistor compuesto en el elemento de control. Ambos brazos del estabilizador son idénticos en cuanto a circuitos. El uso de un diodo zener D818B en el elemento de control, que tiene una estabilización TKN negativa, hizo posible reducir drásticamente la deriva de temperatura del voltaje de salida. El uso de transistores de diferente estructura en el dispositivo de comparación (VT4) y en el elemento de control (VT1) conduce, por un lado, a la necesidad de introducir circuitos de disparo estabilizadores. Por otra parte, esta construcción también ofrece algunas ventajas. En particular, el sistema de protección sólo necesita un breve impulso de conmutación para cerrar de forma fiable el elemento de control del estabilizador. Este estado es muy estable y no es necesario que el transistor del sistema de protección VT3 esté constantemente abierto después de que se activa. El circuito de arranque es una resistencia R3, que desvía el elemento de control y está conectada mediante los contactos K1.1 del relé de tiempo (Fig. 3). En el estado inicial (la fuente de alimentación está desenergizada), los contactos K1.1 y K1.2 del relé K1 están cerrados. Después de aplicar energía, el estabilizador se pone en marcha en aproximadamente 1 s. Luego el relé funciona, los contactos se abren y el circuito de disparo se desconecta.
En caso de sobrecarga o cortocircuito en el circuito de carga, la caída de voltaje a través de la resistencia R7 abre ligeramente el transistor VT3. Debido a esto, el transistor VT4 comienza a cerrarse, seguido por los transistores VT1 y VT2. Una disminución del voltaje en el emisor del transistor VT3 provoca que se abra aún más y el elemento de control se cierra como una avalancha (el relé K1 permanece encendido). Una vez que se ha disparado el sistema de protección, el voltaje y la corriente de salida a través del circuito de carga son muy pequeños. Incluso con el cuerpo del transistor VT80 calentado a 2°C, no superan los 2 mV y 100 μA, respectivamente. Para poner el estabilizador en modo de funcionamiento después de eliminar la causa de la sobrecarga, debe desconectar la alimentación del amplificador durante un breve período. En la Fig. Las Figuras 4 y 5 muestran dependencias gráficas obtenidas experimentalmente del voltaje de salida y la corriente de carga de la resistencia de carga en varios valores del umbral de respuesta del sistema de protección.
Para lograr un desacoplamiento completo de la potencia, se proporciona un estabilizador separado para cada canal del amplificador. Los rectificadores se fabrican mediante un circuito puente de onda completa con filtros capacitivos suavizantes. El coeficiente de transferencia de corriente total del transistor compuesto VT1 y VT2 debe ser al menos 70000, y el del transistor VT4, más de 100. Para aumentar la claridad del funcionamiento de la protección, el coeficiente de transferencia de corriente estática del transistor VT3 debe ser al menos 150.
Los transistores VT2 y VT6 se instalan cada uno sobre un disipador de calor con una superficie útil de 1000 cm2 mediante juntas aislantes. Se aplica lubricante termoconductor a las juntas por ambos lados. KPT-8 (GOST 19 783-74), que permitió reducir significativamente la resistencia térmica del cuerpo del transistor: disipador de calor. Los transistores VT1 y VT5 se instalan en disipadores de calor hechos de perfil de esquina de duraluminio de 15x15 mm y con una superficie de aproximadamente 10 cm2. El estabilizador utiliza resistencias de sintonización SP4-1. Condensadores C1, C2-KM-5, el resto - K50-6. Las resistencias R7, R20 están bobinadas. En lugar del transistor KT814V, puede utilizar KT816V, KT816G, KT626V, KT626D; en lugar de KT827V - KT827B; en lugar de KT315G - KT503G, en lugar de KT503E - KT602B, KT603B, KT503B, KT503G, KT3102A - KT3102V, KT3102D, KT3102E; en lugar de KT815V - KT817V, KT817G, KT961A, KT807A, KT807B, KT801A, KT801B; en lugar de KT825V - KT825A, KT825B, KT825G; en lugar de KT361G - KT501E, KT501K, KT502B, KT502G, KT3107B, KT3107I; en lugar de KT502E - KT502G, KT502D, KT501M. Para configurar un estabilizador, necesitará un voltímetro, un amperímetro, una resistencia de carga con una potencia de 250...300 W (por ejemplo, reóstato RSP-2); También es recomendable tener un osciloscopio con entrada cerrada y una frecuencia de corte de al menos 1 MHz. Todos los brazos estabilizadores se ajustan uno por uno. Primero, inicie el estabilizador sin carga conectando brevemente la resistencia R3 y ajuste el voltaje de salida deseado con la resistencia de ajuste R12. El reóstato se ajusta a la resistencia máxima y se conecta mediante un amperímetro a la salida del estabilizador. Si las lecturas del voltímetro no han cambiado, no hay autoexcitación. De lo contrario, deberá seleccionar el condensador C1. El sistema de protección se configura colocando primero el control deslizante de la resistencia de recorte R8 en la posición más baja según el diagrama. Al reducir la resistencia de carga, logran una lectura del amperímetro igual al umbral, luego mueven el control deslizante de la resistencia R8 hasta que funcione la protección. El reóstato se devuelve a la posición de máxima resistencia, la alimentación del estabilizador se apaga y se vuelve a encender, y la resistencia de la carga se reduce nuevamente hasta que se activa la protección. Si es necesario, se ajusta la posición del control deslizante de la resistencia R8. El sistema de protección debe configurarse rápidamente para no sobrecalentar el potente transistor del elemento de control. Las pruebas repetidas han demostrado la alta confiabilidad del estabilizador y la efectividad del sistema de protección, lo que confirma la corrección del enfoque en el diseño de una fuente de alimentación para un amplificador de potencia. Autores: E. Mitskevich, I. Karpinovich
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