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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Regulador de tensión bipolar con refrigeración por agua, 220/±41 voltios 4 amperios. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes de alimentación Los estabilizadores de voltaje compensatorios de operación continua del tipo en serie tienen una baja eficiencia, pero un gran coeficiente de estabilización y una baja impedancia de salida. Por lo tanto, todavía son ampliamente utilizados. Sin embargo, se caracterizan por una baja fiabilidad en caso de sobrecarga o cortocircuito en la carga. Esto es especialmente peligroso para los dispositivos de transistores, por lo que es necesario introducir unidades de protección complejas con sensores de corriente en los estabilizadores. En el poderoso regulador de voltaje bipolar discutido en este artículo, la corriente de salida es limitada. El dispositivo no teme a las sobrecargas y puede funcionar con condensadores de filtro de alta capacidad. Un análisis de los circuitos UMZCH nos permite concluir que los estabilizadores de voltaje continuo rara vez se utilizan para alimentar sus etapas de salida. Las razones de esto son el alto costo de dichos estabilizadores, las grandes pérdidas de energía durante su uso y, lo que es más importante, "funcionará", porque funciona sin un estabilizador. Cuando no hay estabilizador, el voltaje de suministro del amplificador varía según la carga en un amplio rango (en el receptor Pioneer-714 AV - 30 ... 50 V). El hecho es que el voltaje de salida promedio de un rectificador con un filtro capacitivo depende en gran medida del flujo de salida de la carga. Además, los condensadores de filtro se cargan con pulsos en cada semiciclo de la tensión de red. El proceso puede tomar varios medios ciclos, y esto se transfiere parcialmente a la carga UMZCH. En la literatura de radioaficionados, se ha expresado repetidamente la opinión sobre la necesidad de alimentar el UMZCH desde una fuente estabilizada para garantizar un sonido más natural. De hecho, a la máxima potencia de salida del amplificador, el rango de ondas de voltaje de una fuente no estabilizada alcanza varias decenas de voltios. Esto es imperceptible en los valores pico de los componentes de alta frecuencia de las señales de audio, pero afecta en gran medida a la amplificación de sus componentes de baja frecuencia, cuyos picos tienen una larga duración. Como resultado, los capacitores del filtro tienen tiempo para descargarse, el voltaje de suministro disminuye y, por lo tanto, la potencia máxima de salida del amplificador. Si la disminución en el voltaje de suministro es tal que conduce a una disminución en la corriente de reposo de los transistores de salida del amplificador, esto puede causar una distorsión no lineal adicional. La forma fundamental de suprimir las ondas y la inestabilidad de la tensión de alimentación es su estabilización. El estabilizador reduce la ondulación de voltaje en las líneas eléctricas en uno o dos órdenes de magnitud, lo que facilita obtener la máxima amplitud de la señal de salida del amplificador. Además de reducir el nivel de fondo con una frecuencia de 50 (100) Hz, también se reducen la distorsión no lineal y la probabilidad de recorte de la señal en los picos de volumen. Se aumenta el margen para los parámetros máximos permitidos de los transistores de la etapa de salida del amplificador. Reduce la probabilidad de que la interferencia de la red entre en la salida del amplificador. Además, el uso de un estabilizador le permite simplificar el amplificador, lo que tiene un efecto beneficioso sobre el sonido. Otra ventaja: la función de proteger la etapa de salida del amplificador de la sobrecarga también se puede confiar al estabilizador. De las desventajas: la implementación de un estabilizador de voltaje potente y confiable de operación continua se convierte en un problema financiero significativo y una tarea técnicamente difícil. Además, se hace necesario eliminar una gran cantidad de calor de los transistores de potencia del estabilizador. La eficiencia general y la disipación de potencia del amplificador con estabilizador son mucho peores que sin él. Para mejorar la calidad de la fuente de alimentación, es deseable utilizar un transformador de red con inducción reducida. Como sabes, la corriente de arranque de los transformadores convencionales alcanza valores muy superiores a la corriente de operación. Reducir la amplitud de inducción en el circuito magnético a la mitad aumenta significativamente la confiabilidad, reduce el flujo de fuga del transformador y reduce su corriente de arranque a un valor que no exceda la corriente nominal sin carga. Sin embargo, una menor inducción conduce a un aumento en el número requerido de vueltas de los devanados y, como resultado, a un deterioro en el peso y tamaño del transformador, su costo y un aumento en las pérdidas de energía en la resistencia activa de los devanados. . Pero estamos hablando de una reproducción de sonido de muy alta calidad, ¿verdad? Y el sonido de un amplificador alimentado por un voltaje estabilizado es significativamente mejor en comparación con el sonido del mismo amplificador sin estabilizador. Un regulador de voltaje bipolar, cuyo circuito se muestra en la figura, está diseñado para alimentar el UMZCH.
Principales parámetros técnicos
Consiste en dos reguladores de voltaje independientes de polaridad positiva y negativa con respecto al cable común. La parte superior del circuito se refiere al estabilizador de polaridad positiva y la parte inferior se refiere a la polaridad negativa. El circuito regulador de polaridad negativa es esencialmente una imagen especular del circuito regulador de polaridad positiva. Por lo tanto, consideraremos en detalle solo el regulador de voltaje de polaridad positiva. La tensión alterna tomada del devanado II del transformador T1 rectifica el rectificador de onda completa sobre diodos Schottky duales VD3 y VD4 SR30100P, que tienen una carcasa aislada, por lo que es conveniente montarlos en un disipador común. A través del inductor de supresión de ruido L1, el voltaje rectificado se suministra a los condensadores de supresión de ruido y suavizado C8-C16 y luego a las corrientes de emisor de ecualización de los transistores conectados en paralelo VT1-VT9 resistencias R3-R11. Estas resistencias tienen una resistencia bastante alta, lo que contribuye al "aislamiento" efectivo de los circuitos colectores de los transistores VT1 -VT9 de la interferencia de la red. Junto con el transistor VT20, los transistores VT1-VT9 forman un potente transistor compuesto con un alto factor de amplificación de corriente. La corriente de base del transistor VT20 fluye hacia el colector del transistor VT22. El transistor VT22 controla el voltaje de la salida del amplificador operacional DA3.1. Los diodos Zener VD13, VD14 conectados en serie están conectados a la salida del estabilizador, cuyo voltaje de estabilización total sirve como ejemplo para el estabilizador considerado. En lugar de diodos zener, puede instalar una resistencia de tal resistencia que, junto con la resistencia R29, proporcione cero potencial en el punto de su conexión a la tensión nominal de salida del estabilizador. Pero en comparación con los diodos zener, esta es una opción menos eficiente. El potencial desplazado por los diodos zener o una resistencia en el sistema de estabilización es una señal de desajuste y se alimenta a la entrada inversora del amplificador operacional DA3.1, cuya entrada no inversora está conectada al cable "0". Tenga en cuenta que los cables "O" y "Comm". deben estar conectados entre sí y al cable común del dispositivo (amplificador) alimentado por el estabilizador en la placa de este último. Esto reduce significativamente el nivel de interferencia y ruido en el voltaje estabilizado. La resistencia R21 garantiza el rendimiento del estabilizador cuando no se le conecta ningún amplificador. Durante el funcionamiento, el amplificador operacional compara continuamente el potencial en su entrada inversora con el potencial cero en la entrada no inversora. Además, controla el transistor VT22 de tal manera, y con él el transistor compuesto VT20, VT1-VT9, para que el voltaje especificado se mantenga en la salida del estabilizador. Suponga que el voltaje en la salida del estabilizador ha disminuido debido a un aumento en la corriente de carga. El potencial en la entrada inversora del amplificador operacional DA3.1 se volverá negativo en relación con el no inversor, y el voltaje en la salida del amplificador operacional aumentará. Esto aumentará la corriente de colector del transistor VT22 y, con ella, la corriente de base y de emisor del transistor VT20. Como resultado, la corriente de colector total de los transistores VT1-VT9 aumentará, compensando el aumento de la corriente de carga. La tensión de salida volverá a su valor anterior. El dispositivo de arranque suave en el transistor VT19 y el relé K1 proporcionan un aumento suave de voltaje en el banco de capacitores C28-C30, C34-C63 cuando el estabilizador (devanado primario del transformador T1) está conectado a la red. En este momento, comienza a fluir una corriente a través de la resistencia R2, cargando el capacitor C27. Cuando, después de 30 ... 35 s, el voltaje aplicado al diodo Zener VD9 alcanza los 36 V, se abre. Esto conduce a la apertura del transistor VT19 y al funcionamiento del relé K1, que conmuta las resistencias que limitan la corriente de salida del estabilizador. Mientras el relé no ha trabajado, esta corriente está limitada por la resistencia R32 a 450 ... 650 mA, lo que elimina la irrupción de la corriente de carga de la batería de condensadores C28-C3O, C34-C63 con una capacidad total de más de 100000 uF. El relé activado conecta la resistencia R32 en paralelo con la resistencia R35. A partir de este momento, el estabilizador puede suministrar corriente hasta 4 A a la carga. Si la salida del estabilizador se cierra accidentalmente con un cable común, la corriente tampoco excederá los 4 A, pero la potencia disipada por los transistores Vt1-VT9 aumentará considerablemente. Sin embargo, no superará los 25 vatios por transistor. De esto se deduce que el regulador de voltaje es confiable y no teme los cortocircuitos en la carga. Para establecer con precisión los niveles de limitación de corriente, es necesario reemplazar temporalmente la resistencia R32 con una resistencia variable de aproximadamente 500 kΩ, y la resistencia R35 no está instalada. Mueva el control deslizante de resistencia variable a la posición de resistencia máxima. Habiendo cerrado la salida del estabilizador con un amperímetro, encienda el estabilizador y reduzca gradualmente la resistencia de la resistencia variable, observando las lecturas del amperímetro. Cuando se alcance la corriente de arranque segura requerida, apague el regulador, mida la resistencia de entrada de la resistencia variable y reemplácela con una resistencia fija de la misma resistencia. Luego, en lugar de la resistencia R35, conecte una resistencia variable con una resistencia de 100 kOhm y la carga máxima a la salida del estabilizador a través de un amperímetro. Encienda el estabilizador y espere a que funcione el relé. Después de eso, comience a reducir gradualmente la resistencia de la resistencia variable. Cuando se alcance el voltaje de estabilización nominal y la corriente de carga máxima especificada, apague el estabilizador, mida la resistencia de entrada de la resistencia variable y reemplácela con una constante. El mismo procedimiento debe realizarse con un estabilizador de voltaje negativo. No puede simplemente instalar las resistencias R33 y R36 de la misma resistencia que R32 y R35, respectivamente. El hecho es que los coeficientes de transferencia de corriente de los transistores utilizados en ambos estabilizadores difieren significativamente. Por ejemplo, para los transistores 2SA1943 es de aproximadamente 140 y para 2SC5200 es solo 85. Los transformadores T1 y T2 se fabrican a medida con inducción reducida y devanados secundarios para 2x54 V (con conductores medianos) a una corriente de carga de 5 A. Cada transformador se instala en su propio lado en la parte más baja del intercambiador de calor (aquablock) de el sistema de refrigeración por agua del estabilizador. El aquablock sirve como una especie de chasis en el que se ubican todos los nodos del dispositivo. Antes de instalar los transformadores, se moldean con epoxi en plataformas de aterrizaje perfectamente planas. Luego, con espárragos roscados M12, los transformadores se presionan contra el aquablock. En modo inactivo, el voltaje en las salidas de los rectificadores (entradas de los propios estabilizadores) es de 76 V. Cuando se conecta a la salida de un estabilizador de carga con una resistencia de 10 ohmios, cae a 64 V. Si hay más corriente de carga necesario, por ejemplo, 10 A, entonces los valores de las resistencias R3-R20 deben reducirse hasta 10 ohmios. Los diodos supresores VD1 y VD2 están diseñados para amortiguar las sobretensiones durante los transitorios que acompañan a la inclusión del estabilizador en la red. Con la instalación y el montaje adecuados, el estabilizador comienza a funcionar sin ningún problema. Con una carga continua de 4 A, los transistores VT1-VT9 disipan unos 60 W de potencia (6 W por cada transistor). En cada una de las resistencias R3-R11 - 4 vatios. Juntos, los reguladores de voltaje positivo y negativo disipan alrededor de 180 vatios. Dos pares de estabilizadores para alimentar los amplificadores de los canales estéreo izquierdo y derecho, montados en un aquablock común, disipan 360 watts. El aquablock está formado por dos piezas de carril de duraluminio de 100x10 mm de sección y 1000 mm de largo, fijadas con tornillos en todo el perímetro. Se utilizó un sellador automotriz para sellar la junta entre los neumáticos. En la superficie interior de cada neumático, se fresan dos ranuras paralelas de 960x15x4 mm, a través de las cuales fluye el agua de refrigeración. La sección transversal total del canal de suministro de agua es de 15x8 mm, su longitud total es de 1920 mm, el caudal de agua es de 0,75 l/min, la temperatura del agua en la entrada del aquablock es de 24 °C y en la salida de - 29 °C . El agua proviene del suministro de agua a través de un filtro de una sola etapa. Cuatro años de experiencia en la operación de un sistema de enfriamiento de agua tan abierto mostraron la estabilidad de sus parámetros térmicos. Pero también se puede cerrar el sistema con agua destilada circulando por el aquablock y un radiador externo del coche. Los transistores VT1-VT18 están montados en una placa de circuito impreso con un sustrato de aluminio presionado contra el bloque de agua con pasta conductora de calor. La temperatura de la superficie de la placa es de unos 34 °C. Los transistores 2SA1943 y 2SC5200 se calientan hasta una temperatura de unos 50 °C. Las pruebas mostraron que esta temperatura se mantuvo sin cambios durante tres horas de funcionamiento. El sistema de refrigeración descrito es compacto, eficiente y absolutamente silencioso. Le permite desviar alrededor de un kilovatio de energía térmica. Como dispositivo de señalización para la falta de emergencia de agua corriente en el sistema, se instala un sensor de presión DRD-40 en su tubería de suministro. Es ideal para plomería estándar. En caso de corte de emergencia del agua, los contactos de este sensor se abren y desconectan el estabilizador de la red eléctrica. Además, es necesario instalar sensores de temperatura en uno o más transistores 2SA1943 que, como ha demostrado la práctica, calientan más que los transistores 2SC5200. Se recomienda instalar los mismos sensores en los transformadores. Autor: V.Fedósov
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