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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Potente estabilizador de tensión bipolar para UMZCH. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Protectores contra sobretensiones El autor ofrece un estabilizador de tensión de alimentación bipolar, adecuado para amplificadores con una potencia de hasta 50-100 W por canal. El dispositivo está hecho de potentes transistores de efecto de campo capaces de funcionar bajo múltiples sobrecargas de corriente de corta duración. El uso de tales estabilizadores se justifica en gran medida en amplificadores con alta sensibilidad a los cambios y ondulaciones en la tensión de alimentación, lo que es especialmente característico de amplificadores simples sin retroalimentación general. Como sabe, para alimentar la potente etapa de salida del UMZCH, varios diseños utilizan una fuente de alimentación separada y el resto del amplificador funciona con un estabilizador de voltaje. La mayoría de estas fuentes de alimentación no están estabilizadas y constan de dos rectificadores de onda completa (para tensiones de polaridad positiva y negativa) con un punto medio con condensadores de suavizado. Este voltaje no regulado no es utilizado por el resto del amplificador si tiene componentes adicionales y un interruptor de fuente de señal (un amplificador completo "integrado"). Además, la retroalimentación general utilizada en la mayoría de los UMZCH reduce significativamente la sensibilidad a las ondulaciones del voltaje de suministro. Y si la profundidad de la retroalimentación general es pequeña o inexistente, las ondulaciones de la tensión de alimentación se pueden escuchar a través de los sistemas acústicos. Una forma fundamental de suprimir la ondulación y la inestabilidad es alimentar las etapas de salida del amplificador con un voltaje estabilizado; sin embargo, el uso de estabilizadores integrados también enfrenta una serie de problemas. El hecho es que tales estabilizadores tienen una caída de voltaje relativamente grande. Además, suelen tener limitadores de corriente y potencia incorporados, lo que generalmente puede anular las ventajas del estabilizador. Por supuesto, es posible utilizar un estabilizador integrado de alta potencia (por ejemplo, con una corriente de salida de 10 A), pero su coste, en mi opinión, es inaceptable. Una alternativa para resolver este problema puede ser el uso de potentes transistores de efecto de campo en el estabilizador de voltaje de suministro. Estos transistores, por cierto, son económicos y tienen una baja resistencia de canal abierto (centésimas de ohmio) y una corriente máxima de hasta 70... 100 A, lo que permite diseñar estabilizadores con una caída de voltaje muy baja. (no más de 0,25 V) a una corriente de hasta 20 A . Los parámetros del estabilizador descrito son los siguientes. Con una tensión de salida de 27 V, su corriente máxima alcanza los 4,5 A. Con tal corriente de carga, la tensión mínima de funcionamiento entre entrada y salida no supera los 0,25 V. La diferencia entre la tensión de salida del estabilizador sin carga y la tensión en una corriente de carga de 4,5 A no supera los 0,15 V, con una corriente de 6 A esta diferencia no supera los 0,16 V. Dichos parámetros del estabilizador están garantizados por los potentes transistores de efecto de campo utilizados en él: IRF4905 (canal p) con una corriente de drenaje máxima de 74 A y una resistencia de canal abierto de 0,02 ohmios e IRL2505 (canal n), con un corriente correspondiente de 104 A y una resistencia de 0,008 ohmios.
Un estabilizador bipolar consta de dos fuentes de voltaje independientes de polaridad positiva y negativa (Fig. 1). La parte superior del circuito se refiere al estabilizador de polaridad positiva y la parte inferior se refiere al estabilizador de polaridad negativa. Para facilitar la comparación, la numeración de los elementos correspondientes sólo difiere en los prefijos 1 y 2. Primero, sobre algunas características del estabilizador. Contiene tres elementos críticos: los condensadores C2 y C3 y un diodo zener VD1. Los valores de capacitancia de los condensadores C2 y C3 indicados en el diagrama son, en cierto sentido, un compromiso: cuando se reducen, surge la posibilidad de autoexcitación del estabilizador. Un aumento de su capacitancia a 1 µF conduce al hecho de que las ondulaciones, que siempre están presentes en el voltaje rectificado, penetran en la salida del estabilizador. Ahora unas palabras sobre por qué se eligió el diodo zener VD1 (BZX55-C7V5) con un voltaje de estabilización de 7,5 V. Es recomendable elegir un diodo zener cuya resistencia diferencial sea mínima (afecta las propiedades de todo el estabilizador). De todos los diodos zener de la serie BZX55, los diodos zener BZX7-C55V7 y BZX5-C55V8 tienen la resistencia diferencial más baja (2 ohmios). Si el voltaje de entrada del estabilizador es inferior a 20...25 V, es recomendable utilizar un diodo zener con un voltaje no superior a 3,3 V (por ejemplo, BZX55-C3V3). El circuito estabilizador de polaridad negativa con cambios menores lo tomé prestado de [1] y ya lo usé una vez para controlar la velocidad de rotación de un taladro (con una reserva de corriente de 20...30 A). En comparación con el circuito de [1], en el circuito de la Fig. 1, se cambiaron los valores de algunos condensadores y resistencias, se agregó un diodo zener VD2 para proteger la puerta VT2 contra fallas y se usó un diodo zener (VD1) para un voltaje de estabilización diferente (7,5 V). El circuito estabilizador de polaridad positiva es una imagen especular del circuito estabilizador de polaridad negativa. En lugar de uno de canal N, utiliza un transistor de efecto de campo de canal P IRF4905 en un paquete TO-220 (VT2), en lugar de un transistor bipolar. de la estructura pnp: un transistor de la estructura npn BC337-40 o KT503B (VT1), y la carga del estabilizador paralelo DA1 (TL431CZ en el paquete TO-92) está incluida en su circuito de ánodo. Aunque esta conexión de carga es menor Como se sabe, es más común en el cambio de fuentes de alimentación para computadoras. Algunas notas sobre cómo se puede modificar el estabilizador descrito para su uso con una tensión de alimentación de +/-35...45 V. En este caso, la resistencia de la resistencia R4 (620 ohmios) debe aumentarse a 0,9...1 kOhm para que la corriente que pasa por el estabilizador DA1 (TL431CZ) no supere la mitad de su corriente máxima de 50 mA. En lugar de un par complementario de transistores BC327/BC337 (Uke max = 45 V, Iktah = 0,8 A, PKmax = 0,6 W), se debe utilizar un par con un voltaje Uke max ligeramente superior. por ejemplo, 2SA1284/2SC3244 (UK3max = 100 V, lKmax = 0,5 A, PKmax = 0,9 W). Es recomendable instalar transistores de efecto de campo en disipadores de calor con una gran área de enfriamiento. También se debe agregar que para configurar el voltaje de estabilización requerido será necesario cambiar los valores de las resistencias R5, R6 y R7. Es recomendable utilizar un diodo zener para una tensión de estabilización de 7,5 V (BZX55-C7V5). Recomiendo comprar el chip TL431CZ de National Semiconductor, Texas Instruments, Vishay, Motorola. Todas las resistencias, excepto el trimmer R6 (SPZ-19A), tienen una potencia de 0,25 W, los condensadores cerámicos, para un voltaje de 50 V.
Como necesitaba dos placas estabilizadoras bipolares (una para cada canal del UMZCH), usando el programa Sprint Layout 5.0 coloqué la placa de circuito impreso (Fig. 2, imprimí su dibujo en papel de calco destinado a imprimir con una impresora láser y Lo hice usando el método que describí en [2, 3]. La apariencia del tablero montado se muestra en la Fig. 3.
Para probar el funcionamiento del estabilizador, utilicé tres multímetros digitales, dos de los cuales midieron los voltajes de entrada y salida del estabilizador, y el tercero, en modo amperímetro, midió su corriente de salida. Aquí es necesario agregar que el diagrama de la Fig. 4 se utilizó para probar un estabilizador de voltaje positivo. Las propiedades de un estabilizador de voltaje negativo se probaron de manera similar.
Como carga (R1) se utilizó una resistencia cerámica SQP con una potencia de 20 W y una resistencia de 1 Ohm, y como R2 se utilizó una resistencia PE-75 con una potencia de 75 W y una resistencia de 5 Ohm. Así, la resistencia de carga total (6 ohmios) del estabilizador correspondía a una potencia total de 95 W. y la corriente es de 4,5 A. Al probar el estabilizador, utilicé como fuente de alimentación una fuente de alimentación estabilizada modificada B5-47, en la que el voltaje de salida (hasta 30 V) se proporciona con una corriente de carga de hasta 4-5 A (hasta 3 A sin modificación). Para aumentar el límite de corriente a 4,59 A, es necesario instalar puentes entre los contactos 23, 24, 26 y 50 en el conector del control remoto ubicado en la pared trasera de la unidad, y establecer el valor máximo de corriente en 2,99 A en el panel frontal Los resultados de las pruebas de funcionamiento de los estabilizadores confirmaron plenamente sus parámetros. Los estabilizadores tienen una importante reserva de corriente y la potencia de carga de cada estabilizador corresponde a 121,5 W, para un total de 243 W. Si la potencia de un canal del amplificador es P = 35 W y la resistencia de carga es R = 4 ohmios, entonces la amplitud del voltaje de la señal U " es 17 V y la corriente lm = 4,25 A. Esto significa que si el estabilizador es bipolar y consta de estabilizadores de polaridad positiva y negativa, cada uno de ellos debe proporcionar una corriente máxima de 4,25 A. Si la tensión de salida del estabilizador es de 27 V y la corriente en la carga es de 4,25 A, entonces la carga equivalente corresponde a una resistencia ReKB = 6,35 Ohm. Por eso se eligió la resistencia de carga del estabilizador de 6 ohmios. Durante las pruebas, también se utilizó un rectificador de fuente de alimentación real con alta corriente y alto nivel de ondulación (condensador de almacenamiento con una capacidad de 10000 μF y diodos rectificadores DSS 60-0045V (Uobp = 45 V, lmax = 60 A, Upr = 0,35 V/10 A), conectado mediante un circuito puente. El estabilizador descrito también es resistente a sobrecargas breves. Lo usé para ajustar la velocidad de rotación de un taladro, en el que la corriente de arranque del motor alcanza los 20 A. Por lo tanto, el estabilizador tiene una reserva de corriente importante, lo que permite su uso con disipadores de calor grandes y en UMZCH más potentes. palabras sobre la instalación y ajuste del estabilizador en el amplificador En primer lugar, es necesario evaluar, utilizando un osciloscopio, los valores mínimos de la tensión de alimentación de las etapas de salida del UMZCH con carga máxima. Para hacer esto, conecte a la salida del UMZCH una resistencia con un valor nominal igual a la resistencia CA (4 u 8 Ohmios) y una potencia correspondiente al máximo para el UMZCH. Aplique una señal con una frecuencia de 34... 20 Hz desde el generador 30 a la entrada del amplificador, y utilice el control de volumen para establecer el nivel de señal correspondiente a la potencia máxima del amplificador. A continuación, debe determinar el valor absoluto mínimo (teniendo en cuenta la amplitud de ondulación) de los voltajes de suministro y configurar el voltaje de estabilización con la resistencia de ajuste R6 a aproximadamente 1 V menos que este valor mínimo en cada uno de los estabilizadores. Antes de instalar dos placas de dichos estabilizadores en cada uno de los canales del amplificador ("Idol U-001"), reemplacé los diodos KD208A (Unp = 1 V/1.5 A) en los puentes rectificadores de las fuentes de alimentación por diodos Schottky MBR10100. (Unp = 0,45 V/1,5 A) y diodos KD209A en un estabilizador de voltaje de 30 V con diodos HER503. Además, se duplicó la capacidad de los condensadores de suavizado (tanto en los rectificadores de las etapas de salida como en el estabilizador de 30 V). Después de instalar los estabilizadores en la carcasa y encender el amplificador, es necesario verificar y ajustar el equilibrio de las etapas de salida para corriente continua y luego la corriente de reposo de transistores potentes. Habiendo ajustado los modos de funcionamiento de los transistores de las etapas de salida del UMZCH con estabilizadores instalados, descubrí una disminución notable en el fondo incluso con la máxima sensibilidad en ausencia de una señal de entrada. Literatura
Autor: A.Kuzminov
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