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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Potente fuente de alimentación de laboratorio con OU. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes de alimentación Probablemente no haya ningún radioaficionado que no haya tenido una fuente de alimentación de laboratorio como uno de los primeros diseños. Al hacer experimentos, hacer dispositivos individuales, cada radioaficionado seguramente enfrentará el problema de la fuente de alimentación. Sucede que, después de haber hecho una fuente de alimentación para cualquier diseño, mientras gasta mucho tiempo y dinero buscando un circuito adecuado y detalles en la literatura, un diseñador novato está convencido de que su dispositivo no funciona bien con este bloque. Esto sucede a menudo con aquellos radioaficionados que, sin una fuente de laboratorio, no pueden determinar correctamente ni el rango de voltajes de alimentación en el que sus dispositivos funcionan de manera estable, ni las corrientes que prácticamente consumen. Es necesario hacer esto durante el ajuste de los dispositivos, alimentándolos desde una fuente externa, lo que proporcionaría amplios límites para ajustar el voltaje de salida y su alta estabilidad con grandes cambios en la corriente de carga. Además, dicha fuente debe tener protección de alta velocidad contra sobrecargas o cortocircuitos de salida. La literatura técnica de radio popular destaca constantemente el diseño de las fuentes de alimentación y describe repetidamente fuentes de laboratorio notables. Sin embargo, algunos de ellos proporcionan una corriente de carga insuficiente con otros parámetros excelentes, contienen varias piezas escasas o son difíciles de configurar. Por lo tanto, su repetición no está disponible para todos los radioaficionados, especialmente para los principiantes. La eficiencia de la fuente de alimentación descrita, como la mayoría de los dispositivos similares, no supera el 50%. Cuando se repita, tendrá que trabajar duro para enrollar el transformador de potencia. Sin embargo, la relativa simplicidad del circuito con parámetros de salida suficientemente altos, la ganancia en sintonía, el peso y las dimensiones dan ciertas ventajas. Las principales características de la fuente de alimentación:
La fuente de alimentación (Fig. 1) consta de un estabilizador de compensación principal con una conexión en serie de un elemento regulador (transistores VT2-VT4), un amplificador en el circuito de retroalimentación (microcircuito DA1, transistor VT1), estabilizadores paramétricos auxiliares (diodos zener VD11 -VD14, VD19) y una protección de sobrecarga del dispositivo (transistores VT5, VT6). En los estabilizadores de compensación, el voltaje de salida es la diferencia entre el voltaje proveniente del rectificador y la caída de voltaje en el transistor de regulación.
El deseo de diseñar un estabilizador con un cambio suave en el voltaje de salida en un amplio rango y una corriente de carga significativa está asociado con la liberación de una gran potencia térmica en el transistor de regulación. Por esta razón, en el bloque se utiliza un cambio de paso en el voltaje rectificado. Para hacer esto, el rectificador principal, hecho con diodos VD2-VD5, recibe voltaje del devanado secundario seccionado III del transformador de potencia utilizando la sección SA2.1 del interruptor SA2. Al mismo tiempo, el interruptor SA2 (secciones SA2.2 y SA2.3) cambia las resistencias de las etapas de control del estabilizador. En este caso, el voltaje de salida se puede cambiar en diez pasos de 3 V y sin problemas usando la resistencia R41 dentro de cada paso. Como resultado, a la corriente de carga máxima en el transistor de regulación principal VT2-VT4, conectado de acuerdo con el circuito colector común, la potencia no se disipa más de 20 vatios. Los transistores VT3 y VT4 están conectados en paralelo y, en consecuencia, la potencia disipada en cada uno de ellos no supera los 10 vatios. Los emisores de estos transistores incluyen resistencias R42 y R43, que sirven para igualar sus corrientes. Para reducir las dimensiones generales y el peso de la fuente de alimentación, aumentar la compacidad de la instalación, se utilizó un radiador con un área de dispersión menor que la necesaria. Al mismo tiempo, los transistores se calientan hasta 60 ... 70 ° C durante el funcionamiento a largo plazo de la fuente de alimentación con la corriente de carga máxima. Si se supone que la fuente de alimentación funcionará durante mucho tiempo con corrientes de carga cercanas al máximo, se debe usar un radiador con un área de disipación de 800 ... 1000 cm2. El amplificador de señal de retroalimentación se ensambla en un amplificador operacional (op-amp) DA1, que está alimentado por un rectificador auxiliar hecho en diodos VD6-VD9. El voltaje de suministro del amplificador operacional está estabilizado por dos estabilizadores paramétricos conectados en serie, el primero de los cuales está hecho en los diodos zener VD11, VD12 y la resistencia R3, y el segundo en los diodos zener VD13, VD14 y la resistencia R4. El voltaje estabilizado por el diodo zener VD14 también se utiliza para alimentar la fuente de voltaje de referencia, que se realiza en el diodo zener VD19, que tiene un coeficiente de temperatura de voltaje de estabilización bajo, y la resistencia R21. Al cambiar el voltaje de referencia suministrado a la entrada inversora del amplificador operacional usando el divisor R22-R41, puede cambiar el voltaje del estabilizador. Para obtener el voltaje de salida de la fuente de alimentación, que excede el voltaje de salida máximo del amplificador operacional, se usa un amplificador en el transistor VT1. La resistencia R11 limita la corriente de salida del amplificador operacional. A través de un divisor en las resistencias R19, R20, parte del voltaje de salida de la unidad se alimenta a la entrada no inversora del amplificador operacional. Con cualquier cambio aleatorio en el voltaje de salida del estabilizador, la diferencia entre los voltajes en las entradas del amplificador operacional cambia y, en consecuencia, el voltaje en el colector VT1, que cambia el estado del transistor regulador de tal manera que la tensión de salida de la unidad vuelve a su valor anterior. Los capacitores C5-C7, C9, C10 eliminan la autoexcitación del bloque a altas frecuencias en todo el rango de voltaje de salida y corriente de carga. Para garantizar que el voltaje de salida de la fuente de alimentación sea cercano a 0, las bases de los transistores VT3, VT4 se alimentan a través de la resistencia R8 con un voltaje de cierre formado por la corriente divisoria R6, R7 a través de la resistencia R7. En ausencia de este voltaje, no sería posible obtener un voltaje de salida de la unidad inferior a 1 ... 1,5 V. La razón de esto es el valor final de la corriente de colector de los transistores VT2-VT4 a voltaje cero en sus bases. El circuito VD17R14 se usa para acelerar la descarga del capacitor C12 y la carga capacitiva conectada a la unidad mientras se establece un nivel de voltaje de salida de unidad más bajo. En este caso, el capacitor C12 se descarga al voltaje establecido en el colector del transistor T1 a lo largo del circuito: el terminal positivo del capacitor C12, la resistencia R12, la unión emisor-colector del transistor VT1, el diodo VD17, la resistencia R14, el terminal negativo del condensador C12. El dispositivo electrónico de protección contra sobrecorriente está hecho en transistores VT5, VT6. La caída de voltaje creada por la corriente de carga a través de la resistencia R12, en la polaridad de apertura, se aplica a la unión del emisor del transistor VT5. Al mismo tiempo, la tensión de cierre de la resistencia R15, regulada por la resistencia R17, se suministra a la misma transición. Tan pronto como la corriente de carga supera el nivel especificado, VT5 se abre ligeramente, abriendo el transistor VT6. Este último, a su vez, abrirá VT5 aún más: el proceso avanza como una avalancha. Como resultado, ambos transistores se abren por completo y se suministra una señal de polaridad negativa a la entrada 10 del amplificador operacional a través del diodo VD18 y la resistencia R18, que supera en valor absoluto la señal en la entrada 9. Se genera un voltaje de polaridad negativa. a la salida del amplificador operacional, abriendo el transistor VT1. En este caso, el elemento regulador (transistores VT2-VT4) se cierra y el voltaje de salida de la unidad se acerca a 0. Al mismo tiempo, se enciende la lámpara de señal H2 "Sobrecarga". Para devolver el bloque a su estado original, debe apagarlo durante unos segundos y volver a encenderlo. El devanado IV del transformador de potencia, el rectificador auxiliar en el diodo VD1, el condensador C1 y el diodo VD10 sirven para eliminar la apariencia de un aumento de voltaje en la salida de la unidad del rectificador principal cuando se apaga la fuente de alimentación. Esto es posible porque el capacitor C2 se descarga más rápido que el capacitor C3. En este caso, el voltaje de suministro del amplificador operacional desaparece más rápido y, por lo tanto, el transistor VT1 se bloquea y el elemento de control se desbloquea antes de que desaparezca el voltaje en el capacitor C3. El terminal positivo del capacitor C3 a través de la unión del emisor del transistor VT1 está conectado al ánodo del diodo VD10, pero el diodo no afecta su funcionamiento cuando la fuente de alimentación está encendida, ya que está cerrado por un voltaje positivo formado por la diferencia entre el voltaje en el capacitor C3 y el voltaje en el capacitor C1. Este último siempre es mayor debido a la carga del capacitor C1 por la suma de los voltajes de salida de los devanados III y IV del transformador de potencia. Para garantizar esta condición, es necesario observar la polaridad de inclusión de los devanados III y IV, tal como se muestra en el diagrama. Después de apagar la fuente de alimentación, el capacitor C1 se descarga rápidamente a través de la resistencia R1, el diodo VD10 se abre con voltaje a través del capacitor C3 y este último a través de la resistencia R1 ingresa a la base del transistor VT1. El transistor VT1 se desbloquea, cerrando el elemento de control. En este caso, la tensión de carga se mantiene próxima a cero, hasta que el condensador C3 se descarga por completo a través del transistor VT1 y la resistencia R9. La resistencia R2 acelera la descarga del capacitor C2 y elimina la sobretensión en el voltaje de salida de la unidad en el momento inicial cuando se apaga, mientras que el capacitor C1 aún no ha tenido tiempo de descargarse y los diodos VD10 y el transistor VT1 no se han abierto. La aparición de una sobretensión en este momento está asociada con un cambio desigual en los voltajes en las entradas del amplificador operacional y la aparición de un salto positivo en su salida. El condensador C4, la resistencia R5 y el diodo VD16 se utilizan para eliminar la sobretensión de voltaje de salida cuando se enciende la fuente de alimentación, así como para evitar que la protección se dispare con una carga capacitiva significativa en el momento del encendido. En el momento inicial después del encendido, el condensador C4 se carga lentamente en dos circuitos: a través de la resistencia R5 y a través de la resistencia R9 y el diodo VD16. En este caso, el voltaje en la base del transistor VT2 es igual a la suma de la caída de voltaje en el diodo abierto VD16 y el voltaje en el capacitor C4. Este voltaje, y por lo tanto el voltaje en la salida de la fuente de alimentación, crecerá siguiendo el voltaje a través del capacitor C4 hasta que el estabilizador entre en un estado estable. Luego, el diodo VD16 se cierra y el capacitor C4 se carga solo a través de la resistencia R5 al voltaje máximo en el capacitor de filtro C3 y no tiene ningún efecto en el funcionamiento posterior de la fuente de alimentación. El diodo VD15 sirve para acelerar la descarga del condensador C4 cuando la unidad está apagada. Todos los elementos, excepto el transformador de potencia, los potentes transistores de control, los interruptores SA1-SA3, los portafusibles FU1, FU2, las bombillas H1, H2, el medidor de puntero, los conectores de salida y un regulador de voltaje de salida suave, se colocan en placas de circuito impreso (Fig. . 2).
La ubicación de los elementos se muestra en la Fig. 3, la apariencia de la fuente de alimentación, en la Fig. 4.
Los transistores P210A están montados en un disipador de calor en forma de aguja montado detrás de la caja y que tiene un área de disipación efectiva de unos 600 cm2. Se perforan orificios de ventilación con un diámetro de 8 mm en la parte inferior de la caja en el lugar donde se une el radiador. La tapa de la carcasa está fijada de tal manera que se mantenga un espacio de aire de aproximadamente 0,5 cm de ancho entre ella y el radiador. Para una mejor refrigeración de los transistores de control, se recomienda perforar orificios de ventilación en la tapa. En el centro de la caja se fija un transformador de potencia y, junto a él, en el lado derecho, se fija un transistor P5A en una placa de duraluminio de 2,5x214 cm. La placa está aislada del cuerpo con casquillos aislantes. Los diodos KD202V del rectificador principal están montados sobre placas de duraluminio atornilladas a la placa de circuito impreso. La placa se instala encima del transformador de potencia con las partes hacia abajo. El transformador de potencia está realizado sobre un circuito magnético de cinta toroidal OL 50-80/50. El devanado primario contiene 960 vueltas de cable PEV-2 0,51. Los devanados II y IV tienen voltajes de salida de 32 y 6 V, respectivamente, con un voltaje en el devanado primario de 220 V. Contienen 140 y 27 vueltas de cable PEV-2 0,31. El devanado III está enrollado con cable PEV-2 1,2 y contiene 10 secciones: la inferior (según el esquema) - 60, y el resto 11 vueltas cada una. Los voltajes de salida de las secciones son respectivamente iguales a 14 y 2,5 V. El transformador de potencia también puede enrollarse en otro circuito magnético, por ejemplo, en una varilla de TV UNT 47/59 y otros. El devanado primario de dicho transformador se conserva y los devanados secundarios se rebobinan para obtener los voltajes anteriores. En la fuente de alimentación, en lugar de los transistores P210A, puede usar transistores de las series P216, P217, P4, GT806. En lugar de transistores P214A, cualquiera de la serie P213-P215. Los transistores MP26B se pueden reemplazar con cualquiera de las series MP25, MP26 y P307V con cualquiera de las series P307 - P309, KT605. Los diodos D223A se pueden reemplazar por diodos D223B, KD103A, KD105; Diodos KD202V: cualquier diodo potente con una corriente permitida de al menos 2 A. En lugar del diodo zener D818A, puede usar cualquier otro diodo zener de esta serie. Interruptores SA2: tipo de galleta de tamaño pequeño 11P3NPM. En el segundo bloque, los contactos de las dos secciones de este interruptor están en paralelo y se utilizan para conmutar secciones del transformador de potencia. Cuando la fuente de alimentación está encendida, la posición del interruptor SA2 debe cambiarse a corrientes de carga que no excedan 0,2 ... apagándolo. Las resistencias variables para un ajuste suave del voltaje de salida deben seleccionarse con la dependencia de la resistencia del ángulo de rotación del motor tipo "A" y preferiblemente del cable. Las bombillas incandescentes en miniatura HCM-0,3 V-1 mA se utilizan como lámparas de señalización H2, H9. Cualquier dispositivo de puntero se puede utilizar para una corriente de desviación total del puntero de hasta 1 mA y un tamaño de parte frontal de no más de 60X60 mm. En este caso, hay que recordar que la inclusión de un shunt en el circuito de salida de la fuente de alimentación aumenta su impedancia de salida. Cuanto mayor sea la corriente de la desviación total de la flecha del dispositivo, mayor será la resistencia del shunt (siempre que las resistencias internas de los dispositivos sean del mismo orden). Para evitar la influencia del dispositivo en la impedancia de salida de la fuente de alimentación, el interruptor SA3 durante el funcionamiento debe configurarse para medir voltaje (posición superior según el diagrama). En este caso, la derivación del dispositivo se cierra y se excluye del circuito de salida. Establecer la fuente de alimentación se reduce a verificar la corrección de la instalación, seleccionar las resistencias de las etapas de control para ajustar el voltaje de salida dentro de los límites requeridos, configurar la corriente de operación de protección y seleccionar las resistencias de las resistencias Rsh y Rd para el medidor de puntero. . Antes de configurar la fuente de alimentación, se suelda un puente de alambre corto en lugar de una derivación. Al configurar la unidad, está conectada a la red, el interruptor SA2 y el control deslizante de la resistencia R41 (ver Fig. 1) se colocan en la posición correspondiente al voltaje de salida máximo (posición superior según el diagrama). Luego, al seleccionar la resistencia R22, el voltaje en la salida de la fuente de alimentación se establece en 30 V. La resistencia variable R41 también se puede usar con un valor diferente dentro de 51 ... 120 ohmios. En este caso, la resistencia nominal de las resistencias R23-R40 se selecciona 5 ... 10% menos que la resistencia de la resistencia R41. A continuación, configure el dispositivo de protección. Para hacer esto, suelde uno de los terminales del diodo VD18 y conecte una resistencia con una resistencia de 5 ... 10 ohmios con una potencia de al menos 25 vatios a la salida del bloque. Luego, el voltaje de salida de la unidad se establece de modo que la corriente a través de la resistencia controlada por el dispositivo externo sea de 2,5 A. Al ajustar la resistencia R17, la protección se activa en esta corriente. Después de completar la configuración, suelde el diodo VD18 en su lugar. Para un funcionamiento fiable de la protección a la tensión de red mínima, se selecciona una resistencia R16. De ello depende un proceso similar a una avalancha que conduce al desbloqueo de los transistores VT5 y VT6. Al repetir la fuente de alimentación, debe tenerse en cuenta que el cable que proviene de la resistencia R24 al cable común debe conectarse directamente a la placa de circuito impreso, y no a los terminales de la derivación Rsh o el medidor de puntero PA1. . De lo contrario, cuando la carga esté conectada, el voltaje de salida de la unidad puede aumentar. Este aumento puede llegar a 0,3 ... 0,5 V a la corriente de carga máxima, dependiendo de la longitud y el diámetro del cable que conecta el punto de conexión de las resistencias R12, R20 con el punto de conexión del condensador C 12 y la derivación Rsh. Esto sucede porque la caída de voltaje que se forma en los cables debido a la corriente de carga se aplica en serie con el voltaje de referencia a la entrada inversora del amplificador operacional. Como derivación se utiliza un trozo de alambre de manganina o de constantan con un diámetro de 1 mm. Al configurar la derivación, el interruptor SA3 se cambia a la posición "actual" y la fuente de alimentación se enciende solo después de soldar un cable de manganina en lugar del puente instalado anteriormente. De lo contrario, el medidor de puntero PA1 puede fallar. En este caso, el dispositivo externo se conecta en serie con la carga, que puede ser una resistencia de 5 ... 10 ohmios diseñada para una potencia de disipación de 10 ... 50 W. Al cambiar el voltaje de salida de la fuente de alimentación, la corriente de carga se establece en 2 ... 2,5 A y, al reducir o aumentar la longitud del cable de manganina, se obtienen las mismas lecturas del medidor PA1. Antes de cada operación para cambiar la longitud de la derivación, no olvide apagar la fuente de alimentación.
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