Лабораторний блок живлення з критичної захистом.

При створенні домашньої лабораторії радіоаматори стикаються з проблемою виготовлення лабораторного блоку живлення. Багато хто вже мають подібний пристрій, але воно часто не влаштовує власників через обмежених експлуатаційних можливостей, зокрема відсутності або малої ефективності системи захисту від перевантаження і замикання ланцюга виходу. Основні вимоги, які пред'являють радіоаматори до лабораторних блокам живлення, – це можливість широкого регулювання вихідної стабільного напруги, практично від нуля до 30 … 35 В, здатність забезпечити великий (до 3 А) струм у навантаженні при мінімальної пульсації вихідної напруги, можливість живлення навантаження Двуполярность вихідним напругою, а також наявність ефективної системи захисту, що запобігає вихід з ладу як самого пристрій, так і налагоджуємо конструкції. Система повинна бути швидкодіючою, з «Тріг-Герн ефектом» і одночасним відключенням обох плечей двополярної стабілізатора. Часто буває бажана можливість плавного або ступінчастого регулювання струму спрацювання системи захисту. З огляду на все більше поширення мікросхем, що живляться від декількох джерел, у лабораторному блоці повинен бути передбачений окремий пятівольтовий стабілізатор, захищений і від підвищення вихідної напруги, і від замикання на виході. Лабораторний блок живлення, описаний нижче, був розроблений з урахуванням цих та інших вимог.

Спрощена схема вузла захисту двополярної стабілізатора показана на рис. 1. Основний елемент вузла – тригер DD1, включений за схемою зі зміщеним харчуванням. Напруга живлення знімають з обох плечей двополярної випрямляча через параметричні стабілізатори R4VD2 і R5VD3. При короткочасному натисканні на кнопку SB1 «Повернення» тригер перемикається в нульове стан і на його прямому виході з'являється сигнал низького рівня. Транзистори VT2 і VT3 закриваються і не беруть участі в роботі стабілізаторів. Вхід S тригера підключений до дільнику напруги R2R3. За відсутності струму навантаження транзистор VT1 закритий і на вході S тригера буде сигнал низького рівня. У разі перевантаження стабілізатора 1 падіння напруги на резисторі R1 прочиняє транзистор VT1, на вході S тригера з'являється негативне (щодо нижнього за схемою виведення резистора R3) напруга, що визначається співвідношенням опору резисторів R2, R3. При глибокій перевантаженні напруга на вході S досягне порогу спрацьовування тригера, він переключиться, рівень напруги на його прямому і інверсної виходах зміниться на протилежний. Транзистори VT2 і VT3 відкриються, формуючи керуючі сигнали U ynpl і U ynp2 , Які закриють регулюючий елемент стабілізаторів 1 і 2. Вихідна напруга і струм навантаження стабілізаторів зменшаться майже до нуля, після чого транзистор VT1 закриється і відновиться колишнє напруга на вході S тригера. Такий стан може зберігатися як завгодно довго. Для запуску стабілізатора необхідно усунути причину перевантаження і потім натиснути на кнопку "Повернення". Така система захисту стабілізаторів напруги вельми універсальна. Використовуючи тригери різних серій, її можна легко вмонтувати практично в будь-якій Двуполярность компенсаційний стабілізатор. Принципова схема лабораторного блоку живлення з критичної захистом зображена на рис. 2.

Основні технічні характеристики.

Вихідна напруга, В:

двополярної стабілізатора ………………………………………… ………………………………………….. …………………….. 2×5 – 2х30

однополярного …………………………………………. ………………………………………….. ………………………………………….. … 5

Межі регулювання струму спрацювання системи захисту двополярної стабілізатора, А. ………………………………. 0, 5 … 3

Нестабільність вихідної напруги двополярної стабілізатора, мВ, при Uвих = 20В, Iн = 3А …………………………. 200

Струм через навантаження після спрацьовування системи захисту двополярної стабілізатора, мкА ………………………………… ….. 100

Напруга спрацьовування системи захисту пятівольтового стабілізатора, В. ………………………………….. …………………. 6 – 6,5

Струм спрацьовування системи захисту пятівольтового стабілізатора, А. ………………………………….. …………………………………. 4

Нестабільність вихідної напруги пятівольтового стабілізатора, мВ, при Iн-3А ……………………………….. ……… 100

Час спрацювання системи захисту, мкс …………………………………….. ………………………………………….. …………………………… 50

Стабілізатори напруги блоку харчування принципово однакові і виконані за відомою компенсаційною схемою. Мінімальна вихідна напруга стабілізаторів залежить від напруги зразкових джерел харчування на діодах VD8-VD10, VD15-VD17 і VD19, VD20. Ці ланцюга можна замінити стабісторамі на відповідну напругу. Використання в якості навантаження керуючого елемента стабілізаторів струму (на транзисторах VT2, VT9 і VT16) дозволило значно збільшити коефіцієнт стабілізації і зменшити вихідний опір. Система захисту блоку харчування побудована на базі тригера DD1 Датчиками струму служать резистори R3, R19 і R37. Сигнали, що відключають Двуполярность стабілізатор при його перевантаження, знімаються з висновків 7 і 9 тригера. Ключові транзистори VT3 і VT10 системи захисту при цьому відкриваються. Сигнал на відключення пятівольтового стабілізатора знятий з виведення 6 тригера, тут ключовим є транзистор VT15. Іноді в різних пристроях автоматики, що харчуються одночасно від двополярної і однополярного джерел, при пропажі пятівольтового напруги живлення необхідно вимкнути другого джерела. Для цього в систему захисту введена ланцюг VD5, SA1. При замкнутих контактах перемикача SA1 спрацьовування вузла захисту пятівольтового стабілізатора призводить до відключення і двополярної стабілізатора – комбінована захист. Імпульс повернення на входах R мікросхеми DD1 формується при прольоті рухомого контакту кнопки SB1 з одного положення в інше. Вузол захисту стосовно вихідної напруги пятівольтового стабілізатора зібраний на тріністоре VS1, діод VD21, VD22 стабілітрон і резистора R41, R46. Принцип роботи вузла докладно описаний в [1]. Слід зазначити, що в деяких випадках для встановлення порога спрацювання захисту в межах між 6 і 6,5 У необхідно підібрати стабілітрон VD22. Резистори R3 і R19 одночасно служать шунтами для амперметрів РА1 і РА2. Підлаштування резистори R4 і R18 служать для встановлення необхідного струму відхилення стрілки амперметрів, а діоди VD3 і VD11 захищають їх від перевантаження великим струмом. Світлодіод HL1 і резистор R47 утворюють індикатор перегорання запобіжника в пятівольтовом стабілізаторі.

На час тривалої роботи блоку живлення при вихідному двополярної напруги менше 2 х 15 В струм навантаження не слід встановлювати більше 1 … 1,5 А, так як це може призвести до теплового пробою транзисторів VT5, VT12. Для уникнення такої небезпеки необхідно передбачити відповідне ступеневу зменшення напруги на вході випрямляча. Змінні резистори R1 і R17, службовці для плавного регулювання струму спрацювання системи захисту; встановлюються звичайно на передній панелі блоку, можна замінити на постійні (для цього відведено місце на друкованій платі). Графік залежності струму спрацьовування I від опору цих резисторів показано на рис. 3. Слід також зазначити, що при значній ємнісної складової навантаження і малих значеннях струму I можливо спрацьовування захисту від зарядного струму вихідних конденсаторів.

Друкована плата блоку харчування, креслення якій зображений на рис. 4, виконана з фольгованого склотекстоліти. Для збільшення товщини доріжок друкованого монтажу їх необхідно облудіть, а на ті, через які протікає значний струм, слід припаяти дублюючі мідні провідники. На платі розташовані всі елементи блоку, за винятком випрямлячів, що регулюють транзисторів, мікроамперметра РА1, РА 2, змінних резисторів Rl, R13, R17, R33, перемикача SA1, кнопки SB1, запобіжника FU1 і резистора R47 з світлодіодом HL1.

Транзистори VT4, VT11 встановлені на невеликих тепловідведення розмірами 25х18х5 мм. виконаних з дюралюмінію. Транзистори VT5, VT12, VT18 повинні бути встановлені на тепловідвід з корисною площею не менше 1000 см 2 кожен. У пристрої використано широко поширені радіодеталі, за винятком мікросхеми К172ТР1. Її можна замінити на К178ТР1, але при цьому необхідно виготовити невелику перехідну плату, так як у них різна цокольовка. Підлаштування резистори – СПЗ-1Б. Резистори R3, R19, R37, R41 – саморобні, дротові, намотані манганіновим проводом діаметром 0,3 … 0,4 мм. Конденсатори С1, СЗ, С4, С6, С8 – К50-6, С2, С5, С7 – КМ, МБМ. Діоди Д223 можуть бути замінені на Д223А, Д223Б. Замість стабілітрон КС518А можна послідовно включити два стабілітрон Д814Б із загальним напругою стабілізації 18 В. Змінні резистори R1, R17 можуть бути ППЗ, СПЗ, бажано групи Б. Транзистори VT1, VT7 повинні бути германієвого. Застосування кремнієвих транзисторів підвищить мінімальний струм спрацювання захисту до 1 … 1,5 А. Транзистори МП37Б можна замінити на МП37А, КТ503Г, КТ503Е, а МП26Б – на МП26А, МП25А, МП25В, КТ502Г. Транзистори VT4, VT5, VT11, VT12, VT17, VT18 бажано підібрати з великим статичним коефіцієнтом передачі струму бази. Мережевий трансформатор можна застосувати будь-який, потужністю не менше 200 Вт, наприклад ТС-200К. Вторинні обмотки потрібно перемотати мідним дротом ПЕВ-2 діаметром не менш 1,5 мм на змінну напругу 2х30 В і 11 В. У випрямлячах можна використовувати будь-які діоди з максимально допустимим прямим струмом не менше tee 5 А і максимально допустимим зворотним напругою 50 В і більше. Вольтметри двополярної стабілізатора на напругу 30 … 50 В (на схемі не показані) під'єднують безпосередньо до виходів стабілізатора. Мікроамперметр РА1 і РА2 можуть бути будь-якими зі струмом повного відхилення стрілки не більше 200 мкА. Мікровимикач SA1 і кнопка SB1 – МТЗ і МКЗ. Для налагодження блоку живлення необхідні амперметр, вольтметр (класу точності 0,5-1) і витримку навантаження резистор потужністю не менш 200 Вт, наприклад, реостат РСП-2.

Переконавшись у правильності монтажу, тимчасово відключають систему захисту всього блоку живлення. Для цього необхідно розірвати ланцюг колектора транзисторів VT3, VT10, VT15 і ланцюг анода діода VD21. Налагодження починають з двополярної стабілізатора. Движки підлаштування резисторів R4 і R18 встановлюють у крайнє праве по схемі положення. Потім включають блок живлення в мережу і обертанням движків змінних резисторів R13 і R33 перевіряють регулювання вихідної напруги. Верхня межа (30 В) встановлюють підбіркою резисторів R14, R32, нижній (5 В) – R12, R34. Встановлюючи струм на виході спочатку плюсовою, а потім мінусового плеча стабілізатора 2 … 2,5 А, стежать за показаннями вольтметра. Якщо вони не змінилися, значить самозбудження немає. Потім також перевіряють пятівольтовий стабілізатор, встановлюючи за допомогою АВО-метра вихідна напруга підлаштування резистором R44. Якщо в якому-небудь стабілізаторі буде виявлено самозбудження, то необхідна добірка відповідного конденсатора (С2, С5, С7), причому слід прагнути до мінімальної ємності. Далі встановлюють струм повного відхилення стрілки амперметрів. Для цього між висновками мінусового і плюсом те плечей стабілізатора через зразковий амперметр включають витримку навантаження резистор і, поступово зменшуючи його опір, що вста ють на витримку навантаження струм 3 А. Після цього обертанням движків під-строечних резисторів R4, R18 встановлюють показання стрілок амперметрів РА1 і РА2, ранное 3 А.

Для налагодження системи захисту спочатку відновлюють ланцюг колектора транзисторів VT3, VT10, перемикач SA1 переводять у положення «Розд.» («Роздільна захист»), а движки підстроєні резисторів R15, R21, R35 – в крайнє верхнє за схемою становище. Потім при відключеній навантаженні включають блок і натискають на кнопку «Повернення». Стабілізатор повинен працювати, інакше потрібно заміряти напругу на висновках 7 і 9 тригера. Воно має бути приблизно дорівнює 9 В і -18 В відповідно. Підключивши витримку навантаження резистор до одного з плечей стабілізатора, наприклад до мінусової, встановлюють струм навантаження, рівний 3 А. Повільно переміщаючи движок підлаштований резистора R21 вниз (але схемі), добиваються спрацьовування системи захисту. При цьому одночасно повинні закритися регулюють елементи обох плечей двополярної стабілізатора, і вихідна напруга, різко зменшується до нуля. Потім, відключивши навантаження, натискають на кнопку «Повернення». Вихідна напруга обох плечей має відновитися. Аналогічну операцію проробляють і з плюсовим плечем. Обертанням движка підлаштований резистора R15 добиваються спрацьовування системи при струмі навантаження 3 А. Потім треба перевірити роботу системи захисту при перевантаженні одночасно в обох плечах стабілізатора. Для цього на витримку навантаження резистор включають між нлюсоіим і мінусовим плечима двополярної стабілізатора, поступово зменшують його опір і за показаннями амперметра відзначають значення струму спрацювання захисту. Припустимо певна різниця у значеннях порога спрацьовування захисту, що не перевищує 0,1 … 0,2 А.

Для налагодження системи захисту від перевантаження пятівольтового стабілізатора необхідно відновити ланцюг колектора транзистора VT15 і переконатися в нормальній роботі стабілізатора. Після цього встановлюють струм навантаження 4 А і обертанням движка підлаштований резистора R35 добиваються спрацьовування системи захисту. Потім натискають на кнопку «Повернення», вимикач SA1 переводять у положення «Комб.» І, замкнувши вихід стабілізатора, переконуються у спрацьовуванні системи захисту та одночасному відключенні обох стабілізаторів. Для налагодження вузла захисту від підвищення вихідної напруги пятівольтового стабілізатора необхідно відновити ланцюг діода VD21, відключити навантаження і встановити движок підлаштування резистора R44 у нижнє за схемою становище. Потім, повільно переміщаючи движок у зворотному напрямі, за вольтметри відзначають напруга спрацьовування, воно повинне знаходитися в межах 6 … 6,5 В. При цьому обов'язково повинен перегоріти запобіжник FU1 і включитися світлодіод HL1, індіціруя спрацьовування вузла зашиті по напрузі. Далі движок підлаштування резистора R44 встановлюють у нижнє за схемою положення, замінюють запобіжник і знову встановлюють вихідна напруга стабілізатора 5 В.

У процесі налагодження системи захисту блоку живлення необхідно стежити за тим, щоб не допустити перегріву потужних транзисторів регулюючих елементів. Подробиці про роботу стабілізаторів і захисних пристроїв можна дізнатися в [2, 3].

М. Мансур, м. Ташкент

ЛІТЕРАТУРА:

I-Миронов А. Пятівольтовий із системою захисту .– Радіо, 1984, № 1 1, с. 46 – 48.

2, Вересов Г., Смуряков Ю. постійного джерела живлення радіоапаратури. МРБ, вип. 969. М.: Радіо і зв'язок, 1978.

3. Кучер І. Стабілізатор напруги двополярної блоку живлення з захистом від перевантажень. Збірка «На допомогу радіоаматори», шиї-84. з. 74-79 – М.: ДОСААФ З РСР, 1983.

РАДІО № 4, 1990 р.

Джерело матеріалу