Лабораторний джерело живлення на інтегральних стабілізаторах напруги

А. МУРАВЙОВ, сел. Лісовий Рязанської обл.

У запропонованій увазі читачів статті описаний лабораторний блок живлення, виконаний на мікросхемах-стабілізаторах напруги. Він містить два незалежних джерела: могутній з вихідним напругою від 1,25 до 27 В і максимальним струмом навантаження 3 А і відносно малопотужний Двуполярность з напругою 0 … ± 24 В і струмом до 0,6 А.

Лабораторний блок живлення (рис. 1) складається з двох незалежних джерел А1 іА2, гальванічно не пов'язаних один з одним, і володіє широкими можливостями.

Основні технічні характеристики

Вихідна напруга блоку

А1, В. ……………… 1,25 … 27

Максимальний струм навантаження (струм обмеження) блоку А1, А. …………………… 3

Вихідна двополярної напруги блоку А2, В. ….. 0 … ± 24

Максимальний струм навантаження (струм обмеження) блоку А2, А ………………….. 0,6

У пристрої застосовано спільний для обох джерел мережевий трансформатор Т1. Вихідна напруга і струм навантаження більше потужного джерела А1 можна контролювати за допомогою вольтметра та амперметра, які виконані на основі стрілочного приладу М2001. В авторському варіанті вихідна напруга джерела А2 вимірюють два однакових цифрових вольтметра, зібраних на основі АЦП КР572ПВ2А. Схеми подібних пристроїв неодноразово публікувалися на сторінках "Радіо", наприклад, у статті [1], тому тут зупинятися на них детально не будемо.

Блок А1 являє собою стабілізатор, який описаний в [2], виконаний на вітчизняних елементах і доопрацьований автором. Доопрацювання полягає в можливості ступеневої регулювання інтервалів вихідної напруги з метою зменшення втрат на регулюючому транзисторі. Цей блок можна використовувати для живлення різної апаратури і при ремонтних роботах, а також як зарядний пристрій.

Джерело живлення А1 забезпечує стабілізовану напругу на виході в інтервалах 1,25 … 6,5; 1,25 … 13 і 1,25 … 27 В з можливістю його плавного регулювання. Максимальний струм навантаження (рівень спрацьовування захисту по струму) може бути встановлений в межах 0,05 … 3 А. У разі перевищення встановленого рівня пристрій автоматично переходить в режим стабілізації струму, а після усунення перевантаження – повертається в режим стабілізації напруги.

Схема блоку А1 показана на рис. 2. Пристрій складається з наступних функціональних частин: потужного випрямляча VD1-VD4 з фільтром С1-СЗ; стабілізатора напруги на мікросхемі DA1 і транзисторі VT1; вузла захисту по струму на ОУ DA2; двох допоміжних джерел стабільного напруги VD5VD6C4R1 і VT2VD7-VD9 для живлення ОП DA2. Перемикачем SA2 встановлюють необхідний інтервал регулювання вихідної напруги.

Якщо струм навантаження не перевищує 50 мА, пристрій працює як стабілізатор, включений за типовою схемою [3]. Коли струм навантаження перевищить це значення, падіння напруги на резисторі R2 відкриває транзистор VT1, тим самим обмежуючи струм через мікросхему DA1 на рівні 50 мА. Регулюють вихідна напруга змінним резистором R8.

Вузол захисту по струму працює таким чином. Стабільну вихідну напругу подають на неінвертуючий вхід ОП DA2. На його інвертується вхід через регульований дільник R3R6 надходить сума вихідного напруги і падіння напруги на струмовимірювальні резистори R4.

ОП DA2 порівнює вихідну стабілізовану напругу з напругою, що надходить з дільника, яке залежить від струму навантаження. Поки напруга на неінвертуючий вході більше, ніж на інвертується, на виході ОП встановлюється високий рівень, близький до вихідного напруги. Діод VD10 і світлодіод HL1 закриті. Пристрій працює в режимі стабілізатора напруги. Якщо струм навантаження збільшується, падіння напруги на струмовимірювальні резистори R4 зростає і в деякий момент напруги на входах ОП стають рівними. Після цього подальшого збільшення струму навантаження не відбувається, оскільки вихід ОУ шунтується ланцюг регулювання стабілізатора DA1 через відкриті діод VD10 і світлодіод HL1. Резистор R5 обмежує струм через світлодіод HL1 та ОУ на припустимому рівні. При цьому падіння напруги на резистори R4 підтримується постійним за рахунок зміни вихідного напруги на навантаженні. Пристрій переходить в режим стабілізації струму, про що свідчить включений світлодіод HL1. Рівень обмеження струму навантаження встановлюють змінним резистором R3.

Для нормальної роботи пристрою необхідно, щоб мінімальна різниця напруги на вході (плюсової висновок конденсатора СЗ) і виході стабілізатора (висновок 8 мікросхеми DA1) була не менше суми мінімального падіння напруги на мікросхемі DA1 і напруги відкривання емітерний переходу транзистора VT1 (у нашому випадку – 3,8 В).

Схема двополярної стабілізатора напруги А2 показана на рис. 3. Штрихпунктирною лінією виділені вузли А1.1 і А2.1, що збігаються за схемою з А1.1 рис. 2. Вузол А2.1 відрізняється від А1.1 тим, що замість КР142ЕН12А застосований стабілізатор напруги негативної полярності КР142ЕН18А [3] (у нього висновок 8 – вхід, 2 – вихід, 17 – керуючий висновок), а діод VD26, світлодіод HL3 і оксидний конденсатор С22 включені у зворотній полярності.

Принцип роботи пристрою А2 аналогічний блоку А1 (див. рис. 2). Відмінність полягає в тому, що відсутній потужний регулюючий транзистор, немає перемикача меж вихідної напруги, а регулювання струму спрацювання захисту – ступінчаста, за допомогою перемикача SA5 і резисторів R13-R16 і R25-R28. Рівні струму спрацювання захисту – 0,6 А, 0,25 А, 80 мА і 30 мА – встановлюють в обох каналах одночасно. Вихідна напруга регулюють від нуля внаслідок подання напруги зміщення в ланцюзі регулювання стабілізаторів DA3 і DA5 роздільно в обох каналах. Регулюють напругу змінними резисторами R20 і R32 від 0 до +24 В і від 0 до -24 В відповідно. Напруга зсуву знімають з допоміжного джерела стабілізованої напруги R22R23C19C20VD22-VD25.

Транзистор КТ825А (VT1) припустимо замінити будь-яким з цієї серії. Транзистор VT2 необхідно підібрати з початковим струмом стоку близько 10 мА. Регулюючий транзистор (КТ825А) і інтегральні стабілізатори встановлюють на окремі тепловідвід або на металеву задню стінку корпусу.

В останньому випадку їх слід надійно заізольовані від корпусу слюдяними прокладками. На передню панель винесені вимірювальні прилади, світлодіодні індикатори, органи управління, вихідні клеми.

Габарити пристрою залежать в основному від розмірів мережевого трансформатора, потужність якого повинна бути не менше 180 Вт. В авторському варіанті мережевий трансформатор – саморобний, виконаний на стрічковому тороїдальним магнітопроводі 120x60x32 мм від стабілізатора напруги для лампових телевізорів. Первинна (мережева) обмотка містить 990 витків дроту ПЕЛ 0,4. Обмотка II (силова для блоку А1) містить 145 витків з відводами від 50-го і 82-го витків дроту ПЕЛ діаметром 1 мм. Напруга на висновках цієї обмотки – 11, 18 і 32 В при струмі не менше 3,2 А. Обмотка III (допоміжна для блоку А1) складається з 45 витків дроту ПЕЛ 0,25. Напруга на обмотці – 10 В при струмі 20 мА. Обмотка IV (силова для блоку А2) містить 256 витків дроту ПЕЛ 0,56 з відведенням від середини. Напруга на ній – 2×28 В при струмі не менше 1 А. Обмотка V (допоміжна для блоку А2) складається з 110 витків дроту ПЕЛ 0,4 з відведенням від середини. Напруга на обмотці – 2×12 В при струмі 50 мА.

Правильно зібране пристрій у налагодженні не потребує. Можливо, буде потрібно підбір окремих екземплярів ОУ. При бажанні можна збільшити вихідний струм джерел паралельним підключенням необхідного числа регулюючих елементів – транзисторів паралельно VT1 в блоці А1 (в ланцюзі емітерів транзисторів слід включити токовиравнівающіе резистори опором 0,1 Ом) і стабілізаторів паралельно мікросхем DA3, DA5 в блоці А2 (як підключити стабілізатори паралельно, можна прочитати в статті [4]). У цьому випадку необхідно відповідним чином змінити опір струмовимірювальні резисторів і, природно, використовувати більш потужний мережевий трансформатор.

Лабораторний джерело живлення, крім свого прямого призначення, може виконувати ще й додаткові функції. Блок А1 можна використовувати як зарядного пристрою. Струм заряджання встановлюють резистором R3 при замкнутих вихідних клемах. Напруга на акумуляторі (або батареї) і зарядний струм контролюють за допомогою вольтметра PV1 і амперметра РА1 відповідно.

За допомогою блоку А2 можна перевіряти р-n переходи малопотужних напівпровідникових приладів, конденсатори ємністю від 0,1 мкФ і вимірювати напругу.

Для перевірки pn переходи, перемикачем SA5 вибирають мінімально допустимий струм. Резистором R20 (R32) встановлюють нульове напруга на виході. До вихідних клем "+" ("-") і "Заг." Підключають, наприклад, діод і плавно збільшують напругу. Якщо діод включений в прямому напрямку, загориться індикатор перевантаження по струму HL2 (HL3). При цьому вольтметр покаже значення прямого падіння напруги на діод. Якщо ж діод включений у зворотному напрямку, режим роботи блоку живлення не зміниться. У разі перевірки стабілітрон при зворотному включенні вольтметр покаже його напруження стабілізації.

При перевірці конденсаторів перемикачем SA5 також вибирають мінімальний струм навантаження. Резистором R20 (R32) встановлюють максимальний, але не більше номінального для конкретного конденсатора, напруга на виході. До вихідних клем (дотримуючись полярності для оксидних конденсаторів) підключають конденсатор і включають вимикач SA4. За тривалості спалаху індикатора перевантаження можна опосередковано оцінити ємність конденсатора або виявити його витік.

Для вимірювання напруги при проведенні різних експериментів і ремонтних роботах можна використовувати вольтметри блоку. Перед роботою слід відключити прилад від блоку живлення, разомкнув контакти вимикача SA4. Напруга живлення на досліджуваний пристрій зручно подавати з блоку А1.

ЛІТЕРАТУРА

1. Ануфрієв Л. Мультиметр на БІС. – Радіо, 1986. N "4, с. 34-39.

2. Хоровіц П., Хілл У. Мистецтво схемотехніки. – М.: Світ, 1983.

3. Бірюков С. Мікросхемние стабілізатори напруги широкого застосування. – Радіо, 1999, № 2, с. 69-71.

4. Щербина А., Благий С, Іванов В. Застосування мікросхемних стабілізаторів серій 142, К142 і КР142. – Радіо, 1991, № 3, с. 47-51; № 5, с. 68-70.