Потужний лабораторного блоку ХАРЧУВАННЯ З ОП

Напевно, не знайдеться радіоаматора, у якого однією з перших конструкції не був би лабораторний блок живлення. Ставлячи експерименти, макетіруя окремі пристрої, кожен радіоаматор обов’язково стикається з проблемою харчування. Буває так, що, виготовивши для якої-небудь конструкції блок живлення, витративши при цьому чимало часу і коштів на пошуки в літературі підходящої схеми, деталей, початківець конструктор переконується, що його пристрій погано працює з цим блоком. Найчастіше це буває з тими радіоаматорами, які, не маючи лабораторного джерела, не можуть правильно визначити ні діапазон живлячих напруг, при яких стійко працюють їх влаштування, ні практично споживані ними струми. Робити це необхідно під час налагодження пристроїв, живлячи їх від зовнішнього джерела, яке забезпечував би широкі межі регулювання вихідної напруги і високу його стабільність при великих змінах струму навантаження.
Крім того, таке джерело повинен володіти швидкодіючою захистом від перевантаження або замикань виходу.
У популярній радіотехнічної літературі постійно висвітлюються питання конструювання блоків живлення і неодноразово описувалися що заслуговують на увагу лабораторні джерела. Однак окремі з них або забезпечують недостатній струм навантаження при відмінних інших параметрах, або містять ряд дефіцитних деталей, або складні в настроюванні. Тому їх повторення доступне далеко не кожному радіоаматорові, особливо початківцеві.

ККД описуваного блоку живлення, як і більшості подібних пристроїв, не перевищує 50%. При повторенні доведеться потрудитися над намотуванням силового трансформатора. Проте відносна простота схеми при досить високих вихідних параметрах, виграш у налаштуванні, масі та габаритах дає певні переваги.

Блок живлення, схема якого показана на рис. 1, має наступні вихідні характеристики:

вихідна напруга ………………………………………… …………………………. 0 … 30 В;
коефіцієнт стабілізації при зміні напруги мережі від 200 до 240 В …. 1000;
максимальний струм навантаження ……………………………………….. …………………………. 2 А;
температурна нестабільність ………………………………………… ………………. 2 мВ / ° С;
амплітуда пульсації при I н.макс ……………………………………. …………………… 2 мВ;
вихідний опір ………………………………………… ………………………. 0,02 Ом.

Блок живлення складається з основного компенсаційного стабілізатора з послідовним включенням регулюючого елемента (транзистори VT2-VT4), підсилювача в колі зворотного зв’язку (мікросхема DA1, транзистор VT1), допоміжних параметричних стабілізаторів (стабілітрони VD11-VD14, VD19) і пристрої захисту від перевантажень (транзистори VT5, VT6). У компенсаційних стабілізаторах вихідна напруга являє собою різниця між напругою, що надходить з випрямляча, і падінням напруги на регулюючому транзисторі.

Схема блоку харчування

Прагнення сконструювати стабілізатор з плавним зміною вихідної напруги в широких межах і значним струмом навантаження пов’язане з виділенням великої теплової потужності на регулюючому транзисторі. З цієї причини в блоці використано ступеневу зміна випрямленої напруги. Для цього на основний випрямляч, виконаний на діодах VD2-VD5, напруга подається з секціонірованной вторинної обмотки III силового трансформатора за допомогою секції SA2.1 перемикача SA2. Одночасно перемикач SA2 (секції SA2.2 і SA2.3) комутує резистори керуючих ступенів стабілізатора. При цьому вихідну напругу можна змінювати десятьма ступенями по 3 В і гтлавно за допомогою резистора R41 в межах кожного ступеня. В результаті при максимальному струмі навантаження на основному регулює транзисторі VT2-VT4, включеному по схемі із загальним колектором, розсіюється потужність не більш 20 Вт. Транзистори VT3 і VT4 включені паралельно і відповідно розсіюють на кожному з них потужність не перевищує 10 Вт. У емітери цих транзисторів включені резистори R42 і R43, службовці для вирівнювання їх струмів.

Для зменшення габаритних розмірів і маси блоку харчування, підвищення компактності монтажу використаний радіатор з меншою, ніж необхідно, площею розсіювання. При цьому спостерігається нагрів транзисторів до 60 … 70 ° С при тривалій експлуатації блоку живлення на максимальному струмі навантаження.

Якщо блок живлення передбачається тривалий час експлуатувати при струмах навантаження, близьких до максимального, то повинен бути застосований радіатор з площею розсіювання 800 … 1000 см 2

Підсилювач сигналу зворотного зв’язку зібраний на операційному підсилювачі (ОП) DA1, який живиться від допоміжного випрямляча, виконаного на діодах VD6-VD9. Напруга живлення ОП стабілізовано двома послідовно включеними параметричними стабілізаторами, перший з яких виконаний на стабілітрони VD11, VD12 і резистори R3, а другий-на стабілітрони VD13, VD14 і резистори R4. Напруга, стабілізоване стабілітронів VD14, використовується, крім того, для живлення джерела опорного напруги, який виконаний на стабілітрон VD19, що має малий температурний коефіцієнт напруги стабілізації, і резистори R21.

Змінюючи що подається на інвертується вхід ОП опорне напруга за допомогою дільника R22-R41, можна змінювати напругу стабілізатора.

Для отримання вихідної напруги блоку харчування, що перевищує максимальну вихідну напругу ОУ, служить підсилювач на транзисторі VT1. Резистор R11 обмежує вихідний струм ОУ. Через дільник на резистора R19, R20 частина вихідної напруги блоку подається на неінвертуючий вхід ОП. При будь-якому випадковому зміну вихідної напруги стабілізатора змінюється різниця між напругою на входах ОП і відповідно напруга на колекторі VT1, яке змінює стан регулюючого транзистора таким чином, що вихідна напруга блоку повертається до колишнього значення. Конденсатори С5- С7, С9, С10 усувають самозбудження блоку на високих частотах у всьому діапазоні зміни вихідної напруги і струму навантаження.

Для забезпечення вихідної напруги блоку харчування, близького до 0, на бази транзисторів VT3, VT4 подано через резистор R8 що закриває напруга, утворене струмом дільника R6, R7 на резисторі R7. За відсутності цієї напруги не вдалося б отримати вихідну напругу блоку менше, ніж 1 … 1,5 В. Причиною цього є кінцеве значення струму колекторів транзисторів VT2-VT4 при нульовому напрузі на їх базах.

Ланцюг VD17R14 служить для прискорення розрядки конденсатора С12 і підключеної до блоку ємнісний навантаження під час встановлення меншого рівня вихідної напруги блоку. При цьому конденсатор С12 розряджається до усталеного на колекторі транзистора Т1 напруги по ланцюгу: позитивний висновок конденсатора С12, резистор R12, перехід емітер-колектор транзистора VT1, діод VD17, резистор R14, негативний висновок конденсатора С12.
Електронний пристрій захисту від перевантажень по струму виконано на транзисторах VT5, VT6. Падіння напруги, створюване струмом навантаження на резистори R12, в що відкриває полярності докладено до емітерний переходу транзистора VT5. Одночасно на цей же перехід надходить що закриває напругу з резистора R15, регульоване резистором R17. Як тільки струм навантаження перевищить заданий рівень, VT5 відкривається, відкриваючи транзистор VT6. Останній, у свою чергу, ще більше відкриє VT5 – процес протікає лавиноподібно. У результаті обидва транзистора повністю відкриваються і на вхід 10 ОУ через діод VD18 і резистор R18 надходить сигнал негативної полярності, що перевищує за модулем сигнал на вході 9. На виході ОП формується напруга негативної полярності, що відкриває транзистор VT1. При цьому регулюючий елемент (транзистори VT2-VT4) закривається, і вихідна напруга блоку стає близьким до 0. Одночасно запалюється сигнальна лампа Н2 “Перевантаження”. Для повернення блоку в початковий стан треба його вимкнути на кілька секунд і знову включити. Обмотка IV силового трансформатора, допоміжний випрямляч на діод VD1, конденсатор С1 і діод VD10 служать для усунення появи на виході блоку підвищеної напруги з основного випрямляча при вимиканні блоку живлення. Це можливо тому, що конденсатор С2 розряджається швидше конденсатора С3. При цьому напруга живлення ОП зникає швидше, і, значить, транзистор VT1 замикається, а регулюючий елемент відмикається раніше, ніж зникає напруга на конденсаторі С3.
Позитивний висновок конденсатора С3 через емітерний перехід транзистора VT1 з’єднаний з анодом діода VD10, але діод під час використання блоці живлення не впливає на його роботу, тому що він закритий позитивним напругою, освіченим різницею між напругою на конденсаторі С3 та напругою на конденсаторі С1. Останнє завжди більше за рахунок зарядки конденсатора С1 сумою вихідних напруг обмоток III і IV силового трансформатора. Для забезпечення цієї умови необхідно дотримуватись полярності включення обмоток III і IV такий, як показано на схемі. Після виключення блоку живлення конденсатор С1 швидко розряджається через резистор R1, діод VD10 відкривається напругою на конденсаторі С3 і останнє через резистор R1 поступає на базу транзистора VT1. Транзистор VT1 відмикається, закриваючи регулюючий елемент. Напруга на навантаженні при цьому підтримується близьким до нуля, аж до повної розрядки конденсатора СЗ через транзистор VT1 і резистор R9.
Резистор R2 прискорює розрядку конденсатора С2 і усуває викид вихідної напруги блоку в самий початковий момент при його вимиканні, поки ще не встиг розрядитися конденсатор С1 і не відкрилися діоди VD10 і транзистор VT1. Поява викиду в цей момент пов’язане з неоднаковим зміною напруг на входах ОП і появою позитивного стрибка на його виході.
Для усунення викиду вихідної напруги при включенні блоку живлення, а також для запобігання спрацьовування захисту при значній ємнісний навантаження в момент включення служать конденсатор С4, резистор R5 і діод VD16. У початковий момент після включення конденсатор С4 повільно заряджається за двома ланцюгів: через резистор R5 і через резистор R9 і діод VD16. При цьому напруга на базі транзистора VT2 дорівнює сумі падіння напруги на відкритому діод VD16 та напруги на конденсаторі С4. Цю напругу, а отже, і напруга на виході блоку живлення буде рости слідом за напругою на конденсаторі С4 до тих пір, поки стабілізатор не увійде в сталий режим. Далі діод VD16 закривається, а конденсатор С4 заряджається тільки через резистор R5 до максимального напруження на конденсаторі фільтру С3 і не робить ніякого впливу на подальшу роботу блоку живлення. Діод VD15 служить для прискорення розряду конденсатора С4 при вимкненому блоці.

Всі елементи, крім силового трансформатора, потужних регулюючих транзисторів, перемикачів SA1-SA3, власників запобіжників FU1, FU2, лампочок H1, H2, стрілочного вимірювача, вихідних роз’ємів і плавного регулятора вихідної напруги, розміщені на друкованих платах.


Компонування вузлів показана на рис. 4.

Транзистори П210А закріплені на голчастим радіаторі, встановленому ззаду корпусу і має ефективну площу розсіювання близько 600 см 2 . Знизу в корпусі в місці кріплення радіатора просвердлені вентиляційні отвори діаметром 8 мм. Кришка корпусу закріплюється таким чином, щоб між нею і радіатором зберігався повітряний зазор шириною близько 0,5 см. Для кращого охолодження регулюючих транзисторів у кришці рекомендується просвердлити вентиляційні отвори.

У центрі корпусу закріплений силовий трансформатор, а поряд з ним з правого боку на дюралевому пластині розміром 5х2, 5 см закріплений транзистор П214А. Пластина ізольована від корпусу за допомогою ізоляційних втулок. Діоди КД202В основного випрямляча встановлені на дюралевих пластинах, прикручених до друкованої плати. Плата встановлена над силовим трансформатором деталями вниз.

Силовий трансформатор виконаний на тороїдальним стрічковому магнітопроводі ОЛ 50-80/50. Первинна обмотка містить 960 витків дроту ПЕВ-2 0,51. Обмотки II і IV мають вихідні напруги відповідно 32 і 6 В при напрузі на первинній обмотці 220 В. Вони містять 140 і 27 витків дроту ПЕВ-2 0,31. Обмотка III намотана дротом ПЕВ-2 1,2 і містить 10 секцій: нижня (за схемою) – 60, а решта по 11 витків. Вихідні напруги секцій відповідно рівні 14 і 2,5 В. Силовий трансформатор можна намотати і на іншому магнітопроводі, наприклад на стрижневий від телевізорів УНТ 47/59 та інших. Первинну обмотку такого трансформатора зберігають, а вторинні перемотують для одержання вищевказаних напруг.

У блоці живлення замість транзисторів П210А можна використовувати транзистори серій П216, П217, П4, ГТ806. Замість транзисторів П214А-будь-які з серій П213-П215. Транзистори МП26Б можна замінити будь-якими з серій МП25, МП26, а транзистори П307В – будь-якими з серій П307 – П309, КТ605. Діоди Д223А можна замінити діодами Д223Б, КД103А, КД105; діоди КД202В – будь-якими потужними діодами з допустимим струмом не менше 2 А. Замість стабілітрон Д818А можна застосувати будь-який інший стабілітрон з цієї серії.

Перемикачі SA2 – малогабаритні галетним типу 11П3НПМ. У другому блоці контакти двох секцій цього перемикача Запаралеленими і використовуються для комутації секцій силового трансформатора. При включеному блоці живлення змінювати положення перемикача SA2 слід при струмах навантаження, що не перевищують 0,2 … 0,3 А. Якщо струм навантаження перевищує вказані значення, то для запобігання іскрообра-користування та обгорання контактів перемикача змінювати вихідна напруга блоку слід тільки після його вимкнення. Змінні резистори для плавного регулювання вихідної напруги слід вибирати із залежністю опору від кута повороту движка типу “А” і бажано дротові. В якості сигнальних лампочок H1, H2 застосовані мініатюрні лампочки розжарювання НСМ-9 В-60 мА.

Стрілочний прилад можна застосувати будь-який на ток повного відхилення стрілки до 1 мА та розміром лицьової частини не більше 60х60 мм. При цьому потрібно пам’ятати, що включення шунт у вихідну ланцюг блоку харчування збільшує його вихідний опір. Чим більше струм повного відхилення стрілки приладу, тим більше опір шунта (за умови, що внутрішні опору приладів одного порядку). Для запобігання впливу приладу на вихідний опір блока живлення перемикач SA3 при роботі слід встановлювати на вимірювання напруги (верхнє за схемою положення). При цьому шунт приладу замикається і виключається з вихідний ланцюга.

Налагодження блоку харчування зводиться до перевірки правильності монтажу, підбору резисторів керуючих ступенів для регулювання вихідної напруги в потрібних межах, встановлення струму спрацювання захисту і підбору опорів резисторів Rш і Rд для стрілочного вимірювача. Перед налаштуванням блоку живлення замість шунт припаюють коротку дротяну перемичку.

При налагодженні блоку його включають в мережу, перемикач SA2 і движок резистора R41 (див. рис. 1) встановлюють у положення, відповідне Максимальна вихідна напруга (верхнє за схемою положення). Потім підбором резистора R22 встановлюють напругу на виході блоку живлення рівним 30 В. Змінний резистор R41 можна використовувати і іншого номіналу в межах 51 … 120 Ом. При цьому номінальна опір резисторів R23-R40 вибирається на 5 … 10% менше опору резистора R41.

Далі налаштовують захисний пристрій. Для цього відпоюють один з висновків діода VD18 і до виходу блоку підключають резистор опором 5 … 10 Ом потужністю не менш 25 Вт. Потім встановлюють таке вихідна напруга блоку, щоб струм через резистор, контрольований зовнішнім приладом, склав 2,5 А. Регулюючи резистор R17, добиваються спрацьовування захисту при цьому струмі. Закінчивши налаштування, припаюють діод VD18 на місце. Для надійного спрацювання захисту при мінімальному напрузі мережі підбирають резистор R16. Від нього залежить лавиноподібний процес, що приводить до відмикання транзисторів VT5 і VT6.

При повторенні блоку живлення слід мати на увазі, що дріт, що йде від резистора R24 до загального проводу, необхідно підключати безпосередньо до друкованої плати, а не до висновків шунт Rш або стрілочного вимірювача РА1. Інакше при підключенні навантаження вихідна напруга блоку може збільшуватися. Це збільшення може досягати 0,3 … 0,5 В при максимальному струмі навантаження в залежності від довжини та діаметру проводи, що з’єднує точку з’єднання резисторів R12, R20 з точкою з’єднання конденсатора З 12 і шунт Rш. Так відбувається тому, що падіння напруги, яка утворюється на проводах від струму навантаження, виявляється прикладеним послідовно з опорною напругою до інвертується входу ОП.

В якості шунта використовують відрізок манганіновой або константановой дроту діаметром 1 мм. Під час налаштування шунт перемикач SA3 переводять у положення “струм”, а включають блок живлення тільки після того, як буде припаяний відрізок манганінового проводи замість раніше встановленої перемички. В іншому випадку може вийти з ладу стрілочний вимірювач РА1. При цьому зовнішній прилад включають послідовно з навантаженням, у якості якої можна застосувати резистор опором 5 … 10 Ом, розрахований на потужність розсіювання 10 … 50 Вт. Змінюючи вихідна напруга блоку живлення, встановлюють струм навантаження 2 … 2,5 А і, зменшуючи або збільшуючи довжину манганінового проводи, домагаються таких самих свідчень вимірювача РА1. Перед кожною операцією по зміні довжини шунта потрібно не забувати виключати блок живлення.

Малюнок друкованої плати – тут.

Схема розташування деталей – тут.

Компонування вузлів показана тут.

А. Ануфрієв, ВРЛ 108