Здвоєні Двуполярность БЛОК ЖИВЛЕННЯ

Ю. Тімлія

Застосування операційних підсилювачів в стабілізаторах напруги дозволяє значно зменшити їх вихідний опір і збільшити коефіцієнт стабілізації. У журналі "Радіо", у випусках "На допомогу радіоаматорові "неодноразово описувалися подібні джерела. Але вони найчастіше дозволяють отримувати стабілізовану напругу, регульоване лише в невеликих межах.

У радіоаматорського практиці нерідко виникає необхідність мати один або два універсальних джерела живлення з широким діапазоном регулювання вихідної напруги. На жаль, описувані у пресі джерела живлення зазвичай не дозволяють отримувати вихідна напруга нижче напруги стабілізації опорного стабілітрон.

Стабілізатор, спрощена схема якого наведена на рис. 1, а, вільний від цього недоліку. У ньому вихідна напруга підтримується таким, щоб напруга, яке знімається з дільника R1R2 і подається на неінвертуючий вхід операційного підсилювача (ОП) МС1, було дорівнює напрузі на його інвертується вході, тобто дорівнює нулю. При цьому напруга, знімається з виходу ОУ, буде достатньо для підтримки режиму роботи транзисторів Т1 і Т2, які забезпечують необхідну вихідна напруга. Збільшення (зменшення) вихідної напруги викликає збільшення (зменшення) напруги на неінвертуючий вхід ОУ, що призводить до збільшення (зменшення) струму бази транзистора Т2 і, у свою чергу, викликає зменшення (збільшення) вихідної напруги до тих пір, поки на неінвертуючий вхід ОП воно не буде одно нулю.

Прирівнявши напруга на неінвертуючий вході до нуля, отримаємо наступне вираз для напруги на виході стабілізатора:

де Uоп – опорне напруга.

Можна використовувати включення регулюючого транзистора T1 за схемою, показаної на рис. 1, б. Тут навантаження Rн включена в колекторному ланцюг регулюючого транзистора T1. Напруга з дільника R1R2 необхідно подавати на інвертується вхід мікросхеми.

Зменшення опору навантаження, підключеного до вихідних затискачів стабілізатора, викликає зменшення вихідної напруги, а значить і напруги, що подається на вхід операційного підсилювача. Ця зміна напруги, посилене в кілька тисяч разів, впливає на транзистор Т2, змушуючи його відкриватися. При цьому збільшується і струм бази, та колектора транзистора T1, що призводить до збільшення напруги на навантаженні. Умови для статичного стану напруги на виході аналогічні стабілізатору за попередньою схемою.

Порівнюючи стабілізатори, виконані за схемами рис. 1, а і б, можна зробити висновок, що потужність, розсіюють на транзисторах T1, у них однакова. Про транзисторах Т2 цього сказати не можна. У першому випадку потужність, яка виділяється на транзисторі Т2, визначається напругою на колекторі транзистора цього, рівним вихідної напруги стабілізатора, і струмом колектора, який в основному проходить через резистор R3. Ця потужність розсіюється постійно і не залежить від струму навантаження. У другому стабілізаторі потужність, яка виділяється на транзисторі 72, визначається годує напругою Uвх і струмом бази транзистора T1, сила якого пропорційна силі струму навантаження.

У стабілізаторі, зображеному на рис. 1, а, бажано, щоб для управління струмом бази транзистора T1 використовувався весь струм транзистора Т2, тому опір резистора R3 має бути більше, ніж вхідний опір транзистора T1. У цьому випадку при невеликому струмі навантаження транзистор T1 працює в режимі, близькому до режиму з "відключеною базою", і через нього постійно протікає струм, який дорівнює (H21е-1) Iкбо. При цьому регулюючий транзистор повинен бути кремнієвий, так як германієвого через значне зворотного струму колектора Iкбо не дозволить отримувати малі вихідні напруги, особливо при невеликий силі струму навантаження.

Як вже говорилося, напруга на виході стабілізатора визначається опором резисторів R1 і R2 і опорною напругою U оп . Стабільність пристрою в цілому також буде визначатися стабільністю джерела опорного напруги. Але так як це джерело навантажений на резистори R1 і R2, опору яких можуть бути досить великими, то вимоги до навантажувальної здатності вельми низькі (наприклад, параметричний стабілізатор).

Якщо коефіцієнт стабілізації джерела живлення лежить в межах від 10 до 100, то у джерелі опорного напруги достатньо одного стабілітрон. Для більш високої стабільності можна застосувати двоступінчастий параметричний стабілізатор напруги (рис. 2, а). Перша його ступінь виконана на стабілітрони Д1 і Д2, друга на стабілітрон ДЗ. Це ж джерело можна використовувати і для живлення мікросхем, якщо його опорне напруга буде відповідати живить напрузі цих мікросхем.

Захист стабілізованого джерела живлення від перевантажень і обмеження його вихідного струму можна зробити за схемою, наведеною на рис. 2, б. Зі збільшенням сили струму, споживаного навантаженням, збільшується падіння напруги на резисторі R4. Коли це напруга перевищить деякий поріг, транзистор Т1 відкриється і буде шунтувати резистор R1, що призведе до зменшення вихідної напруги. При зменшенні струму навантаження транзистор Т1 закриється.

Пропонований здвоєний Двуполярность блок живлення, в якому використовуються операційні підсилювачі, являє собою два незалежних джерела живлення. Кожен з них дозволяє отримати стабілізовану напруга, регульоване від 0 до 35 В, а при послідовному сполученні – від 0 до 70 В. Обмежувач вихідного струму – пятіпредельний: 10, 50, 100 мА, 0,5 і 1 А. При струмі навантаження 0,5 А коефіцієнт стабілізації пристрою дорівнює 10000. Температурний дрейф вихідної напруги не перевищує 0,1% в діапазоні температур від -10 до +30 ° С. пульсації вихідної напруги прі_токе навантаження 0,5 А не більше 1 мВ. Вихідна опір не більше 0,02 Ом.

Структурна схема здвоєного двополярної джерела живлення наведена на рис. 3. Він складається із загального випрямляча 1, джерела опорного напруги 2, двох стабілізаторів напруги 3 і 4 з обмежувачами вихідного струму і вольтметра 5, що дозволяє вимірювати вихідну напругу як в кожному каналі, так і сумарне напруга двох каналів.

Принципова схема блоку живлення показана на рис. 4. Про принцип роботи його окремих вузлів розказано вище. Резистори R8, R24 необхідні Для оберігання вхідних каскадів мікросхем МС1 і МС2 від пробою високою напругою в аварійних ситуаціях. Резистор R9 довантажує стабілізатор у режимі холостого ходу при малих навантаженнях, чим і гарантує стійкість роботи стабілізатора.

Роль вольтметра ІП1 виконує міліамперметр на ток 1 мA з додатковими резисторами R35 і R36. Перемикач В5 дозволяє виміряти напругу або обох каналів одразу (при цьому вся шкала відповідає напрузі 80 В), або кожного каналу окремо (шкала приладу відповідає 40 В). У другому випадку вибір вимірюваного каналу здійснюється перемикачем ВЗ. Перемикачем В4 змінюють чутливість приладу в 4 рази.

Конструкція і деталі двополярної блоку живлення показані на рис. 5-7. Роль задньої стінки виконує радіатор 6 з площею поверхні близько 1500 см 2 , На якому через тонкі слюдяні прокладки укріплені транзистори Т1 і Т5. На внутрішній стороні радіатора знаходиться трансформатор харчування Tp1, поміщений в металевий екран 7. За допомогою чотирьох стяжок 5 радіатор пов'язаний з лицьовою панеллю 1, на якій розташовані всі перемикачі, вимірювальний прилад, індикаторна лампочка Л1, терміналів-затискачі і змінні резистори R17, R34. Резистори R18, R19, R35 змонтовані на перемикачах ВЗ, В4 і В5,

а R11 – R14 і R8 – R32 – на перемикачі В2. До верхніх стяжка затискачами 3 притиснута плата 2 розмірами 90 X 55 мм з деталями джерела опорного напруги (показано на рис. 6) і плата 4 розміром 90 X 30 мм, на якій розташовані: транзистори Т2, Т6, резистори R16, R26 і закріплені провідники висновків транзисторів Т1 і Т5. На кутикової стійці 9, прикріпленої до задньої стінки і нижньої стяжці 5, розташовані плата 10 (рис. 7) розмірами 90 X 55 мм, на якій змонтовані операційні підсилювачі і обмежувачі струму, а також плата 8 з конденсаторами С1, С6 і діодами Д1 – Д4 випрямляча.

Резистори R11 – R14 і R29 – R32 БЛП-0, 1 (або саморобні дротові), решта – МЛТ. Електролітичні конденсатори К50-6, решта-КМ5 або КМ6. Вимірювальний прилад ІП1 на ток повного відхилення стрілки 1 мА. При використанні іншого приладу необхідно підібрати резистори R18, R19, R35 і R36. Трансформатор харчування типу ТА 125-127/220-50. Його можна замінити саморобним з такими даними: площа поперечного перерізу магнітопроводу не менше 6 см 2 ; Обмотка I-1200 витків дроту ПЕВ-1 0,27, обмотка II – дві секції по 170 витків дроту ПЕВ-1 0,8, обмотка III – 37 витків дроту ПЕВ-1 0,1.

При безпомилкової збірці і справності деталей джерело живлення не вимагає настроювання. Якщо, проте, з'явиться паразитна високочастотна генерація, усунути її можна включенням між п'ятим і дев'ятим висновками (Між виходом і інвертується входом) операційних підсилювачів конденсаторів ємністю 3000-10 000 пФ.

ВРЛ 1971