Лабораторний блок живлення з регульованою напругою від 5 до 100В (0,2 А)

1. Технічні характеристики джерела
2. Принципова схема
3. Деталі та конструкція

Наши партнеры ArtmMisto

У практиці радіоаматора час від часу виникає необхідність в стабілізованому постійній напрузі, що перевищує традиційні 5 ... 15 В, що застосовуються для харчування апаратури на мікросхемах. У таких випадках допоможе описується пристрій.

Технічні характеристики джерела

• Інтервали вихідної напруги, В - 5 ... 55, 50 ... 100;
• Максимальний вихідний струм, мА .................... 200;
• Рівень обмеження вихідного струму, мА .............. 250;
• Пульсації вихідної напруги, мВ, не більше ....... 10;
• Нестабільність вихідної напруги при зміні напруги мережі в межах 190 ... 240 В і вихідного струму 0 ... 200 мА,%, не більше .................... 0 , 1.

Висока стабільність забезпечена застосуванням в якості джерела зразкового напруги і підсилювача сигналу неузгодженості мікросхеми КР142ЕН19А [1].

Принципова схема

Схема джерела живлення наведена на рис. 1. Його випрямляч зібраний за схемою з подвоєнням напруги на діодах VD1 і VD2, які для зниження рівня комутаційних перешкод зашун-тірован конденсаторами С1 і С2. Щоб зменшити потужність, що розсіюється на транзисторах стабілізатора, при роботі в інтервалі 5 ... 55 В відключають частину вторинної обмотки трансформатора Т1 перемикачем SA2.

Транзистор VT2 служить генератором струму. Напруга на його базі стабілізовано світлодіодом HL1, значення струму колектора (8 ... 9 мА) задає резистор R2. Через дільник з резисторів R4-R8 частина вихідної напруги стабілізатора надходить на керуючий вхід мікросхеми DA1.

Якщо напруга тут менше 2,5 В, анодний струм мікросхеми і колекторний струм транзистора VT1 не перевищують 0,4 мА. Завдяки цьому транзистору, включеному по схемі із загальною базою, напруга на аноді мікросхеми DA1 не перевищує 3,3 В, а розсіюється нею потужність не виходить за допустиме значення.

В цьому режимі майже весь колекторний струм транзистора VT2 надходить в базу транзистора VT4 відкриваючи останній. Напруга на виході стабілізатора і на вході управління мікросхеми DA1 зростає.

Рис. 1. Принципова схема лабораторного блоку живлення.

Коли останній досягне 2,5 В, анодний струм DA1, а з ним і колекторний струм транзистора VT1 різко зросте, струм бази транзистора VT4 зменшиться і напруга на виході джерела буде стабілізовано на рівні, визначеному співвідношенням опорів резисторів R4-R8. Плавно регулюють вихідна напруга змінним резистором R5, інтервал регулювання вибирають за допомогою перемикача SA2.

Транзистор VT3 нормально закритий. Але при збільшенні струму навантаження і колекторного струму транзистора VT4 приблизно до 250 мА падіння напруги на резисторі R10 досягає значення, при якому транзистор VT3 відкривається, шунтуючи світлодіод HL1. Це призводить до зменшення колекторних струмів транзисторів VT2 і VT4.

В результаті вихідний струм стабілізатора виявляється обмеженим зазначеним вище значенням. Про спрацьовування обмежувача струму можна судити по зменшенню яскравості світіння світлодіода.

Коли в результаті дії обмежувача напруга на виході стабілізатора знизиться приблизно до 2,7 В, поточний по ланцюгу HL1R1 ток піде в навантаження через що відкрився діод VD4, кілька збільшуючи сумарний протікає через неї струм. Якби діода VD4 не було, в результаті зміни полярності прикладеної напруги відкрився б колекторний перехід транзистора VT1 і струм, поточний через R1, попрямував би в базу транзистора VT4. В результаті посилення транзистором VT4 збільшення струму навантаження було б набагато більшим.

Є можливість повністю усунути ефект збільшення струму за допомогою діода, включеного в розрив ланцюга, що з'єднує колектор транзистора VT1 з базою транзистора VT4 і колектором транзистора VT2. Але в такому випадку транзистори VT1 ​​і VT2 можна буде встановлювати на загальний тепловідвід без ізолюючих прокладок.

Слід розповісти про призначення діодів VD5 і VD6 Припустимо, перемикач SA2 знаходиться в положенні "50 ... 100 В", а на виході встановлено мінімальну напругу (движок змінного резистора R5 - у верхньому по схемі положенні). Після перекладу перемикача SA2 в положення "5 ... 55 В" напруга 50 В, до якого заряджений конденсатор С7, виявляється прикладеним до резисторам R6-R9, причому більш його половини (близько 30 В) - до керуючого входу мікросхеми DA1.

Остання з ладу не вийде, але через внутрішні ланцюгах мікросхеми цю напругу потрапить на її анод і на емітер транзистора VT1, закриваючи останній. В результаті весь колекторний струм транзистора VT2 потече в базу транзистора VT4 і на виході стабілізатора з'явиться максимально можлива напруга. На жаль, цей стан стійко і самостійно стабілізатор вийти з нього не зможе

Діод VD5 служить для виключення подібної критичної ситуації. Відкриваючись, він обмежує напругу на вході мікросхеми DA1 допустимим значенням. Правильний вибір напруги стабілізації стабілітрона VD3 і номіналів резисторів R7 і R8 гарантує, що в нормальному робочому режимі діод VD5 залишається закритим і не впливає на роботу стабілізатора.

При різкій зміні положення органів управління в сторону зменшення вихідної напруги можлива ситуація, коли за рахунок повільної розрядки конденсатора С7 напруга на емітер транзистора VT4 "не встигає" за напругою на його базі.

Виникає небезпека пробою емітер-ного переходу транзистора напругою, прикладеним до нього в зворотному напрямку. Діод VD6 запобігає цей оборотний, але небажаний пробою. Конденсатор С7 розряджається по ланцюгу VD6, VT1, R3, DA1 Завдяки резистору R3 струм розрядки не перевищує 100 мА.

Деталі та конструкція

У блоці живлення застосований уніфікований трансформатор ТПП271-127 / 220-50 [2] з габаритної потужністю 60 Вт Подібні трансформатори меншої потужності мають занадто великі для роботи в пропонованому пристрої активні опори обмоток.

Для деякого зменшення напруги на вторинних обмотках трансформатора висновки його первинних обмоток з'єднані нестандартним чином. При самостійному виготовленні трансформатора слід орієнтуватися на зазначені на рис 1 напруги холостого ходу вторинних обмоток. Перетину обмотувальних проводів повинні бути досить великими, щоб опору обмоток були приблизно такими ж, як у зазначеного трансформатора: 1-9 - 56 Ом, 13-16 -2,3 0м, 17-18 - 1, З Ом.

Всі постійні резистори в пристрої - С2-23 або МЯТ відповідної потужності, R5 - ПП3-40. Конденсатори С1 і С2 - керамічні на напругу не менше 160 В, наприклад, КМ-5 групи ТКЕ не гірше М1500.

С3, С4, С7 - імпортні аналоги К50-35, С6 - КМ-5 або КМ-6, С5 і С8 - К73-17 на напругу 250 В. Діоди 1N4007 мають вітчизняний аналог - КД243Ж, можна використовувати будь-які діоди на напругу не менше 200 В і струм 300 мА. Замість КД509А можна встановити будь-які діоди з допустимим імпульсним струмом не менше 300 мА.

Коефіцієнти передачі струму h21е у всіх потужних транзисторів повинні бути не менше 30, причому цей параметр транзистора VT4 слід перевіряти при струмі колектора 200 мА. Заміну транзисторів VT1, VT2 і VT4 потрібно підбирати з граничним напруженням колектор - емітер не менше 160 В і допустимим струмом колектора не менше 100 мА (VT1 і VT2) і 1 A (VT4).

Транзистор VT3 - будь-який кремнієвий малопотужний структури pnp. Світлодіод HL1 - будь-який видимого світіння. Щоб зберегти незмінним колекторний струм транзистора VT2 при установці світлодіода HL1 зеленого або жовтого кольору доведеться, можливо, трохи збільшити номінал резистора R2. Мікросхему КР142ЕН19А можна замінити імпортним аналогом TL431.

Основна частина деталей джерела живлення розміщена на друкованій платі розмірами 50x75 мм з склотекстоліти товщиною 1,5 мм (рис. 2, вид з боку друкованих провідників). На ній же знаходиться загальний ребристий тепловідвід транзисторів УІ і VT2 розмірами 20x24x38 мм.

Транзистор VT4 встановлюють на окремому ребристому теплоотводе розмірами 36x100x140 мм. Діод VD6 припаюють безпосередньо до висновків цього транзистора.

Підключати зібраний пристрій до мережі в перший раз бажано через лабораторний регульований автотрансформатор, на виході якого попередньо встановлено нульову напругу. Движок змінного резистора R5 повинен перебувати в положенні мінімального опору, перемикач SA2 - в положенні "5 ..55 У".

До виходу джерела підключають вольтметр і переконуються, що в міру обертання рукоятки автотрансформатора в бік збільшення напруги показання вольтметра ростуть, але, дійшовши приблизно до 5 В, залишаються на цьому рівні. Якщо це так, можна довести вхідна напруга до номінальних 220 В і перевірити напругу на деяких елементах пристрою.

На катоді стабилитрона VD3 воно повинно бути близьким до напруги його стабілізації (3,9 В), на верхньому по схемі виведення резистора R7 - приблизно 3,3 В. Падіння напруги на резисторі R2 має становити близько 1,1 В, якщо воно більше, слід збільшити номінал зазначеного резистора таким чином, щоб поточний через нього струм був в межах 8 9 мА.

Резистори R4, R6, R8 підбирають в наступному порядку. При перемикачі SA2, що знаходиться в положенні "5 ... 55 В", встановлюють за допомогою змінного резистора R5 максимальна напруга на виході джерела.

Рис. 2. Друкована плата лабораторного джерела живлення.

Підбирають резистор R8 таким чином, щоб воно було трохи більше 55 В. Перекладають движок резистора R5 в інше крайнє положення і, підбираючи резистор R6, домагаються вихідної напруги трохи менше 5 В. Потім переводять перемикач SA2 в положення "50 ... 100 В" і підбирають резистор R4, домагаючись зазначених меж регулювання вихідної напруги резистором R5.

Слід обов'язково перевірити роботу джерела живлення з максимальним навантаженням. Якщо на якомусь діапазоні при максимальному вихідному напрузі збільшення струму навантаження призводить до зниження цієї напруги, справа в недостатньому напрузі на відповідній вторинній обмотці або занадто великому опорі обмоток.

Міліамперметр для контролю вихідного струму можна включити в розрив дроту, що йде від емітера транзистора VT4 до інших елементів схеми (крім діода VD6). Так як через прилад в цьому випадку крім струму навантаження, буде текти і струм дільника R4-R8, стрілку міліамперметра слід встановити на нуль коригуючих гвинтом при включеному, але працює без навантаження джерелі.

Пристрій можна доповнити перемикачем рівня обмеження вихідного струму (рис. 3). Опір введеної частини ланцюга резисторів R10-R13 має бути таким, щоб при граничному струмі на ній падало напруга близько 0,6 В.

Стабілізатор напруги за наведеною схемою неважко розрахувати на будь-який інтервал регулювання вихідної напруги з верхньою межею 50 ... 500 В. Транзистори (крім VT3) слід вибрати приблизно з півтораразову запасом по напрузі щодо максимального вихідного.

Рис. 3. Перемикач рівня обмеження вихідного струму.

Генератор струму на транзисторі VT1 повинен видавати струм приблизно в 1 2 рази більше максимального вихідного струму стабілізатора, поділеного на коефіцієнт h21е транзистора VT4. При розрахунковому вихідному струмі більше 1 А як VT4 необхідний складовою транзистор. Токи через резистор R1 і дільник R4-R8 можуть бути обрані в межах 4 ... 10 мА.

Якщо стабілізатор проектують на фіксований або регульоване в невеликих межах вихідна напруга діоди VD4 і VD6 можна не встановлювати.

С. Бірюков, м.Москва. Р2001, 7.

Ліетература:

1. Янушенко Е. Мікросхема КР142ЕН19.- Р1994, 4.
2. Сидоров І. Н., Мукосеев В. В., Хрістінін А. А. Малогабаритні трансформатори та дроселі. Довідник - М. Радіо і зв'язок 1985.