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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Tensão ajustável e estabilizador de corrente. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Protetores contra surtos Na prática do rádio amador, durante o trabalho experimental, muitas vezes é necessário ter uma fonte de alimentação universal disponível. Se resumirmos os requisitos de uma fonte de energia no desenvolvimento e configuração de dispositivos analógicos e digitais, então, além dos altos requisitos de qualidade da tensão de saída e uma ampla faixa de sua regulação, é muito importante que ela combine as funções de fontes de corrente e tensão de alta qualidade. Chamamos a atenção de nossos leitores para uma das opções desse dispositivo. A fonte de alimentação proposta permite que seja utilizada tanto como fonte de tensão quanto como fonte de corrente contínua. As vantagens indiscutíveis desta unidade, além de sua versatilidade, incluem a presença de proteção controlada contra curto-circuito na carga “default”. A fonte de energia, cujo circuito é mostrado na figura, pode satisfazer a maioria das solicitações dos rádios amadores experimentais. Há mais de três anos (e durante esse tempo a fonte de alimentação nunca falhou), o autor o utiliza, utilizando-o em experimentos e montando dispositivos analógicos e digitais e terminando no carregamento de baterias de automóveis.
Funcionalmente, a fonte de alimentação consiste em duas unidades de estabilização de corrente e tensão mutuamente independentes, operando em um elemento de controle de sinal de saída comum. Consideremos a finalidade dos elementos do dispositivo proposto. Um retificador é montado nos diodos VD1-VD4 e um filtro de suavização para a tensão de alimentação é montado nos capacitores C1-C3. Os transistores VT1-VT4 são um poderoso elemento regulador que controla a tensão e a corrente de saída. A utilização de vários transistores conectados em paralelo, além de dividir a corrente de carga entre eles, faz sentido por vários motivos. Em primeiro lugar, esta solução permite distribuir os pontos de aquecimento ao longo do dissipador, o que aumenta a sua eficiência, permitindo reduzir o seu tamanho. Em segundo lugar, você pode usar transistores baratos com uma corrente de coletor máxima permitida menor que a corrente máxima de carga sem reduzir a confiabilidade operacional do dispositivo. Os resistores R4-R7 são elementos correspondentes para os circuitos emissores de transistores conectados em paralelo, permitindo que a corrente de carga total seja dividida uniformemente entre transistores que possuem uma grande variedade de parâmetros elétricos. O transistor VT5 corresponde à resistência de entrada do elemento de controle e à resistência de saída dos transistores VT6 e VT7. Um regulador de tensão bipolar é montado para alimentar a unidade de controle usando diodos VD5 e VD6, diodo zener VD7, estabilizador integrado DA1 e capacitores C4-C7. Os microcircuitos DA2 e DA3 atuam como fontes de tensão de referência para unidades de controle de tensão e corrente de saída, respectivamente. A escolha dos estabilizadores de tensão integrados da série KR142 para este fim é explicada pelos parâmetros destes microcircuitos que são bastante suficientes para fins de laboratório, como um coeficiente de temperatura de tensão inferior a 0,02%/°C e um coeficiente de suavização de ondulação de mais superior a 30dB. E o uso da estabilização em série melhora ainda mais os parâmetros das fontes de tensão de referência. Além disso, a simplicidade de implementação do circuito e a disponibilidade da base do elemento são de grande importância. O repetidor no amplificador operacional DA4.1 compensa a queda de tensão no sensor de corrente de saída R17R18 e elimina o erro na configuração da corrente de saída associada ao possível fluxo através desses resistores da corrente total do voltímetro PV1, o divisor resistivo da tensão de saída R14R15, o divisor de saída da fonte de tensão de referência R11R12 e o estabilizador de corrente consumida DA2. Além disso, o uso de um amplificador operacional DA4.1 muito poderoso oferece amplas oportunidades na escolha de um circuito fonte de tensão de referência. No entanto, o erro na configuração da corrente de saída neste caso é insignificante e é inferior a 20 mA. Se tal erro não for fundamental, ele pode ser ignorado eliminando o amplificador operacional DA4.1 e conectando os condutores que vão para suas entradas. A utilização deste amplificador operacional pode ser necessária no caso de conversão da fonte para outras tensões e correntes de saída (e, consequentemente, recálculo da resistência dos resistores R17 e R18), quando o erro de tensão no sensor de corrente se torna perceptível. Os amplificadores operacionais DA4.2 e DA5.1 contêm nós para controlar a tensão e a corrente de saída, respectivamente. Tais nós são bem apresentados e revisados na literatura de rádio amador e são implementados de maneira padrão. Os sinais de controle deles são fornecidos aos transistores VT6 e VT7, conectados em cascata. Vejamos o princípio de seu funcionamento usando um estabilizador de corrente como exemplo. Enquanto a corrente de saída da fonte de alimentação for menor que a definida pelo resistor variável R12 (em comparação com a tensão no sensor de corrente R17R18), a unidade está no modo de estabilização de tensão, pois o transistor VT7 está completamente aberto e não afetar a operação. Se for feita uma tentativa de exceder o nível de corrente definido, a tensão de saída diminui, uma vez que o amplificador operacional DA5.1 muda para o modo de controle, reduzindo a corrente de base do transistor VT7. Neste caso, o amplificador operacional DA4.2 muda do modo ativo para o modo comparador, abrindo o transistor VT6 e desconectando-o do circuito de controle. Uma unidade para indicar o modo de operação da fonte de alimentação é montada no amplificador operacional DA5.2 e nos LEDs HL1 e HL2. Dependendo do nível de tensão nas saídas dos amplificadores operacionais DA4.2 e DA5.1, o comparador DA5.2 comuta a tensão de saída, acendendo o LED correspondente. E como a fonte de alimentação ligada está sempre em algum modo de operação, conforme evidenciado pelo brilho de um dos LEDs, não há necessidade de indicador de ligação. Os detalhes da fonte de alimentação descrita foram calculados e selecionados para o transformador disponibilizado ao autor. Com a base do elemento indicada no diagrama, o bloco fornece regulação da tensão de saída de 0 a 18 V e da corrente de carga de 0 a 14 A. Com tensão de saída de 15 V e corrente de 12 A, a amplitude de ondulação dupla não excede 5 mV. Os elementos da fonte podem ser facilmente recalculados para atender às suas próprias capacidades ou desejos. Todas as partes da unidade, com exceção do transformador de rede T1, diodos retificadores VD1-VD4, transistores do elemento de controle VT1 - VT4 e VT5, LEDs indicando modos de estabilização HL1 e HL2, resistores variáveis R10 e R12, resistores de equalização de corrente R4 -R7 e capacitores de filtro C1-C3 , montados em placa de circuito impresso de 100x80 mm, confeccionada em folha de fibra de vidro dupla face com 2 mm de espessura. Como dissipador de calor para os transistores VT1-VT5 e diodos VD1-VD4, a fonte de alimentação original usa um invólucro do dispositivo feito de folha de alumínio com 1,8 mm de espessura. A caixa é em forma de U com uma tampa superior. Suas dimensões são 190x170x350 mm. Transistores e diodos são fixados em sua parede traseira através de almofadas isolantes de mica de 0,05 mm de espessura, pré-lubrificadas com pasta condutora de calor KPT-8. Os resistores de equalização de corrente R4-R7 são montados próximos aos transistores, montados em placas de montagem isoladas do corpo do dispositivo. O painel frontal contém a chave geral SA1, os fusíveis FU1 e FU2, o amperímetro PA1 e o voltímetro PV1, e os LEDs HL1 e HL2 estão instalados acima deles, respectivamente. Reguladores para estabilizadores de corrente e tensão de saída são instalados sob os instrumentos de medição - resistores variáveis R12 e R10. O transformador de rede T1 e os capacitores de filtro C1-C3 estão instalados no chassi da fonte de alimentação. O transformador de rede T1 é fabricado de fábrica, possuindo número de série 4.540.176. O núcleo magnético do transformador é montado a partir de placas em forma de W PB 40-80. O enrolamento primário é enrolado com fio PEV-2 1,25 e contém 296 voltas. O enrolamento secundário II é feito de um barramento de cobre PSD 1,8x5 e consiste em dois enrolamentos idênticos de 14 voltas conectados em série. O enrolamento III contém 17 voltas de fio PEV-2 1,0. Um transformador caseiro é projetado para a potência máxima consumida pela carga, mais quatro watts para a unidade de controle. Deve-se levar em consideração que no modo inativo a tensão de saída do enrolamento III deve estar na faixa de 12,6 a 14 V e fornecer a potência acima (4 W) sob carga. A corrente direta máxima permitida dos diodos retificadores VD1-VD4 deve exceder a corrente máxima de carga. Quando a corrente diminui para menos de 10 A, é possível utilizar diodos das séries KD213, KD243 com qualquer índice de letras. Capacitores de filtro de óxido C1-C3 - K50-18, mas é aceitável usar outros mais modernos. A grande capacitância desses capacitores se deve à capacidade de corrente de carga excepcionalmente alta. Sua capacitância pode ser alterada proporcionalmente a esta corrente. Os transistores do elemento de controle KT819AM são substituíveis por KT808 ou similares com corrente de coletor permitida de 10 A e dissipação de potência suficiente. O transistor KT818AM (VT5) pode ser substituído por qualquer uma das séries KT816 e o KT817V (VT6, VT7) por qualquer uma das séries KT815, KT807. Juntamente com os diodos KD212A (VD5, VD6), é permitido usar KD226 com qualquer índice de letras ou similar. Capacitores C4-C7, C10 - K50-35, C8, C9 -K50-16, C11-C15 - qualquer capacitância adequada para uma tensão nominal de pelo menos 25 V. A escolha dos microcircuitos K157UD2 (DA4 DA5) se deve à sua alta corrente de saída permitida, o que é especialmente importante para o amplificador operacional DA4.1, uma vez que a corrente do estabilizador DA2 e do divisor resistivo R14R15 flui através dele. Se o número de microcircuitos não for limitado, o K553UD2 com circuitos de correção apropriados será adequado em vez desses microcircuitos. É importante que, além da corrente de saída permitida de pelo menos 20 mA, os microcircuitos possuam circuitos de correção de frequência. Isto se deve ao fato de que devido ao grande deslocamento de fase no circuito OOS, é necessário reduzir a frequência de corte para aumentar a margem de estabilidade. Resistores equalizadores de corrente R4-R7 e sensor de corrente R17, R18 - fio S5-16M, variáveis R10 e R12 - SP-1 ou quaisquer outros convenientes para instalação no painel frontal da fonte de alimentação. Instrumentos de medição PV1 e PA1 - qualquer um com desvio total de corrente de 0,05 a 1 mA e uma escala conveniente. A versão do autor usa cabeçotes de medição M4248.3 com desvio total de corrente de 0,1 mA. Configurar um dispositivo montado a partir de peças em boas condições se resume principalmente a verificar a instalação correta. Depois disso, os motores de resistor variável R10 e R12 são colocados na posição mais baixa de acordo com o diagrama e o dispositivo é verificado quanto à ausência de autoexcitação nas saídas dos amplificadores operacionais DA4.2 e DA5.1. Elimine-o caso apareça selecionando os capacitores C12 e C13 no sentido de aumentar sua capacidade. Em seguida, usando um voltímetro e um amperímetro padrão, os resistores R9 e R11 definem os limites superiores para regulação de tensão e corrente, e os resistores R13 e R16 calibram o voltímetro PV1 e o amperímetro PA1. Também é necessário garantir que não haja geração na carga nos diversos modos de operação permitidos. O dispositivo pode suportar curtos-circuitos na carga, mas não se deve abusar disso ao limitar correntes próximas do máximo. Deve-se notar que a potência liberada pelos transistores do elemento regulador é diretamente proporcional à diferença entre a tensão na saída da ponte de diodos VD1-VD4 e a tensão na saída da fonte de alimentação (queda de tensão no regulador elemento) e a corrente de carga. Se a tensão de saída for baixa e a corrente estiver próxima do máximo, cerca de 300 W de potência serão liberados no corpo do dissipador de calor. Para proteção contra superaquecimento (quando as dimensões do gabinete são insuficientes para um bom resfriamento), deve ser fornecida uma unidade adicional que desconecte a fonte de alimentação da rede. Pode ser um dispositivo eletrônico simples ou eletromecânico (relé térmico baseado em uma placa bimetálica). Autor: G. Fedusov, Nizhny Novgorod
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