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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Fonte de alimentação de laboratório com diagnósticos. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de alimentação Tendo escolhido o esquema de um dispositivo eletrônico que atraiu, cada radioamador primeiro o experimenta em operação. Em seguida, você pode criar o dispositivo de sua preferência ou (com experiência) fazer melhorias adicionais nele. Em ambos os casos, é necessária uma fonte de alimentação. Você pode comprá-lo ou ganhar na loteria, mas é melhor fazer você mesmo. Ao mesmo tempo, o laboratório do rádio amador será reabastecido com um dispositivo não apenas básico, mas também com funções úteis adicionais. Usando o exemplo de uma fonte de energia, vamos tentar traçar todo o processo de projeto e fabricação de um dispositivo eletrônico de rádio amador. A tensão de saída é constante. Mas com a magnitude disso deve ser tratado. Basicamente, todos os circuitos acima usam uma tensão de 12 V. No entanto, o microcircuito KR1156EU5, como outros microcircuitos, pode operar em outras tensões. Portanto, uma faixa de tensão de saída mais ampla deve ser fornecida na fonte de alimentação para trabalhos experimentais. E seria melhor se pudesse ser regulado. Em seguida, você precisa resolver a questão, mas dentro de quais limites alterar a tensão de saída? O conhecimento do chip KR1156EU5, sobre o qual este livro fala, ajudará aqui. A tensão mínima de operação para ele é de 3 V. A tensão nominal para a maioria dos dispositivos é de 12 V. Portanto, a fonte de alimentação deve fornecer uma tensão de saída de 3 a 12 V? Não vamos tirar conclusões apressadas, mas dar uma olhada mais ampla. É necessária uma margem, principalmente porque o microcircuito permite trabalhar com uma tensão de alimentação mais alta (afinal, pode ser de até 40 V). Além disso, se você experimentar o microcircuito KR1436AP1, poderá precisar não apenas de uma tensão de 12 V, mas também de até 27 V. Mas não visaremos um valor tão grande, mas nos limitaremos à faixa de tensão de saída de nossa fonte de 3 a 15 V. Isso fornecerá energia não apenas para microcircuitos analógicos, como amplificadores operacionais e de baixa frequência, mas também microcircuitos digitais, TTL e CMOS. Agora precisamos decidir sobre a corrente de carga. A maioria dos dispositivos considerados consome uma pequena corrente (aproximadamente 10 ... 50 mA). Eles podem ser alimentados por adaptadores de baixa potência prontos. No entanto, não estaremos limitados a tal corrente, mas tornaremos o dispositivo "para crescimento" mais poderoso. Tendo decidido os principais parâmetros da tensão de saída da fonte de alimentação, vamos dar uma olhada em sua estrutura, ou seja, considere em quais nós principais e auxiliares ela deve consistir. Devido ao fato de a fonte de eletricidade em nossos apartamentos ser uma rede de corrente alternada, fonte de maior perigo, é necessário um transformador de isolamento. Também é chamado de poder. É necessário para transferir (transformar) a energia da rede. Esta é a sua função principal. Além disso, o transformador converte a alta tensão na rede (220 V) em baixa tensão secundária (12 ... 15 V). Mas para alimentar dispositivos eletrônicos, é necessária uma tensão constante e um conversor apropriado. Portanto, um retificador CA para CC secundário é necessário. A tensão de ondulação após o retificador é suavizada pelo filtro. O filtro mais simples é um grande capacitor convencional. Uma parte da fonte de alimentação foi identificada - este é um transformador, um retificador e um filtro. Devido ao fato de a tensão da rede ser instável, ocorrer saltos bruscos e quedas lentas, o que é inaceitável para circuitos eletrônicos, você precisará de um nó que forneça uma tensão de alimentação estável. Chama-se estabilizador. Como você sabe, eles são de impulso e lineares. Dado o escopo - trabalho experimental - a fonte de alimentação deve ser capaz de ajustar a tensão de saída. Como é de se esperar, erros podem ocorrer durante a prototipagem e teste, portanto medidas de proteção devem ser tomadas para proteger a fonte de alimentação e a carga de condições operacionais perigosas. Uma dessas medidas, que é mais comumente usada em eletrônica, é a limitação de corrente. Neste caso, é necessário prever a limitação da corrente de carga para que caso ela seja ultrapassada ou mesmo um curto circuito (curto-circuito) não falhe (ou mesmo queime) a fonte de alimentação. Também é desejável poder definir um limite de corrente específico. A sobrecarga prolongada da fonte de alimentação é perigosa mesmo com um circuito de proteção. Portanto, é necessário ter uma unidade adicional para indicação imediata (por sinal sonoro ou luminoso) de um modo perigoso. Portanto, decidimos a estrutura de uma fonte de alimentação de canal único estabilizada em rede com proteção. Vamos listar seus nós novamente:
A próxima tarefa é determinar a base do elemento do nosso dispositivo. Em quais elementos e em quais modos de operação será garantido o alcance do objetivo principal do nosso projeto - fornecer uma tensão de alimentação para o trabalho de rádio amador. Um microcircuito do tipo KR1156EU5 conhecido por nós no modo de um estabilizador abaixador pulsado pode fornecer os parâmetros de saída necessários (3 ... 12 V, 0,1 ... 0,5 A). Alguns watts de potência necessários para alimentar a carga serão "puxados" por um transformador unificado do tipo TP112. É avaliado em 7,2 W e é projetado para PCB. Esses transformadores estão disponíveis para uma variedade de tensões de saída e é bem possível escolher o correto para o nosso caso. A tensão de saída pode ser ajustada continuamente ou passo a passo. Por conveniência, escolhemos uma maneira gradual de definir a tensão de saída. Um leve toque no botão - e você sempre saberá qual tensão é fornecida à carga. E como interruptor (corpo de ajuste), é aplicável um botão de pressão seccionado do tipo P2K. Da mesma forma, construímos um nó limitador de corrente de carga. Também aplicamos comutação passo a passo usando P2K. A experiência adquirida com o uso do microcircuito KR1156EU5 nos diz que o indicador para diminuir a tensão de saída além dos limites permitidos também pode ser projetado com base nele. Tendo decidido os nós principais e a base do elemento da fonte de energia projetada, você pode elaborar seu diagrama de blocos. O esquema mostrado na fig. 5.14 é bastante consistente com nosso projeto.
Os principais neste circuito são um transformador de rede (isolante) com um retificador de onda completa e um filtro e um estabilizador de tensão (SN). Na saída do estabilizador, um indicador de subtensão (PV) é ligado. Dois nós de controle também são fornecidos aqui: limitação de corrente (R1) e tensão de saída (R3). O diagrama de blocos desenvolvido da fonte de alimentação com as funções necessárias para o laboratório de rádio amador também define os recursos do projeto. Afinal, o design da fonte de alimentação deve proporcionar comodidade ao trabalhar com ela. Também é necessário garantir um reparo rápido em caso de falha. De fato, a fonte de alimentação requer operação ininterrupta e um tempo mínimo de recuperação após uma perda de desempenho. Nesse caso, o design modular do dispositivo é bastante aceitável. Sua peculiaridade reside no fato de que um transformador e um capacitor de filtro (os maiores elementos) e outros nós (SN, PPN, etc.) são instalados em uma placa comum. Cada um desses nós está localizado em uma placa de circuito impresso separada. Se necessário, cada nó pode ser desconectado da placa comum e reparado. Para obter o volume mínimo de toda a estrutura, as placas de circuito impresso dos nós devem ser colocadas verticalmente na placa comum. Eles podem até ser instalados em slots especiais. Essa decisão também é impulsionada pelo fato de que a troca de modos é realizada pelos switches L2K. Ao serem instalados sobre uma placa de circuito impresso, parecem “deitar-se” sobre ela, ocupando uma grande área. Portanto, colocar o tabuleiro com P2K na vertical e com os botões para cima levará a uma diminuição da área ocupada no tabuleiro geral. Assim, o volume do aparelho será preenchido de forma racional. A taxa total terá um tamanho mínimo. E o tamanho das placas de nós individuais será determinado, por um lado, pela placa comum (largura) e, por outro lado, pela altura dos interruptores P2K e do transformador (altura). De acordo com o diagrama de blocos do nosso dispositivo, na placa principal com um transformador, um retificador e um capacitor de filtro, estão instalados:
Para expandir a funcionalidade da fonte de alimentação, você também pode fornecer a instalação de uma placa com um chip regulador de tensão linear. Isso permitirá que você tenha uma segunda tensão com ajuste independente. Além disso, nesta saída, a tensão terá um nível de ondulação menor, necessário ao trabalhar com amplificadores de som. Em vista do exposto, a taxa total será semelhante à mostrada na Fig. 5.15. O transformador maciço é preso à placa com dois parafusos auto-roscantes, para os quais são fornecidos orifícios de montagem. Além disso, os condutores dos enrolamentos do transformador, soldados à placa, também criam uma fixação adicional.
Se possível, a conexão do fio de rede pode ser feita usando contatos especiais. Como a parte da rede da fonte de alimentação é construída fica claro no diagrama da Fig. 5.14. O esquema do nó principal - estabilizador de tensão (SN) - é mostrado na fig. 5.16.
CH é feito de acordo com o esquema de um estabilizador abaixador pulsado baseado no microcircuito KR1156EU5. É mostrado aqui condicionalmente que é possível alterar o valor da corrente limitadora (R1) e ajustar a tensão de saída (R3). A corrente limite ou a corrente máxima de carga é ajustada através do elemento regulador (R1). Um diagrama detalhado das chaves e um conjunto de resistores é mostrado na fig. 5.17.
O circuito elétrico consiste nos interruptores SA1-SA3<П2К) e nos resistores R5-R10. A peculiaridade de tal circuito é que todos os resistores da mesma classificação são usados (R \u1d XNUMX Ohm). A corrente de carga máxima (aproximadamente 600 mA) será com todas as chaves fechadas quando a resistência R1 for de 0,5 ohms. Assim, a corrente será igual a 300 mA (com SA1 aberto), 150 mA (com SA1 e SA2 abertos), 100 mA (com SA1, SA2 e SA3 abertos). Comuta. O P2K deve ter uma fixação independente e então você pode apertar mais de um botão. Também são possíveis outras combinações de botões pressionados, que corresponderão a outras correntes limitadoras. Cabe ao leitor determinar esses valores adicionais de limitação de corrente. Uma característica deve ser observada. O diagrama tem um jumper 1-3. Ele é projetado para excluir um modo perigoso durante o trabalho de reparo e com uma placa de controle de corrente não instalada e tensão de alimentação acidental. Como o jumper está conectado em série ao circuito de entrada do estabilizador, se não estiver presente, a placa reguladora do buck de comutação será desenergizada. A tensão de saída do regulador buck de comutação é ajustada por um resistor no braço superior do divisor de feedback (R3.1). Também é feito em interruptores e resistores P2K. Os valores desses resistores são calculados de forma que a tensão de saída possa mudar em etapas de 1 V. Você pode sobreviver com menos peças escolhendo a proporção dos valores dos resistores (R13: R14: R15: R16) de acordo com a lei binária: 1-2-A-8. Assim, com a ajuda de um resistor particionado, cujo circuito é mostrado na Fig. 5.18, você pode definir o valor do braço superior do divisor em CH e PPN. Neste caso, a tensão de saída pode ter um valor de 3 a 18 V, desde que. a resistência varia de 1,8 kΩ a 16,8 kΩ (1,8 kΩ + 15 kΩ).
Acrescentamos apenas que o diagrama mostra não apenas um divisor para SN, mas também um divisor para PPN. Analisaremos seu trabalho mais adiante. O jumper 1-2 também foi projetado para evitar operação perigosa na ausência de uma placa com divisores e alimentação acidental de tensão. A proporção aceita de valores de resistor predetermina o trabalho correspondente com interruptores. Por exemplo, você precisa definir a tensão de saída para 5 V. Com todas as chaves fechadas (SA4, SA5, SA6 e SA7), a saída deve ser de 3 V. Portanto, você precisa adicionar 5 - 3 = 2 V, ou seja, SA5 deve estar aberto e R15 = 2 kΩ incluso no circuito. A outra tensão necessária na saída é definida de forma semelhante. Devido ao fato de os interruptores serem pareados, há alterações no outro divisor. Ele é projetado para PSI e é feito da mesma forma com as mesmas proporções de resistores. Vamos considerar o esquema do indicador de diminuição da tensão de saída, mostrado na fig. 5.19.
A parte principal do indicador de subtensão é o microcircuito KR1156EU5. Funciona no modo gerador de pulsos. Vamos considerar brevemente o funcionamento deste nó auxiliar de diagnóstico. O comparador do microcircuito compara a tensão instável da fonte de alimentação (na entrada 5) com a tensão estável da fonte de tensão de referência. Dependendo da proporção dessas tensões, a operação de outros componentes do microcircuito é controlada. Caso a tensão da fonte de alimentação seja normal (o potencial do pino 5 excede 1,25 V), o comparador transforma os transistores de saída em um estado não condutivo. O LED vermelho (HL2) está apagado. Quando a tensão cai, o comparador muda e o oscilador interno começa a funcionar. Os transistores de saída vão alternadamente de aberto para fechado, e o LED vermelho pisca periodicamente. A corrente através dele define o resistor R 21. Ao mesmo tempo, um sinal sonoro aparece, porque. piezo BF1 começa a clicar ao trocar transistores. Assim, um dispositivo eletrônico - um indicador de queda de tensão - monitora constantemente a tensão de saída da fonte de alimentação e chama a atenção com sinais luminosos e sonoros quando ela diminui em caso de sobrecarga. E isso é possível quando a corrente de carga definida é excedida e o circuito de proteção de MT é acionado. Além disso, o indicador também funcionará na ausência de tensão de saída na saída CH. Assim, se durante o reparo qualquer placa com resistores particionados acidentalmente não for instalada (e a placa CH for desenergizada), o sinal sonoro chamará sua atenção para isso. As funções pretendidas são implementadas e o layout da fonte de alimentação do laboratório é pensado. Agora precisamos projetar os nós que estão localizados em placas de circuito impresso separadas e montados na placa principal com um transformador. A placa reguladora de comutação buck (Figura 5.20) está localizada mais próxima do retificador. Isso reduz o comprimento dos condutores através dos quais a corrente de carga flui. Para reduzir ondulações e aumentar a estabilidade do estabilizador, além do capacitor do filtro principal (C1), esta placa também possui um capacitor C2 (composto por dois - C2' e C2"). Assim, as dimensões gerais da placa são reduzido.Com um capacitor, a altura da placa seria maior.
Outra característica do projeto da placa é que a bobina do filtro de armazenamento é feita em bobinas unificadas cilíndricas de pequeno porte do tipo DM (DPM). Para obter a indutância necessária, são conectadas em série até 3 bobinas do tipo DM. O indicador de tensão de saída no LED HL1 pode ser instalado no painel frontal da carcaça da fonte de alimentação e conectado à placa do regulador de comutação por fios. O limite de corrente de carga é definido usando um resistor particionado localizado junto com as chaves na placa mostrada na fig. 5.21. A tensão de saída MV e a tensão de pick-up da PSU são definidas usando um resistor comutável seccionado, cujos detalhes estão localizados na placa mostrada na fig. 5.22. Comuta. Os P2K são instalados horizontalmente nos orifícios da placa e são fixados não com parafusos, mas com o auxílio de solda. E os resistores do braço superior do divisor são montados de forma articulada nos terminais P2K. Nesse caso, os resistores de cada divisor estão localizados em lados diferentes e são conectados à placa com fios. E, finalmente, na placa comum também existe um indicador para diminuir a tensão na saída do CH, cuja localização dos elementos é mostrada na Fig. 5.23. O emissor piezo BF1 é soldado diretamente na placa. O LED HL2, que indica um modo perigoso de operação da fonte de alimentação, pode ser instalado na parte frontal do gabinete e conectado à placa com fios.
Existem duas opções de fixação de placas de circuito impresso em uma placa comum. Primeiro, você pode instalar conectores em uma placa comum especialmente projetada para conexão direta a uma placa de circuito impresso (SNP14). Em segundo lugar (e este método é mais simples), é possível fixar nós individuais verticalmente usando suportes feitos de fio de cobre estanhado não isolado com uma espessura de 0,8-1,0 mm. É soldado à placa e dobrado em ambos os lados. E então todos os suportes são instalados nos orifícios da placa comum e também soldados. Uma desvantagem significativa do segundo método é óbvia: a conexão permanente não permite que você desconecte rapidamente a unidade defeituosa para operações de reparo. Apesar de sua complexidade, o primeiro método (com conectores) é mais adequado para uma versão sofisticada de uma fonte de alimentação de laboratório. Se você deseja adicionar uma saída de tensão estabilizada com baixa ondulação, isso exigirá a instalação de outra placa com um regulador linear. Pode ser um regulador de voltagem positivo. No entanto, muitas vezes também é necessária uma tensão negativa, por exemplo, para alimentar chips de amplificadores operacionais. Portanto, você também precisará de um local para instalar uma placa com um chip estabilizador para tensão negativa. Por conveniência, você também pode aplicar a instalação de tensões de saída fixas usando resistores particionados. Quando uma fonte de energia é concebida não com um conjunto limitado de funções, mas com seu subsequente aumento por meio de modernização gradual, o projeto também deve fornecer os recursos apropriados. A previsão neste assunto e um aumento no tamanho da placa principal para a instalação de placas de nó adicionais tornarão relativamente fácil modificar a fonte de alimentação para aumentar as funções executadas em caso de necessidade. A fabricação de nossa versão da fonte de alimentação deve começar com a seleção dos componentes necessários. Sua lista é dada na Tabela. 5.4. Todos os componentes de rádio necessários são coletados aqui, mas com uma divisão em placas de nós individuais.
A próxima etapa da fabricação é a verificação de todos os elementos de rádio. Se essa condição for atendida, haverá confiança de que após a montagem o dispositivo funcionará e você não terá que perder tempo com a solução de problemas devido a elementos de baixa qualidade e desmontá-los. Claro, placas de circuito impresso também são necessárias. Eles são feitos de textolite de um lado revestido com folha de 1,5 mm de espessura, de acordo com os esboços mostrados na fig. 5.24-5.28. O uso de placas de circuito impresso facilita a instalação de elementos de rádio, mas sua fabricação está associada a certas habilidades e ao uso de produtos químicos. Você pode ir de outra maneira, mais barata e mais fácil. Tendo observado atentamente os desenhos dos condutores nos esboços das placas de circuito impresso, você pode ver que a instalação é simples e pode ser realizada de forma articulada. Além disso, isso é facilitado, por exemplo, pela presença de condutores rígidos no transformador, interruptores P2K e outros elementos. Eles podem ser usados com sucesso tanto para conexão direta de elementos entre si quanto para fixação de condutores de montagem. Após a montagem dos elementos nas placas, é necessário verificar cuidadosamente a correta instalação (especialmente elementos polares) e a qualidade das conexões. Depois de verificar se não há erros, você pode prosseguir para a próxima etapa na fabricação da fonte de alimentação. Consiste numa verificação autónoma de cada placa. Você deve começar com uma taxa geral. Tendo aplicado a tensão de rede ao enrolamento primário do transformador, é necessário medir a tensão CC no capacitor do filtro.
Depois de verificar se esta parte do dispositivo está funcionando corretamente, é necessário realizar outro teste sob carga. Para fazer isso, um resistor de 27 Ohm (2 W) é conectado à saída do retificador para fornecer uma corrente de carga de 0,4 ... 0,6 A e a tensão de saída é verificada novamente. Seu valor deve ser de aproximadamente 12 V. Depois de confirmar que a placa retificadora está funcionando corretamente, ela pode ser usada para verificar o funcionamento da placa MV. Porém, antes de aplicar tensão no CH, é necessário colocar um jumper entre os contatos da placa ligando os pinos do microcircuito 6 e 7, ou seja, excluir o resistor limitador de corrente de carga (R1). Também é necessário instalar um divisor de tensão de saída temporário (para realimentação). Um resistor de 6,8 kΩ deve estar no lugar do resistor R3.1 entre o pino 5 do microcircuito e a saída CH Depois de todas essas operações preparatórias, você pode aplicar a tensão de entrada e verificar o funcionamento do CH em RH = 200 Ohm, ou seja, em uma pequena corrente de carga (ln - 40 mA). A potência deste resistor deve ser de pelo menos 0,5 watts. Neste modo, medimos a tensão de saída do CH, seu valor deve ser aproximadamente em V. O próximo passo é verificar a estabilidade da tensão de saída quando a carga muda. Para fazer isso, conectamos em paralelo com o resistor de carga o mesmo (200 Ohms), ou seja, obtemos RH = 100 Ohms. Nesse caso, a corrente de carga dobrará e será de aproximadamente 80 mA. Depois de medir novamente a tensão de saída, é necessário garantir que ela mude de acordo com os parâmetros do microcircuito e que todo o conjunto esteja funcionando corretamente. Agora precisamos verificar a placa de resistores particionados. Isso pode ser feito com um multímetro (testador digital). Após certificar-se de que quando um determinado botão é pressionado, o valor total do resistor medido pelo dispositivo corresponde ao valor de projeto, esta placa pode ser definida como geral. Em seguida, eles verificam da mesma forma a placa com resistores do elemento de controle de corrente limitadora de carga (R5-R10) e também a instalam em uma placa comum. Quando todas as três placas estiverem instaladas em uma placa comum: um estabilizador de tensão, divisores seccionados e um elemento de controle de corrente limitador de carga, você poderá proceder a uma verificação abrangente do funcionamento de um ISN totalmente montado sem uma parte de rede. Isso pode ser feito com uma fonte de alimentação regulada opcional. Para simplificar o teste, a parte da rede de nossa fonte de alimentação pode ser usada como esta, mas deve-se levar em consideração que alguns parâmetros (por exemplo, estabilidade de tensão) não podem ser verificados. A sequência para verificar a fonte de alimentação montada é a seguinte:
Agora resta fortalecer o conjunto da placa comum dentro do gabinete e fazer as conexões com os terminais de saída. Depois de finalmente verificar se todos os parâmetros estão normais, você pode começar a trabalhar com a fonte de alimentação. Autor: Koltsov I.L.
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