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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Regulador de tensão bipolar, refrigerado a água, 220/±41 volts 4 amperes. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de alimentação Os estabilizadores de compensação de tensão de ação contínua do tipo série apresentam baixa eficiência, mas alto coeficiente de estabilização e baixa resistência de saída. Portanto, eles ainda são amplamente utilizados. No entanto, eles são caracterizados por baixa confiabilidade quando sobrecarregados ou em curto-circuito na carga. Isto é especialmente perigoso para dispositivos transistorizados, por isso é necessário introduzir unidades de proteção complexas com sensores de corrente nos estabilizadores. No poderoso regulador de tensão bipolar discutido neste artigo, a corrente de saída é limitada. O dispositivo não tem medo de sobrecargas e pode operar com capacitores de filtro de alta capacidade. A análise dos circuitos UMZCH permite-nos concluir que estabilizadores de tensão contínua raramente são utilizados para alimentar seus estágios de saída. As razões para isso são o alto custo de tais estabilizadores, grandes perdas de energia ao usá-los e, o mais importante, “fará o mesmo”, porque funciona sem estabilizador. Quando não há estabilizador, a tensão de alimentação do amplificador varia dependendo da carga dentro de uma ampla faixa (no receptor AV Pioneer-714 - 30...50 V). O fato é que a tensão média de saída de um retificador com filtro capacitivo depende fortemente da vazão da carga. Além disso, os capacitores do filtro são carregados por pulsos em cada meio ciclo da tensão da rede. O processo pode levar vários meios ciclos e é parcialmente transferido para a carga UMZCH. Na literatura de rádio amador, a opinião tem sido repetidamente expressa sobre a necessidade de alimentar o UMZCH a partir de uma fonte estabilizada para garantir um som mais natural. Na verdade, na potência máxima de saída do amplificador, a faixa de ondulações de tensão de uma fonte não estabilizada atinge várias dezenas de volts. Isso é imperceptível nos valores de pico dos componentes de alta frequência dos sinais de áudio, mas afeta a amplificação de seus componentes de alto nível e baixa frequência, cujos picos têm longa duração. Como resultado, os capacitores do filtro têm tempo para descarregar, a tensão de alimentação diminui e, portanto, o pico de potência de saída do amplificador. Se a diminuição na tensão de alimentação for tal que leve a uma diminuição na corrente quiescente dos transistores de saída do amplificador, isso poderá causar distorção não linear adicional. A maneira fundamental de suprimir a ondulação e a instabilidade da tensão de alimentação é estabilizá-la. O estabilizador reduz a ondulação de tensão nas linhas de energia em uma ou duas ordens de grandeza, o que facilita a obtenção da amplitude máxima do sinal de saída do amplificador. Além de reduzir o nível de fundo com uma frequência de 50 (100) Hz, as distorções não lineares e a probabilidade de corte do sinal nos picos de volume também são reduzidas. A margem para os parâmetros máximos permitidos dos transistores do estágio de saída do amplificador aumenta. A probabilidade de interferência de rede penetrar na saída do amplificador é reduzida. Além disso, a utilização de um estabilizador permite simplificar o amplificador, o que tem um efeito benéfico no som. Outra vantagem é que a função de proteger o estágio de saída do amplificador contra sobrecarga também pode ser confiada ao estabilizador. Das desvantagens, a implementação de um estabilizador de tensão contínua poderoso e confiável torna-se um problema financeiro significativo e uma tarefa tecnicamente difícil. Além disso, é necessário remover uma grande quantidade de calor dos transistores de potência do estabilizador. A eficiência total e a dissipação de potência do amplificador junto com o estabilizador são muito piores do que sem ele. Para melhorar a qualidade da fonte de alimentação, é aconselhável utilizar um transformador de rede com indução reduzida. Como se sabe, a corrente de partida dos transformadores convencionais atinge valores que excedem significativamente a corrente de operação. Reduzir pela metade a amplitude de indução no circuito magnético aumenta significativamente a confiabilidade, reduz o fluxo de dissipação do transformador e reduz sua corrente de partida para um valor que não exceda a corrente nominal sem carga. Porém, uma menor indução leva a um aumento no número necessário de voltas do enrolamento e, como consequência, a uma deterioração nos parâmetros de peso e tamanho do transformador, seu custo e um aumento nas perdas de energia devido à resistência ativa dos enrolamentos . Mas estamos falando de uma reprodução de som verdadeiramente de alta qualidade, certo? E o som de um amplificador alimentado por tensão estabilizada é significativamente melhor em comparação com o som do mesmo amplificador sem estabilizador. O estabilizador de tensão bipolar, cujo circuito é mostrado na figura, é projetado para alimentar o UMZCH.
Parâmetros técnicos principais
Consiste em dois estabilizadores de tensão independentes de polaridade positiva e negativa em relação ao fio comum. A parte superior do circuito refere-se ao estabilizador de polaridade positiva e a parte inferior refere-se ao estabilizador de polaridade negativa. O circuito estabilizador de polaridade negativa é essencialmente uma imagem espelhada do circuito estabilizador de polaridade positiva. Portanto, consideraremos detalhadamente apenas o estabilizador de tensão de polaridade positiva. A tensão alternada removida do enrolamento II do transformador T1 retifica um retificador de onda completa usando diodos Schottky duplos VD3 e VD4 SR30100P, que possuem uma caixa isolada, por isso é conveniente montá-los em um dissipador de calor comum. Através do indutor de supressão de ruído L1, a tensão retificada é fornecida aos capacitores de suavização e supressão de ruído C8-C16 e depois às correntes de emissor de equalização dos transistores conectados em paralelo VT1-VT9 e resistores R3-R11. Esses resistores possuem uma resistência bastante alta, o que contribui para o “isolamento” efetivo dos circuitos coletores dos transistores VT1 -VT9 do ruído da rede. Juntamente com o transistor VT20, os transistores VT1-VT9 formam um poderoso transistor composto com alto ganho de corrente. A corrente de base do transistor VT20 flui para o coletor do transistor VT22. O transistor VT22 é controlado pela tensão da saída do amplificador operacional DA3.1. Os diodos Zener VD13, VD14 conectados em série são conectados à saída do estabilizador, cuja tensão total de estabilização serve como tensão de referência para o estabilizador em questão. Em vez de diodos zener, pode-se instalar um resistor com tal resistência que, junto com o resistor R29, forneça potencial zero no ponto de sua conexão na tensão nominal de saída do estabilizador. Mas comparado aos diodos zener, esta é uma opção menos eficaz. O potencial deslocado pelos diodos zener ou por um resistor no sistema de estabilização representa um sinal de incompatibilidade e é fornecido à entrada inversora do amplificador operacional DA3.1, cuja entrada não inversora está conectada ao fio “0”. Tenha em mente que os fios "O" e "Comm." devem estar conectados entre si e ao fio comum do aparelho (amplificador) alimentado pelo estabilizador da placa deste último. Isso reduz significativamente o nível de interferência e interferência na tensão estabilizada. O resistor R21 garante o funcionamento do estabilizador quando um amplificador não está conectado a ele. Durante a operação, o amplificador operacional compara continuamente o potencial em sua entrada inversora com o potencial zero na entrada não inversora. Em seguida, ele controla o transistor VT22, e com ele o transistor composto VT20, VT1-VT9, para que a tensão especificada seja mantida na saída do estabilizador. Suponha que a tensão na saída do estabilizador diminua devido a um aumento na corrente de carga. O potencial na entrada inversora do amplificador operacional DA3.1 se tornará negativo em relação ao não inversor, e a tensão na saída do amplificador operacional aumentará. Isso levará a um aumento na corrente de coletor do transistor VT22 e, com ela, na corrente de base e de emissor do transistor VT20. Como resultado, a corrente total do coletor dos transistores VT1-VT9 aumentará, compensando o aumento da corrente de carga. A tensão de saída retornará ao valor anterior. O dispositivo de partida suave no transistor VT19 e no relé K1 garantem um aumento suave da tensão na bateria dos capacitores C28-C30, C34-C63 quando o estabilizador (enrolamento primário do transformador T1) está conectado à rede. Neste momento, a corrente começa a fluir pelo resistor R2, carregando o capacitor C27. Quando, após 30...35 s, a tensão aplicada ao diodo zener VD9 atinge 36 V, ele abre. Isso leva à abertura do transistor VT19 e à ativação do relé K1, que comuta os resistores que limitam a corrente de saída do estabilizador. Até o relé ser acionado, esta corrente é limitada pelo resistor R32 a 450...650 mA, o que elimina a corrente de sobrecarga da bateria dos capacitores C28-C3O, C34-C63 com capacidade total superior a 100000 μF. O relé acionado conecta o resistor R32 em paralelo com o resistor R35. A partir deste momento, o estabilizador pode fornecer à carga uma corrente de até 4 A. Se a saída do estabilizador entrar acidentalmente em curto com o fio comum, a corrente também não excederá 4 A, mas a potência dissipada pelos transistores Vt1-VT9 aumentará acentuadamente. No entanto, não excederá 25 W por transistor. Conclui-se que o estabilizador de tensão é confiável e não tem medo de curtos-circuitos na carga. Para definir com precisão os níveis limite de corrente, é necessário substituir temporariamente o resistor R32 por um resistor variável com resistência de cerca de 500 kOhm e deixar o resistor R35 desinstalado. Mova o controle deslizante do resistor variável para a posição de resistência máxima. Fechando a saída do estabilizador com um amperímetro, ligue o estabilizador e reduza gradativamente a resistência do resistor variável, observando as leituras do amperímetro. Quando a corrente de partida segura necessária for atingida, desligue o estabilizador, meça a resistência introduzida do resistor variável e substitua-o por um resistor constante da mesma resistência. Então, em vez do resistor R35, conecte um resistor variável com resistência de 100 kOhm e conecte a carga máxima à saída do estabilizador através de um amperímetro. Ligue o estabilizador e espere o relé funcionar. Depois disso, comece a reduzir gradativamente a resistência do resistor variável. Quando a tensão nominal de estabilização e a corrente de carga máxima especificada forem atingidas, desligue o estabilizador, meça a resistência introduzida do resistor variável e substitua-o por um constante. O mesmo procedimento deve ser realizado com um estabilizador de tensão negativo. Você não pode simplesmente instalar resistores R33 e R36 com a mesma resistência que R32 e R35, respectivamente. O fato é que os coeficientes de transferência de corrente dos transistores utilizados em ambos os estabilizadores diferem significativamente. Por exemplo, para transistores 2SA1943 é cerca de 140 e para 2SC5200 é apenas 85. Os transformadores T1 e T2 são feitos sob medida com indução reduzida e enrolamentos secundários em 2x54 V (com terminais intermediários) com corrente de carga de 5 A. Os transformadores são instalados cada um de lado na parte inferior do trocador de calor (aqua block) do sistema de resfriamento de água do estabilizador. O bloco de água funciona como uma espécie de chassi no qual estão localizados todos os componentes do dispositivo. Antes de instalar os transformadores, bases de pouso idealmente planas são moldadas para eles usando resina epóxi. Em seguida, os transformadores são pressionados contra o bloco de água por meio de hastes roscadas M12. No modo inativo, a tensão nas saídas dos retificadores (entradas dos próprios estabilizadores) é de 76 V. Quando conectado à saída de um estabilizador de carga com resistência de 10 Ohms, cai para 64 V. Se uma corrente de carga maior é necessário, por exemplo 10 A, então os valores dos resistores R3-R20 devem ser reduzidos para 10 ohms. Os diodos supressores VD1 e VD2 são projetados para suprimir sobretensões durante processos transitórios que acompanham a inclusão do estabilizador na rede. Com instalação e montagem adequadas, o estabilizador começa a funcionar sem problemas. Com uma carga contínua de corrente de 4 A, os transistores VT1-VT9 dissipam cerca de 60 W de potência (6 W para cada transistor). Cada um dos resistores R3-R11 possui 4 W. Juntos, os estabilizadores de tensão de polaridade positiva e negativa dissipam cerca de 180 W. Dois pares de estabilizadores para alimentação dos amplificadores dos canais estéreo esquerdo e direito, instalados em um bloco de água comum, dissipam 360 W. O bloco de água é composto por duas peças de pneu de duralumínio com seção transversal de 100x10 mm e comprimento de 1000 mm, fixadas com parafusos ao longo do perímetro. Selante automotivo foi usado para vedar a junta entre os pneus. Na superfície interna de cada pneu são fresadas duas ranhuras paralelas medindo 960x15x4 mm, por onde flui a água de resfriamento. A seção transversal total do canal de abastecimento de água é de 15x8 mm, seu comprimento total é de 1920 mm, o fluxo de água é de 0,75 l/min, a temperatura da água na entrada do bloco de água é de 24 °C, na saída - 29 ° C. A água vem do abastecimento de água através de um filtro de estágio único. Quatro anos de experiência na operação de um sistema de resfriamento de água aberto mostraram a estabilidade de seus parâmetros térmicos. Mas o sistema também pode ser fechado com a circulação de água destilada através de um aqua block e de um radiador externo do carro. Os transistores VT1-VT18 são montados em uma placa de circuito impresso com substrato de alumínio, prensados no aquablock com pasta termocondutora. A temperatura da superfície da placa é de cerca de 34°C. Os transistores 2SA1943 e 2SC5200 aquecem até uma temperatura de cerca de 50 °C. Os testes mostraram que esta temperatura permaneceu inalterada durante três horas de operação. O sistema de refrigeração descrito é compacto, eficiente e absolutamente silencioso. Ele permite que você remova cerca de um quilowatt de energia térmica. Um sensor de pressão DRD-40 é instalado na tubulação de abastecimento como dispositivo de sinalização de ausência emergencial de água corrente no sistema. É ideal para encanamentos padrão. Em caso de desligamento emergencial da água, os contatos deste sensor abrem e desconectam o estabilizador da rede elétrica. Além disso, é necessário instalar sensores de temperatura em um ou mais transistores 2SA1943, que, como a prática tem mostrado, aquecem mais que os transistores 2SC5200. Recomenda-se instalar os mesmos sensores nos transformadores. Autor: V. Fedosov
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