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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Poderoso estabilizador de tensão bipolar para UMZCH. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Protetores contra surtos O autor oferece um estabilizador de tensão de alimentação bipolar, adequado para amplificadores com potência de até 50-100 W por canal. O dispositivo é feito de poderosos transistores de efeito de campo capazes de operar sob múltiplas sobrecargas de corrente de curto prazo. O uso de tais estabilizadores é amplamente justificado em amplificadores com alta sensibilidade a mudanças e ondulações na tensão de alimentação, o que é especialmente característico de amplificadores simples sem feedback geral. Como você sabe, para alimentar o poderoso estágio de saída do UMZCH, vários projetos usam uma fonte de alimentação separada e o restante do amplificador é alimentado por um estabilizador de tensão. A maioria dessas fontes de alimentação não é estabilizada e consiste em dois retificadores de onda completa (para tensões de polaridade positiva e negativa) com ponto médio com capacitores de suavização. Esta tensão não regulada não é usada pelo resto do amplificador se ele tiver componentes adicionais e uma chave de fonte de sinal (um amplificador completo e "integrado"). Além disso, o feedback geral usado na maioria dos UMZCHs reduz significativamente a sensibilidade às ondulações da tensão de alimentação. E se a profundidade do feedback geral for pequena ou inexistente, as ondulações da tensão de alimentação poderão ser ouvidas através dos sistemas acústicos. Uma forma fundamental de suprimir a ondulação e a instabilidade é alimentar os estágios de saída do amplificador com uma tensão estabilizada; no entanto, o uso de estabilizadores integrados também encontra vários problemas. O fato é que tais estabilizadores apresentam uma queda de tensão relativamente grande. Além disso, eles geralmente possuem limitadores de corrente e potência integrados, o que geralmente pode anular as vantagens do estabilizador. É claro que você pode usar um estabilizador integrado de alta potência (por exemplo, com corrente de saída de 10 A), mas seu custo, na minha opinião, é inaceitável. Uma alternativa para resolver este problema pode ser o uso de poderosos transistores de efeito de campo no estabilizador de tensão de alimentação. Esses transistores, aliás, são baratos e possuem baixa resistência de canal aberto (centésimos de ohm) e corrente máxima de até 70...100 A, o que possibilita projetar estabilizadores com baixíssima queda de tensão (não mais que 0,25 V) em uma corrente de até 20 A . Os parâmetros do estabilizador descrito são os seguintes. Com tensão de saída de 27 V, sua corrente máxima chega a 4,5 A. Com tal corrente de carga, a tensão mínima de operação entre entrada e saída não ultrapassa 0,25 V. A diferença entre a tensão de saída do estabilizador sem carga e a tensão em uma corrente de carga de 4,5 A não ultrapassa 0,15 V, com uma corrente de 6 A essa diferença não ultrapassa 0,16 V. Tais parâmetros do estabilizador são garantidos pelos poderosos transistores de efeito de campo nele utilizados - IRF4905 (canal p) com corrente de dreno máxima de 74 A e resistência de canal aberto de 0,02 Ohm e IRL2505 (canal n), com um corrente correspondente de 104 A e uma resistência de 0,008 Ohm.
Um estabilizador bipolar consiste em duas fontes de tensão independentes de polaridade positiva e negativa (Fig. 1). A parte superior do circuito refere-se ao estabilizador de polaridade positiva e a parte inferior refere-se ao estabilizador de polaridade negativa. Para facilitar a comparação, a numeração dos elementos correspondentes difere apenas nos prefixos 1 e 2. Primeiro, sobre alguns recursos do estabilizador. Ele contém três elementos críticos - capacitores C2 e C3 e um diodo zener VD1. Os valores de capacitância dos capacitores C2 e C3 indicados no diagrama são, em certo sentido, um compromisso: quando são reduzidos, surge a possibilidade de autoexcitação do estabilizador. Aumentar sua capacitância para 1 µF faz com que as ondulações, que estão sempre presentes na tensão retificada, penetrem na saída do estabilizador. Agora algumas palavras sobre por que foi escolhido o diodo zener VD1 (BZX55-C7V5) com tensão de estabilização de 7,5 V. É aconselhável escolher um diodo zener cuja resistência diferencial seja mínima (afeta as propriedades de todo o estabilizador). De todos os diodos zener da série BZX55, os diodos zener BZX7-C55V7 e BZX5-C55V8 possuem a menor resistência diferencial (2 Ohms). Se a tensão de entrada do estabilizador for inferior a 20...25 V, é aconselhável usar um diodo zener com tensão não superior a 3,3 V (por exemplo, BZX55-C3V3). O circuito estabilizador de polaridade negativa com pequenas alterações foi emprestado de [1] e já foi usado por mim uma vez para controlar a velocidade de rotação de uma furadeira (com reserva de corrente de 20...30 A). Comparado com o circuito de [1], no circuito da Fig. 1, os valores de alguns capacitores e resistores foram alterados, um diodo zener VD2 foi adicionado para proteger a porta VT2 contra quebra e um diodo zener (VD1) foi usado para uma tensão de estabilização diferente (7,5 V). O circuito estabilizador de polaridade positiva é uma imagem espelhada do circuito estabilizador de polaridade negativa. Em vez de um canal n, ele usa um transistor de efeito de campo de canal p IRF4905 em um pacote TO-220 (VT2), em vez de um transistor bipolar da estrutura pnp - um transistor da estrutura npn BC337-40 ou KT503B (VT1), e a carga do estabilizador paralelo DA1 (TL431CZ no pacote TO-92) está incluída em seu circuito anódico. Embora esta conexão de carga seja menor conhecido, é mais comum na troca de fontes de alimentação de computadores. Algumas notas sobre como o estabilizador descrito pode ser modificado para uso com uma tensão de alimentação de +/-35...45 V. Neste caso, a resistência do resistor R4 (620 Ohms) deve ser aumentada para 0,9...1 kOhm para que a corrente através do estabilizador DA1 (TL431CZ) não ultrapasse metade de sua corrente máxima de 50 mA. Em vez de um par complementar de transistores BC327/BC337 (Uke max = 45 V, Iktah = 0,8 A, PKmax = 0,6 W), deve ser usado um par com tensão Uke max um pouco mais alta. por exemplo, 2SA1284/2SC3244 (UK3max = 100 V, lKmax = 0,5 A, PKmax = 0,9 W). É aconselhável instalar transistores de efeito de campo em dissipadores de calor com grande área de resfriamento.Deve-se acrescentar também que para definir a tensão de estabilização necessária será necessário alterar os valores dos resistores R5, R6 e R7. É aconselhável utilizar um diodo zener para uma tensão de estabilização de 7,5 V (BZX55-C7V5). Eu recomendo comprar o chip TL431CZ da National Semiconductor, Texas Instruments, Vishay, Motorola. Todos os resistores, exceto o trimmer R6 (SPZ-19A), possuem potência de 0,25 W, capacitores cerâmicos - para tensão de 50 V.
Como precisava de duas placas estabilizadoras bipolares (uma para cada canal do UMZCH), utilizando o programa Sprint Layout 5.0 desenhei a placa de circuito impresso (Fig. 2, imprimi seu desenho em papel vegetal destinado à impressão em impressora a laser, e fiz isso usando o método descrito por mim em [2, 3] A aparência da placa montada é mostrada na Fig.
Para testar o funcionamento do estabilizador, utilizei três multímetros digitais, dois dos quais mediram as tensões de entrada e saída do estabilizador, e o terceiro, no modo amperímetro, mediu sua corrente de saída. Aqui é necessário acrescentar que o diagrama da Fig. 4 foi usado para testar um estabilizador de tensão positivo. As propriedades de um estabilizador de tensão negativo foram testadas de maneira semelhante.
Um resistor cerâmico SQP com potência de 1 W e resistência de 20 Ohm foi utilizado como carga (R1), e um resistor PE-2 com potência de 75 W com resistência de 75 Ohm foi utilizado como R5. Assim, a resistência total de carga (6 Ohms) do estabilizador correspondeu a uma potência total de 95 W. e a corrente é 4,5 A. Ao testar o estabilizador, usei uma fonte de alimentação estabilizada modificada B5-47 como fonte de alimentação, na qual a tensão de saída (até 30 V) é fornecida a uma corrente de carga de até 4-5 A (até 3 A sem modificação). Para aumentar o limite de corrente para 4,59 A, é necessário instalar jumpers entre os contatos 23, 24, 26 e 50 no conector do controle remoto localizado na parede traseira da unidade, e definir o valor máximo de corrente para 2,99 A no painel frontal Os resultados dos testes de funcionamento dos estabilizadores confirmaram totalmente seus parâmetros. Os estabilizadores possuem uma reserva de corrente significativa, e a potência de carga de cada estabilizador corresponde a 121,5 W, totalizando 243 W. Se a potência de um canal do amplificador for P = 35 W e a resistência de carga for R = 4 Ohms, então a amplitude da tensão do sinal U " é 17 V e a corrente lm = 4,25 A. Isso significa que se o estabilizador for bipolar e composto por estabilizadores de polaridade positiva e negativa, cada um deles deve fornecer corrente máxima de 4,25 A. Se a tensão de saída do estabilizador for 27 V e a corrente na carga for 4,25 A, então o equivalente de carga corresponde a uma resistência ReKB = 6,35 Ohm. É por isso que foi escolhida uma resistência de carga do estabilizador de 6 ohms. Durante os testes, também foi utilizado um retificador de fonte de alimentação real com alta corrente e alto nível de ondulação (capacitor de armazenamento com capacidade de 10000 μF e diodos retificadores DSS 60-0045V (Uobp = 45 V, lmax = 60 A, Upr = 0,35 V/10 A), conectado através de um circuito em ponte. O estabilizador descrito também é resistente a sobrecargas de curto prazo. Utilizei-o para ajustar a velocidade de rotação de uma furadeira, na qual a corrente de partida do motor chega a 20 A. Assim, o estabilizador possui uma reserva de corrente significativa, permitindo sua utilização com grandes dissipadores de calor e em UMZCH mais potentes. palavras sobre instalação e ajuste do estabilizador no amplificador Em primeiro lugar, é necessário avaliar, por meio de um osciloscópio, os valores mínimos da tensão de alimentação dos estágios de saída do UMZCH em carga máxima. Para isso, conecte à saída do UMZCH um resistor com valor nominal igual à resistência AC (4 ou 8 Ohms) e potência correspondente ao máximo do UMZCH. Aplique um sinal com frequência de 34... 20 Hz do gerador 30 para a entrada do amplificador e use o controle de volume para definir o nível do sinal correspondente à potência máxima do amplificador. Em seguida, é necessário determinar o valor absoluto mínimo (levando em consideração a amplitude de ondulação) das tensões de alimentação e definir a tensão de estabilização com o resistor de corte R6 para aproximadamente 1 V menor que este valor mínimo em cada um dos estabilizadores. Antes de instalar duas placas desses estabilizadores em cada um dos canais do amplificador ("Idol U-001"), substituí os diodos KD208A (Unp = 1 V/1.5 A) nas pontes retificadoras das fontes por diodos Schottky MBR10100 (Unp = 0,45 V/1,5 A) e diodos KD209A em estabilizador de tensão de 30 V com diodos HER503. Além disso, a capacidade dos capacitores de suavização foi duplicada (tanto nos retificadores dos estágios de saída quanto no estabilizador de 30 V). Após instalar os estabilizadores no gabinete e ligar o amplificador, é necessário verificar e ajustar o equilíbrio dos estágios de saída para corrente contínua e, em seguida, a corrente quiescente de transistores potentes Tendo ajustado os modos de operação dos transistores dos estágios de saída do UMZCH com estabilizadores instalados, descobri uma diminuição perceptível no fundo mesmo na sensibilidade máxima na ausência de um sinal de entrada. Literatura
Autor: A. Kuzminov
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