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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Poderosa fonte de alimentação de laboratório com OU. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de alimentação Provavelmente não existe um radioamador que não tenha tido uma fonte de alimentação de laboratório como um de seus primeiros projetos. Ao realizar experimentos e prototipar dispositivos individuais, todo radioamador certamente encontrará problemas de fornecimento de energia. Acontece que, tendo feito uma fonte de alimentação para qualquer projeto, tendo gasto muito tempo e dinheiro pesquisando na literatura um circuito e peças adequadas, um designer novato se convence de que seu dispositivo não funciona bem com esta unidade. Isso geralmente acontece com aqueles rádios amadores que, sem uma fonte de laboratório, não conseguem determinar corretamente nem a faixa de tensões de alimentação nas quais seus dispositivos operam de forma estável, nem as correntes praticamente consumidas por eles. Isso deve ser feito durante a configuração dos dispositivos, alimentando-os a partir de uma fonte externa que proporcione amplos limites de ajuste da tensão de saída e sua alta estabilidade com grandes variações na corrente de carga. Além disso, tal fonte deve ter proteção rápida contra sobrecarga ou curto-circuito na saída. A literatura popular de engenharia de rádio cobre constantemente o projeto de fontes de alimentação e descreve repetidamente fontes laboratoriais notáveis. No entanto, alguns deles fornecem corrente de carga insuficiente com outros parâmetros excelentes, ou contêm uma série de peças escassas, ou são difíceis de configurar. Portanto, sua repetição não é acessível a todos os radioamadores, principalmente aos iniciantes. A eficiência da fonte de alimentação descrita, como a maioria dos dispositivos similares, não excede 50%. Se você repetir isso, terá que trabalhar muito no enrolamento do transformador de potência. No entanto, a relativa simplicidade do circuito com parâmetros de saída suficientemente elevados, o ganho de configuração, peso e dimensões proporcionam certas vantagens. Principais características da fonte de alimentação:
A fonte de alimentação (Fig. 1) consiste em um estabilizador de compensação principal com conexão sequencial de um elemento de controle (transistores VT2-VT4), um amplificador no circuito de realimentação (chip DA1, transistor VT1), estabilizadores paramétricos auxiliares (diodos zener VD11- VD14, VD19) e uma proteção contra sobrecarga do dispositivo (transistores VT5, VT6). Nos estabilizadores de compensação, a tensão de saída é a diferença entre a tensão proveniente do retificador e a queda de tensão no transistor de controle.
O desejo de projetar um estabilizador com uma mudança suave na tensão de saída em uma ampla faixa e uma corrente de carga significativa está associado à liberação de grande energia térmica no transistor de controle. Por esta razão, o bloco utiliza uma mudança gradual na tensão retificada. Para isso, é fornecida tensão ao retificador principal, feito nos diodos VD2-VD5, a partir do enrolamento secundário seccionado III do transformador de potência utilizando a seção SA2.1 da chave SA2. Ao mesmo tempo, a chave SA2 (seções SA2.2 e SA2.3) comuta os resistores dos estágios de controle do estabilizador. Neste caso, a tensão de saída pode ser alterada em dez passos de 3 V e suavemente usando o resistor R41 dentro de cada passo. Como resultado, na corrente de carga máxima, uma potência não superior a 2 W é dissipada no transistor de controle principal VT4-VT20, conectado de acordo com um circuito com um coletor comum. Os transistores VT3 e VT4 são conectados em paralelo e, portanto, a potência dissipada em cada um deles não excede 10 W. Os emissores desses transistores incluem os resistores R42 e R43, que servem para equalizar suas correntes. Para reduzir as dimensões gerais e o peso da fonte de alimentação e aumentar a compacidade da instalação, foi utilizado um radiador com área de dissipação menor do que o necessário. Neste caso, os transistores aquecem até 60...70°C durante a operação prolongada da fonte de alimentação com corrente de carga máxima. Se a fonte de alimentação se destina a funcionar por um longo período com correntes de carga próximas do máximo, deve-se utilizar um radiador com área de dissipação de 800...1000 cm2 O amplificador de sinal de feedback é montado em um amplificador operacional (OA) DA1, que é alimentado por um retificador auxiliar feito com diodos VD6-VD9. A tensão de alimentação do amplificador operacional é estabilizada por dois estabilizadores paramétricos conectados em série, o primeiro dos quais é feito nos diodos zener VD11, VD12 e no resistor R3, e o segundo é feito nos diodos zener VD13, VD14 e no resistor R4. A tensão estabilizada pelo diodo zener VD14 também é utilizada para alimentar a fonte de tensão de referência, que é feita no diodo zener VD19, que possui baixo coeficiente de temperatura da tensão de estabilização, e no resistor R21. Ao alterar a tensão de referência fornecida à entrada inversora do amplificador operacional usando um divisor R22-R41, você pode alterar a tensão do estabilizador. Para obter uma tensão de saída da fonte de alimentação que exceda a tensão máxima de saída do amplificador operacional, é usado um amplificador no transistor VT1. O resistor R11 limita a corrente de saída do amplificador operacional. Através de um divisor nos resistores R19, R20, parte da tensão de saída do bloco é fornecida à entrada não inversora do amplificador operacional. Com qualquer mudança aleatória na tensão de saída do estabilizador, a diferença entre as tensões nas entradas do amplificador operacional muda e, consequentemente, a tensão no coletor VT1, que altera o estado do transistor de controle de tal forma que a tensão de saída da unidade retorna ao seu valor anterior. Os capacitores C5-C7, C9, C10 eliminam a autoexcitação da unidade em altas frequências em toda a faixa de mudanças na tensão de saída e na corrente de carga. Para garantir que a tensão de saída da fonte de alimentação esteja próxima de 0, a tensão de fechamento gerada pela corrente do divisor R3, R4 no resistor R8 é aplicada às bases dos transistores VT6, VT7 através do resistor R7. Na ausência desta tensão, não seria possível obter uma tensão de saída da unidade inferior a 1...1,5 V. A razão para isso é o valor final da corrente de coletor dos transistores VT2-VT4 na tensão zero em suas bases. O circuito VD17R14 serve para acelerar a descarga do capacitor C12 e da carga capacitiva conectada ao bloco enquanto ajusta a tensão de saída do bloco para um nível mais baixo. Neste caso, o capacitor C12 é descarregado até a tensão estabelecida no coletor do transistor T1 através do circuito: terminal positivo do capacitor C12, resistor R12, junção emissor-coletor do transistor VT1, diodo VD17, resistor R14, terminal negativo do capacitor C12 . O dispositivo eletrônico de proteção contra sobrecorrente é feito através dos transistores VT5, VT6. A queda de tensão criada pela corrente de carga através do resistor R12, na polaridade de abertura, é aplicada à junção do emissor do transistor VT5. Ao mesmo tempo, a mesma transição recebe uma tensão de fechamento do resistor R15, regulada pelo resistor R17. Assim que a corrente de carga excede um nível predeterminado, o VT5 abre ligeiramente, abrindo ligeiramente o transistor VT6. Este último, por sua vez, abrirá ainda mais o VT5 - o processo prossegue como uma avalanche. Como resultado, ambos os transistores abrem completamente e um sinal de polaridade negativa é recebido na entrada 10 do amplificador operacional através do diodo VD18 e do resistor R18, que excede em magnitude o sinal na entrada 9. Na saída do amplificador operacional, uma tensão de polaridade negativa é gerada, abrindo o transistor VT1. Neste caso, o elemento de controle (transistores VT2-VT4) fecha e a tensão de saída da unidade fica próxima de 0. Ao mesmo tempo, a luz avisadora H2 “Sobrecarga” acende. Para retornar a unidade ao seu estado original, é necessário desligá-la por alguns segundos e ligá-la novamente. O enrolamento IV do transformador de potência, um retificador auxiliar no diodo VD1, o capacitor C1 e o diodo VD10 servem para eliminar o aparecimento de aumento de tensão na saída da unidade do retificador principal quando a fonte de alimentação é desligada. Isto é possível porque o capacitor C2 descarrega mais rápido que o capacitor C3. Nesse caso, a tensão de alimentação do amplificador operacional desaparece mais rapidamente, o que significa que o transistor VT1 é desligado e o elemento de controle é desbloqueado antes que a tensão no capacitor C3 desapareça. O terminal positivo do capacitor C3 é conectado através da junção emissor do transistor VT1 ao ânodo do diodo VD10, mas o diodo não afeta seu funcionamento quando a fonte de alimentação é ligada, pois é fechado pela tensão positiva formada pela diferença entre a tensão no capacitor C3 e a tensão no capacitor C1. Este último é sempre maior devido ao carregamento do capacitor C1 pela soma das tensões de saída dos enrolamentos III e IV do transformador de potência. Para garantir esta condição é necessário observar a polaridade de comutação dos enrolamentos III e IV conforme mostrado no diagrama. Após desligar a fonte de alimentação, o capacitor C1 é rapidamente descarregado através do resistor R1, o diodo VD10 é aberto pela tensão no capacitor C3, e este é fornecido à base do transistor VT1 através do resistor R1. O transistor VT1 é desbloqueado, fechando o elemento de controle. A tensão na carga é mantida próxima de zero, até que o capacitor C3 seja completamente descarregado através do transistor VT1 e do resistor R9. O resistor R2 acelera a descarga do capacitor C2 e elimina o surto na tensão de saída da unidade logo no momento inicial em que ela é desligada, antes que o capacitor C1 tenha tempo de descarregar e os diodos VD10 e o transistor VT1 não tenham aberto. O aparecimento de um surto neste momento está associado a uma mudança desigual nas tensões nas entradas do amplificador operacional e ao aparecimento de um salto positivo em sua saída. Para eliminar o surto de tensão de saída quando a fonte de alimentação é ligada, bem como para evitar o disparo da proteção quando há uma carga capacitiva significativa no momento da ligação, são utilizados o capacitor C4, o resistor R5 e o diodo VD16. No momento inicial após ligar, o capacitor C4 é carregado lentamente em dois circuitos: através do resistor R5 e através do resistor R9 e diodo VD16. Neste caso, a tensão na base do transistor VT2 é igual à soma da queda de tensão no diodo aberto VD16 e a tensão no capacitor C4. Esta tensão e, portanto, a tensão na saída da fonte de alimentação, aumentará seguindo a tensão no capacitor C4 até que o estabilizador entre em estado estacionário. Além disso, o diodo VD16 fecha e o capacitor C4 é carregado apenas através do resistor R5 até a tensão máxima no capacitor de filtro C3 e não tem nenhum efeito na operação posterior da fonte de alimentação. O diodo VD15 serve para acelerar a descarga do capacitor C4 quando a unidade é desligada. Todos os elementos, exceto o transformador de potência, poderosos transistores de controle, chaves SA1-SA3, porta-fusíveis FU1, FU2, lâmpadas H1, H2, medidor comparador, conectores de saída e regulador de tensão de saída contínua, são colocados em placas de circuito impresso (Fig. 2).
A localização dos elementos é mostrada na Fig. 3., a aparência da fonte de alimentação - na Fig. 4.
Os transistores P210A são montados em um radiador em forma de agulha instalado na parte traseira do gabinete e possuindo uma área de dissipação efetiva de cerca de 600 cm2. Furos de ventilação com diâmetro de 8 mm são feitos na parte inferior da caixa onde o radiador está fixado. A tampa da caixa é fixada de forma que entre ela e o radiador seja mantido um entreferro de cerca de 0,5 cm de largura.Para melhor resfriamento dos transistores de controle, recomenda-se fazer furos de ventilação na tampa. Um transformador de potência é fixado no centro da caixa e próximo a ele, no lado direito, um transistor P5A é fixado em uma placa de duralumínio medindo 2,5x214 cm. A placa é isolada do corpo por meio de mangas isolantes. Os diodos KD202V do retificador principal são instalados em placas de duralumínio aparafusadas à placa de circuito impresso. A placa é instalada acima do transformador de potência com as peças voltadas para baixo. O transformador de potência é feito sobre um núcleo magnético de fita toroidal OL 50-80/50. O enrolamento primário contém 960 voltas de fio PEV-2 0,51. Os enrolamentos II e IV possuem tensões de saída de 32 e 6 V, respectivamente, com tensão no enrolamento primário de 220 V. Eles contêm 140 e 27 voltas de fio PEV-2 0,31. O enrolamento III é enrolado com fio PEV-2 1,2 e contém 10 seções: a inferior (conforme diagrama) - 60, e o restante - 11 voltas. As tensões de saída das seções são respectivamente 14 e 2,5 V. O transformador de potência também pode ser enrolado em outro circuito magnético, por exemplo na haste de TVs CNT 47/59 e outros. O enrolamento primário de tal transformador é retido e os enrolamentos secundários são rebobinados para obter as tensões acima. Na fonte de alimentação, em vez dos transistores P210A, você pode usar transistores das séries P216, P217, P4, GT806. Em vez de transistores P214A, qualquer uma das séries P213-P215. Os transistores MP26B podem ser substituídos por qualquer uma das séries MP25, MP26 e os transistores P307V por qualquer uma das séries P307 - P309, KT605. Os diodos D223A podem ser substituídos pelos diodos D223B, KD103A, KD105; Diodos KD202V - quaisquer diodos potentes com uma corrente permitida de pelo menos 2 A. Em vez do diodo zener D818A, você pode usar qualquer outro diodo zener desta série. Os switches SA2 são biscoitos de tamanho pequeno do tipo 11P3NPM. No segundo bloco, os contatos de duas seções desta chave são colocados em paralelo e são utilizados para chavear seções do transformador de potência. Quando a fonte de alimentação estiver ligada, a posição da chave SA2 deve ser alterada em correntes de carga não superiores a 0,2...0,3 A. Se a corrente de carga exceder os valores especificados, para evitar faíscas e queima dos contatos da chave, troque o tensão de saída da unidade somente após desligá-la. Resistores variáveis para ajuste suave da tensão de saída devem ser selecionados com resistência dependendo do ângulo de rotação do motor tipo “A” e preferencialmente resistores de fio. Lâmpadas incandescentes miniatura NSM-1 V-2 mA foram utilizadas como luzes de sinalização H9, H60. Qualquer dispositivo ponteiro pode ser usado com uma corrente total de deflexão do ponteiro de até 1 mA e um tamanho de face não superior a 60X60 mm. Deve ser lembrado que incluir um shunt no circuito de saída da fonte de alimentação aumenta sua resistência de saída. Quanto maior for a corrente de deflexão total da agulha do dispositivo, maior será a resistência shunt (desde que as resistências internas dos dispositivos sejam da mesma ordem). Para evitar que o dispositivo influencie a resistência de saída da fonte de alimentação, a chave SA3 durante a operação deve ser ajustada para medição de tensão (a posição superior no diagrama). Neste caso, a derivação do dispositivo é fechada e excluída do circuito de saída. A configuração da fonte de alimentação se resume a verificar a correta instalação, selecionar os resistores dos estágios de controle para ajustar a tensão de saída dentro dos limites exigidos, definir a corrente de resposta da proteção e selecionar as resistências dos resistores Rsh e Rd para o medidor com mostrador. Antes de configurar a fonte de alimentação, solde um fio curto em vez de um shunt. Ao configurar a unidade, ela é conectada à rede, a chave SA2 e o resistor R41 (ver Fig. 1) são colocados na posição correspondente à tensão máxima de saída (posição superior no diagrama). Então, selecionando o resistor R22, a tensão na saída da fonte de alimentação é ajustada para 30 V. O resistor variável R41 também pode ser usado com um valor diferente dentro da faixa de 51...120 Ohms. Neste caso, a resistência nominal dos resistores R23-R40 é selecionada para ser 5...10% menor que a resistência do resistor R41. A seguir, configure o dispositivo de proteção. Para isso, dessolde um dos terminais do diodo VD18 e conecte um resistor com resistência de 5...10 Ohms com potência de pelo menos 25 W à saída do bloco. Em seguida, a tensão de saída da unidade é ajustada de forma que a corrente através do resistor, controlada por um dispositivo externo, seja de 2,5 A. Ao ajustar o resistor R17, a proteção é ativada nesta corrente. Após concluir a configuração, solde o diodo VD18 no lugar. Para operação confiável da proteção na tensão mínima da rede, o resistor R16 é selecionado. O processo tipo avalanche que leva ao desbloqueio dos transistores VT5 e VT6 depende disso. Ao repetir a alimentação, lembre-se que o fio que vai do resistor R24 ao fio comum deve ser conectado diretamente à placa de circuito impresso, e não aos terminais do shunt Rsh ou medidor comparador PA1. Caso contrário, quando uma carga estiver conectada, a tensão de saída da unidade poderá aumentar. Este aumento pode chegar a 0,3...0,5 V na corrente máxima de carga, dependendo do comprimento e diâmetro do fio que conecta o ponto de conexão dos resistores R12, R20 com o ponto de conexão do capacitor C 12 e shunt Rsh. Isso acontece porque a queda de tensão que se forma nos fios a partir da corrente de carga é aplicada em série com a tensão de referência à entrada inversora do amplificador operacional. Um pedaço de manganina ou fio de Constantan com diâmetro de 1 mm é usado como shunt. Ao configurar o shunt, a chave SA3 é colocada na posição “corrente” e a fonte de alimentação é ligada somente após um pedaço de fio de manganina ter sido soldado no lugar do jumper instalado anteriormente. Caso contrário, o medidor comparador PA1 poderá falhar. Neste caso, o dispositivo externo é conectado em série com a carga, que pode ser utilizada como um resistor com resistência de 5...10 Ohms, projetado para uma dissipação de potência de 10...50 W. Alterando a tensão de saída da fonte de alimentação, defina a corrente de carga para 2...2,5 A e, diminuindo ou aumentando o comprimento do fio de manganina, obtenha as mesmas leituras do medidor PA1. Antes de cada operação para alterar o comprimento do shunt, lembre-se de desligar a fonte de alimentação.
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