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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Stabilizzatore di tensione e corrente regolabile. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Protettori di sovratensione Nella pratica radioamatoriale, durante il lavoro sperimentale, è spesso necessario avere a portata di mano un alimentatore universale. Se riassumiamo i requisiti per una fonte di alimentazione durante lo sviluppo e l'installazione di dispositivi analogici e digitali, oltre agli elevati requisiti per la qualità della tensione di uscita e un'ampia gamma della sua regolazione, è molto importante che combini le funzioni di sorgenti di corrente e tensione di alta qualità. Portiamo all'attenzione dei nostri lettori una delle opzioni per un dispositivo del genere. L'alimentatore proposto ne consente l'utilizzo sia come sorgente di tensione che come sorgente di corrente continua. Gli indubbi vantaggi di questa unità, oltre alla sua versatilità, includono la presenza di una protezione da cortocircuito controllata nel carico “predefinito”. La fonte di alimentazione, il cui circuito è mostrato in figura, può soddisfare la maggior parte delle richieste dei radioamatori sperimentali. Da più di tre anni (e durante questo periodo l'alimentazione non è mai venuta a mancare), l'autore lo utilizza, utilizzandolo in esperimenti e installando dispositivi analogici e digitali e finendo con la ricarica delle batterie delle auto.
Funzionalmente, l'alimentatore è costituito da due unità di stabilizzazione di corrente e tensione reciprocamente indipendenti che operano su un elemento di controllo del segnale di uscita comune. Consideriamo lo scopo degli elementi del dispositivo proposto. Un raddrizzatore è assemblato sui diodi VD1-VD4 e un filtro livellatore per la tensione di alimentazione è assemblato sui condensatori C1-C3. I transistor VT1-VT4 sono un potente elemento regolatore che controlla la tensione e la corrente di uscita. L'uso di più transistor collegati in parallelo, oltre a dividere tra loro la corrente di carico, ha senso per una serie di ragioni. In primo luogo, questa soluzione consente di distribuire i punti riscaldanti lungo il dissipatore di calore, cosa che ne aumenta l'efficienza, consentendo di ridurne le dimensioni. In secondo luogo, è possibile utilizzare transistor economici con una corrente di collettore massima consentita inferiore alla corrente di carico massima senza ridurre l'affidabilità operativa del dispositivo. I resistori R4-R7 sono elementi di adattamento per i circuiti di emettitore di transistor collegati in parallelo, consentendo di dividere equamente la corrente di carico totale tra transistor che hanno un'ampia gamma di parametri elettrici. Il transistor VT5 corrisponde alla resistenza di ingresso dell'elemento di controllo e alla resistenza di uscita dei transistor VT6 e VT7. Per alimentare la centralina è assemblato un regolatore di tensione bipolare utilizzando diodi VD5 e VD6, diodo zener VD7, stabilizzatore integrato DA1 e condensatori C4-C7. I microcircuiti DA2 e DA3 fungono da sorgenti di tensione di riferimento per le unità di controllo rispettivamente per la tensione e la corrente di uscita. La scelta degli stabilizzatori di tensione integrati della serie KR142 per questo scopo è spiegata dai parametri di questi microcircuiti che sono abbastanza sufficienti per scopi di laboratorio, come un coefficiente di temperatura della tensione inferiore a 0,02%/°C e un coefficiente di livellamento dell'ondulazione superiore superiore a 30dB. E l'uso della stabilizzazione in serie migliora ulteriormente i parametri delle sorgenti di tensione di riferimento. Inoltre, la semplicità dell'implementazione del circuito e la disponibilità dell'elemento base sono di grande importanza. Il ripetitore sull'amplificatore operazionale DA4.1 compensa la caduta di tensione sul sensore di corrente di uscita R17R18 ed elimina l'errore nell'impostazione della corrente di uscita associato al possibile flusso attraverso questi resistori della corrente totale del voltmetro PV1, il partitore resistivo della tensione di uscita R14R15, il divisore di uscita della sorgente di tensione di riferimento R11R12 e lo stabilizzatore di corrente consumata DA2. Inoltre, l'uso di un amplificatore operazionale DA4.1 molto potente offre ampie opportunità nella scelta di un circuito sorgente di tensione di riferimento. Tuttavia l'errore nell'impostazione della corrente di uscita in questo caso è insignificante ed è inferiore a 20 mA. Se tale errore non è fondamentale, può essere ignorato eliminando l'amplificatore operazionale DA4.1 e collegando i conduttori che vanno ai suoi ingressi. L'uso di questo amplificatore operazionale può diventare necessario nel caso di conversione della sorgente in altre tensioni e correnti di uscita (e, di conseguenza, ricalcolo della resistenza dei resistori R17 e R18), quando la tensione di errore sul sensore di corrente diventa evidente. Gli amplificatori operazionali DA4.2 e DA5.1 contengono nodi per il controllo rispettivamente della tensione e della corrente di uscita. Tali nodi sono ben presentati e recensiti nella letteratura radioamatoriale e sono implementati in modo standard. I segnali di controllo da essi vengono forniti ai transistor VT6 e VT7, collegati in cascata. Consideriamo il principio del loro funzionamento utilizzando come esempio uno stabilizzatore di corrente. Finché la corrente di uscita dell'alimentatore è inferiore a quella impostata dal resistore variabile R12 (rispetto alla tensione sul sensore di corrente R17R18), l'unità è in modalità di stabilizzazione della tensione, poiché il transistor VT7 è completamente aperto e non influenzare il funzionamento. Se si tenta di superare il livello di corrente impostato, la tensione di uscita diminuisce, poiché l'amplificatore operazionale DA5.1 passa alla modalità di controllo, riducendo la corrente di base del transistor VT7. In questo caso, l'amplificatore operazionale DA4.2 passa dalla modalità attiva alla modalità comparatore, aprendo il transistor VT6 e quindi scollegandolo dal circuito di controllo. Un'unità per indicare la modalità operativa dell'alimentatore è assemblata sull'amplificatore operazionale DA5.2 e sui LED HL1 e HL2. A seconda del livello di tensione sulle uscite degli amplificatori operazionali DA4.2 e DA5.1, il comparatore DA5.2 commuta la tensione di uscita, accendendo il LED corrispondente. E poiché l'alimentatore acceso è sempre in una modalità operativa, come evidenziato dal bagliore di uno dei LED, non è necessario un indicatore di accensione. I dettagli dell'alimentatore descritto sono stati calcolati e selezionati per il trasformatore a disposizione dell'autore. Con l'elemento base indicato nello schema, il blocco provvede alla regolazione della tensione di uscita da 0 a 18 V e della corrente di carico da 0 a 14 A. Con una tensione di uscita di 15 V e una corrente di 12 A, l'ampiezza della doppia ondulazione non supera i 5 mV. Gli elementi della fonte possono essere facilmente ricalcolati per adattarli alle proprie capacità o desideri. Tutte le parti dell'unità, ad eccezione del trasformatore di rete T1, diodi raddrizzatori VD1-VD4, transistor dell'elemento di controllo VT1 - VT4 e VT5, LED che indicano le modalità di stabilizzazione HL1 e HL2, resistori variabili R10 e R12, resistori di equalizzazione della corrente R4 -R7 e condensatori di filtro C1-C3, montati su circuito stampato di dimensioni 100x80 mm, realizzato in lamina bifacciale in fibra di vetro di spessore 2 mm. Come dissipatore di calore per i transistor VT1-VT5 e diodi VD1-VD4, l'alimentatore originale utilizza un involucro del dispositivo realizzato in lamiera di alluminio spessa 1,8 mm. L'involucro è a forma di U con un coperchio superiore. Le sue dimensioni sono 190x170x350 mm. Transistor e diodi sono fissati sulla parete posteriore tramite cuscinetti isolanti in mica spessi 0,05 mm, prelubrificati con pasta termoconduttiva KPT-8. I resistori di equalizzazione della corrente R4-R7 sono montati accanto ai transistor, montati su cuscinetti di montaggio isolati dal corpo del dispositivo. Il pannello frontale contiene l'interruttore di rete SA1, i fusibili FU1 e FU2, l'amperometro PA1 e il voltmetro PV1 e sopra di essi sono installati rispettivamente i LED HL1 e HL2. I regolatori per gli stabilizzatori di corrente e tensione in uscita sono installati sotto gli strumenti di misura: resistori variabili R12 e R10. Il trasformatore di rete T1 e i condensatori di filtro C1-C3 sono installati sul telaio dell'alimentatore. Il trasformatore di rete T1 è prodotto in fabbrica, con numero di serie 4.540.176. Il nucleo magnetico del trasformatore è assemblato da piastre a forma di W PB 40-80. L'avvolgimento primario è avvolto con filo PEV-2 1,25 e contiene 296 spire. L'avvolgimento secondario II è costituito da un bus in rame PSD 1,8x5 ed è costituito da due avvolgimenti identici di 14 spire collegati in serie. L'avvolgimento III contiene 17 spire di filo PEV-2 1,0. Un trasformatore fatto in casa è progettato per la potenza massima consumata dal carico, più quattro watt per l'unità di controllo. Va tenuto presente che in modalità inattiva la tensione di uscita dell'avvolgimento III deve essere compresa tra 12,6 e 14 V e fornire la potenza di cui sopra (4 W) sotto carico. La corrente diretta massima consentita dei diodi raddrizzatori VD1-VD4 deve superare la corrente di carico massima. Quando la corrente scende sotto i 10 A, è possibile utilizzare i diodi delle serie KD213, KD243 con qualsiasi indice di lettere. Condensatori di filtro all'ossido C1-C3 - K50-18, ma è accettabile utilizzarne altri più moderni. La grande capacità di questi condensatori è dovuta alla capacità di corrente di carico eccezionalmente elevata. La loro capacità può essere modificata in proporzione a questa corrente. I transistor dell'elemento di controllo KT819AM sono sostituibili con KT808 o simili con una corrente di collettore consentita di 10 A e una sufficiente dissipazione di potenza. Il transistor KT818AM (VT5) può essere sostituito con qualsiasi serie KT816 e il KT817V (VT6, VT7) con qualsiasi serie KT815, KT807. Insieme ai diodi KD212A (VD5, VD6), è consentito utilizzare KD226 con qualsiasi indice di lettere o simile. Condensatori C4-C7, C10 - K50-35, C8, C9 -K50-16, C11-C15 - qualsiasi capacità adatta per una tensione nominale di almeno 25 V. La scelta dei microcircuiti K157UD2 (DA4 DA5) è dovuta alla loro elevata corrente di uscita consentita, che è particolarmente importante per l'amplificatore operazionale DA4.1, poiché attraverso di esso scorre la corrente dello stabilizzatore DA2 e del divisore resistivo R14R15. Se il numero di microcircuiti non è limitato, al posto di questi microcircuiti sarà adatto K553UD2 con opportuni circuiti di correzione. È importante che, oltre alla corrente di uscita consentita di almeno 20 mA, i microcircuiti dispongano di circuiti di correzione della frequenza. Ciò è dovuto al fatto che a causa dell'ampio sfasamento nel circuito OOS, è necessario ridurre la frequenza di taglio per aumentare il margine di stabilità. Resistori di equalizzazione di corrente R4-R7 e sensore di corrente R17, R18 - filo S5-16M, variabili R10 e R12 - SP-1 o qualsiasi altro conveniente per l'installazione sul pannello frontale dell'alimentatore. Strumenti di misura PV1 e PA1: qualsiasi con una corrente di deviazione totale da 0,05 a 1 mA e una scala conveniente. La versione dell'autore utilizza teste di misura M4248.3 con una corrente di deviazione totale di 0,1 mA. La messa a punto di un dispositivo assemblato con componenti noti si riduce principalmente alla verifica della corretta installazione. Successivamente, i motori a resistenza variabile R10 e R12 vengono impostati nella posizione più bassa secondo lo schema e il dispositivo viene controllato per l'assenza di autoeccitazione sulle uscite degli amplificatori operazionali DA4.2 e DA5.1. Eliminalo se appare selezionando i condensatori C12 e C13 nella direzione di aumentarne la capacità. Successivamente, utilizzando un voltmetro e un amperometro standard, i resistori R9 e R11 impostano i limiti superiori per la regolazione della tensione e della corrente, mentre i resistori R13 e R16 calibrano il voltmetro PV1 e l'amperometro PA1. È inoltre necessario garantire che non vi sia generazione sul carico nelle varie modalità operative consentite. Il dispositivo può sopportare cortocircuiti nel carico, ma non se ne deve abusare limitando le correnti vicino al massimo. Va notato che la potenza rilasciata dai transistor dell'elemento di regolazione è direttamente proporzionale alla differenza tra la tensione all'uscita del ponte a diodi VD1-VD4 e la tensione all'uscita dell'alimentatore (caduta di tensione attraverso il regolatore elemento) e la corrente di carico. Se la tensione in uscita è bassa e la corrente è prossima al massimo, sul corpo del dissipatore vengono rilasciati circa 300 W di potenza. Per proteggersi dal surriscaldamento (quando le dimensioni della custodia non sono sufficienti per un buon raffreddamento), è necessario prevedere un'unità aggiuntiva che disconnette l'alimentazione dalla rete. Può trattarsi di un semplice dispositivo elettronico o elettromeccanico (relè termico basato su una piastra bimetallica). Autore: G. Fedusov, Nizhny Novgorod
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