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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Alimentatore UKU, 2x51/2x32 volt. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Alimentatori Al giorno d'oggi, molti amanti della riproduzione del suono di alta qualità producono autonomamente amplificatori audio con prestazioni molto elevate e potenza di uscita fino a decine di watt. Tutte le parti del percorso di amplificazione, e spesso i dispositivi ausiliari, gli organi di commutazione e indicazione, ecc., sono soggetti a costanti miglioramenti. Il desiderio di raggiungere i massimi indicatori di qualità dell'UCU costringe sempre più i progettisti a riconsiderare le loro posizioni riguardo agli alimentatori. Ciò è comprensibile: dopotutto, con un elevato consumo di corrente, i filtri anti-aliasing più semplici non sono più in grado di fornire una stabilità soddisfacente della tensione di alimentazione e ciò influisce in modo significativo sulla qualità del suono. Quando si riproducono i picchi del segnale, le fluttuazioni di tensione all'uscita del filtro raggiungono 5 V o più e ciò rende necessario fornire una riserva di tensione di alimentazione per l'amplificatore di potenza. Ma il margine porta a una modalità operativa più pesante dei transistor di uscita dell'amplificatore e, di conseguenza, a una diminuzione della sua efficienza e affidabilità. Pertanto, un numero crescente di radioamatori preferisce gli alimentatori stabilizzati. Inoltre, è facile introdurre nello stabilizzatore un dispositivo di protezione da sovraccarico, il che è altamente auspicabile, dato il costo dei potenti transistor e la complessità della loro sostituzione. Quali caratteristiche dovrebbe avere un alimentatore per amplificatore di potenza di alta qualità? I requisiti più importanti per l'alimentatore UKU includono la garanzia della potenza di uscita richiesta con determinati coefficienti di stabilizzazione e soppressione dell'ondulazione, elevata affidabilità ed efficienza del sistema di protezione, la massima semplicità possibile del circuito e del design, stabilità della temperatura del sistema di protezione e stabilizzatore nel suo complesso. Si è notato che uno stabilizzatore progettato per funzionare con un amplificatore di potenza non deve necessariamente avere un valore troppo elevato del coefficiente di stabilizzazione Kst, il che di solito porta ad una significativa complicazione del circuito. Come ha dimostrato la pratica, un amplificatore di potenza di alta qualità funziona perfettamente con uno stabilizzatore con Kst = 30. Le fluttuazioni della tensione di alimentazione durante la riproduzione dei picchi del segnale (con potenza di uscita Pout = 60 W) non hanno superato 0,2 V e non si sono verificate distorsioni aggiuntive, comuni in queste condizioni quando si alimenta un amplificatore AF da una fonte non stabilizzata. Consideriamo le questioni legate alla scelta della tensione di alimentazione e della soglia del dispositivo di protezione. La tensione di uscita Upit (Fig. 1) di un ramo dell'alimentatore dovrebbe essere pari a:
dove Imax è il valore della corrente, A alla massima oscillazione della tensione di uscita; Uke us - tensione di saturazione del transistor di uscita, V; Rн - resistenza di carico, Ohm, Roс - resistenza del resistore di retroazione nel circuito di emettitore del transistor di uscita Ohm.
Prendiamo Rí = 4 Ohm, poiché questo è il caso più tipico per un amplificatore potente. Se si sostituiscono i valori numerici alla disuguaglianza indicata, è facile verificare che la tensione di un ramo dell'alimentatore per un amplificatore con una potenza di 60...80 W rientra nell'intervallo 27...33 V. Soffermiamoci sulla questione della determinazione della soglia operativa dell'attuale sistema di protezione. È assolutamente chiaro che questa soglia deve essere tale da garantire una riproduzione del segnale senza distorsioni alla massima potenza di uscita. D'altra parte, la soglia non dovrebbe superare il valore Imax dei transistor di uscita. Come è noto, la potenza utile nel carico
donde
Sulla base di questa relazione è stata compilata una tabella dei valori della soglia di risposta Iz, il sistema di protezione della corrente, per diversi valori di potenza in uscita. La tabella corrisponde al caso in cui ciascun canale dell'amplificatore è alimentato da uno stabilizzatore separato (se entrambi gli amplificatori di potenza sono alimentati da una fonte comune, la soglia di risposta dovrebbe essere raddoppiata). Approssimativamente puoi prendere Iз = (1,03...1,07)Imax.
Sulla base di quanto sopra - e ciò è confermato dalla pratica - possiamo concludere che non è appropriato alimentare entrambi gli amplificatori di potenza da una fonte stabilizzata. Importante è anche la questione della scelta del tipo di sistema di protezione. Qui non è possibile utilizzare dispositivi di protezione con stabilizzazione di corrente in modalità emergenza. Il fatto è che, di norma, quando il circuito di carico è chiuso, una corrente molto grande scorre attraverso il transistor del regolatore dello stabilizzatore. Se non si adottano immediatamente misure per limitarlo, è possibile la rottura termica del transistor regolatore dello stabilizzatore e, successivamente, spesso dei transistor di uscita dell'amplificatore di potenza. I dispositivi di protezione con chiusura del transistor di controllo hanno una velocità relativamente bassa, ma abbastanza sufficiente. Esistono due tipi di tali dispositivi: con autoripristino e con un "effetto trigger". I primi riportano automaticamente lo stabilizzatore in modalità operativa dopo aver eliminato la causa del sovraccarico. Questi ultimi lasciano chiuso il transistor regolatore dello stabilizzatore e possono essere riportati alla modalità di stabilizzazione solo dopo che l'incidente è stato eliminato solo da influenze esterne. A nostro avviso, non è auspicabile utilizzare dispositivi autoripristinanti per proteggere un amplificatore di potenza. Se il sovraccarico è ciclico (ad esempio durante la riproduzione di una colonna sonora al massimo livello), l'alimentazione all'amplificatore verrà fornita in modo intermittente a causa dell'attivazione periodica del sistema di protezione. Ciò porterà alla ripetizione ripetuta del processo transitorio nell'amplificatore, che potrebbe causarne il guasto. Sono preferibili i dispositivi con un “effetto trigger”. Sono molto efficaci nel processo di installazione, test e riparazione degli amplificatori, quando la probabilità di un'emergenza è piuttosto elevata. Tenendo conto di tutte le considerazioni di cui sopra, è stato sviluppato uno stabilizzatore, il cui diagramma è mostrato in Fig. 2.
Lo stabilizzatore è realizzato secondo un circuito di compensazione utilizzando un transistor composito nell'elemento di controllo. Entrambi i bracci dello stabilizzatore sono identici dal punto di vista del circuito. L'uso di un diodo zener D818B nell'elemento di controllo, che ha una stabilizzazione TKN negativa, ha permesso di ridurre drasticamente la deriva termica della tensione di uscita. L'uso di transistor di diversa struttura nel dispositivo di confronto (VT4) e nell'elemento di controllo (VT1) porta, da un lato, alla necessità di introdurre circuiti di trigger stabilizzatori. D'altro canto questa costruzione presenta anche alcuni vantaggi. In particolare il sistema di protezione necessita soltanto di un breve impulso di commutazione per chiudere in modo affidabile l'elemento di comando dello stabilizzatore. Questo stato è molto stabile e non è necessario che il transistor del sistema di protezione VT3 sia costantemente aperto dopo l'attivazione. Il circuito di avviamento è un resistore R3, che devia l'elemento di controllo ed è collegato tramite i contatti K1.1 del relè temporale (Fig. 3). Nello stato iniziale (l'alimentazione è diseccitata), i contatti K1.1 e K1.2 del relè K1 sono chiusi. Dopo aver applicato l'alimentazione, lo stabilizzatore si avvia entro circa 1 s. Il relè quindi funziona, i contatti si aprono e il circuito di attivazione viene disconnesso.
In caso di sovraccarico o cortocircuito nel circuito di carico, la caduta di tensione sul resistore R7 apre leggermente il transistor VT3. Per questo motivo, il transistor VT4 inizia a chiudersi, seguito dai transistor VT1 e VT2. Una diminuzione della tensione sull'emettitore del transistor VT3 porta alla sua apertura ancora di più e l'elemento di controllo si chiude come una valanga (il relè K1 rimane acceso). Dopo che il sistema di protezione è intervenuto, la tensione di uscita e la corrente attraverso il circuito di carico sono molto piccole. Anche con il corpo del transistor VT80 riscaldato a 2°C, non superano rispettivamente 2 mV e 100 μA. Per mettere lo stabilizzatore in modalità operativa dopo aver eliminato la causa del sovraccarico, è necessario spegnere brevemente l'alimentazione dell'amplificatore. Nella fig. Le figure 4 e 5 mostrano le dipendenze grafiche ottenute sperimentalmente della tensione di uscita e della corrente di carico sulla resistenza di carico a vari valori della soglia di risposta del sistema di protezione.
Ai fini del disaccoppiamento completo della potenza, per ciascun canale dell'amplificatore è previsto uno stabilizzatore separato. I raddrizzatori sono realizzati utilizzando un circuito a ponte a onda intera con filtri capacitivi di livellamento. Il coefficiente di trasferimento di corrente totale dei transistor compositi VT1 e VT2 deve essere almeno 70000 e quello del transistor VT4 - superiore a 100. Per aumentare la chiarezza dell'operazione di protezione, il coefficiente di trasferimento di corrente statico del transistor VT3 deve essere almeno 150.
I transistor VT2 e VT6 sono installati ciascuno su un dissipatore di calore con area utile di 1000 cm2 tramite guarnizioni isolanti. Il lubrificante termoconduttore viene applicato alle guarnizioni su entrambi i lati. KPT-8 (GOST 19 783-74), che ha permesso di ridurre significativamente la resistenza termica del corpo del transistor - dissipatore di calore. I transistor VT1 e VT5 sono installati su dissipatori di calore realizzati con profilo angolare in duralluminio 15x15 mm e avente una superficie di circa 10 cm2. Lo stabilizzatore utilizza resistori di sintonizzazione SP4-1. Condensatori C1, C2-KM-5, il resto - K50-6. I resistori R7, R20 sono a filo avvolto. Invece del transistor KT814V, puoi utilizzare KT816V, KT816G, KT626V, KT626D; invece di KT827V - KT827B; invece di KT315G - KT503G, invece di KT503E - KT602B, KT603B, KT503B, KT503G, KT3102A - KT3102V, KT3102D, KT3102E; invece di KT815V - KT817V, KT817G, KT961A, KT807A, KT807B, KT801A, KT801B; invece di KT825V - KT825A, KT825B, KT825G; invece di KT361G - KT501E, KT501K, KT502B, KT502G, KT3107B, KT3107I; invece di KT502E - KT502G, KT502D, KT501M. Per impostare uno stabilizzatore è necessario un voltmetro, un amperometro, un resistore di carico con una potenza di 250...300 W (ad esempio, reostato RSP-2); Si consiglia inoltre di munirsi di un oscilloscopio con ingresso chiuso e frequenza di taglio di almeno 1 MHz. Tutti i bracci stabilizzatori vengono regolati uno per uno. Innanzitutto, avviare lo stabilizzatore senza carico collegando brevemente il resistore R3 e impostare la tensione di uscita desiderata con il resistore di regolazione R12. Il reostato è impostato sulla massima resistenza e collegato tramite un amperometro all'uscita dello stabilizzatore. Se le letture del voltmetro non sono cambiate, non c'è autoeccitazione. Altrimenti, dovrai selezionare il condensatore C1. Il sistema di protezione viene impostato impostando innanzitutto il cursore del resistore di regolazione R8 nella posizione più bassa secondo lo schema. Riducendo la resistenza di carico si ottiene una lettura amperometrica pari alla soglia, quindi spostare il cursore della resistenza R8 fino all'intervento della protezione. Il reostato viene riportato nella posizione di massima resistenza, l'alimentazione allo stabilizzatore viene spenta e riaccesa e la resistenza del carico viene nuovamente ridotta fino all'attivazione della protezione. Se necessario, la posizione del cursore del resistore R8 viene regolata. Il sistema di protezione deve essere installato rapidamente per non surriscaldare il potente transistor dell'elemento di controllo. Test ripetuti hanno dimostrato l'elevata affidabilità dello stabilizzatore e l'efficacia del sistema di protezione, che conferma la correttezza dell'approccio alla progettazione di un alimentatore per un amplificatore di potenza. Autori: E. Mitskevich, I. Karpinovich
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