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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Regolatore di tensione bipolare con raffreddamento ad acqua, 220/±41 volt 4 ampere. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Alimentatori Gli stabilizzatori di tensione compensatori di funzionamento continuo del tipo seriale hanno una bassa efficienza, ma un grande coefficiente di stabilizzazione e una bassa impedenza di uscita. Pertanto, sono ancora ampiamente utilizzati. Tuttavia, sono caratterizzati da una bassa affidabilità in caso di sovraccarico o cortocircuito nel carico. Ciò è particolarmente pericoloso per i dispositivi a transistor, quindi è necessario introdurre unità di protezione complesse con sensori di corrente negli stabilizzatori. Nel potente regolatore di tensione bipolare discusso in questo articolo, la corrente di uscita è limitata. Il dispositivo non teme i sovraccarichi e può funzionare con condensatori di filtro ad alta capacità. Un'analisi dei circuiti UMZCH ci consente di concludere che gli stabilizzatori di tensione continua sono usati raramente per alimentare i loro stadi di uscita. Le ragioni di ciò sono l'alto costo di tali stabilizzatori, le grandi perdite di energia durante il loro utilizzo e, soprattutto, "andrà bene", perché funziona senza stabilizzatore. Quando non è presente uno stabilizzatore, la tensione di alimentazione dell'amplificatore varia a seconda del carico su un'ampia gamma (nel ricevitore AV Pioneer-714 - 30 ... 50 V). Il fatto è che la tensione di uscita media di un raddrizzatore con un filtro capacitivo dipende fortemente dal deflusso del carico. Inoltre, i condensatori di filtro vengono caricati con impulsi in ogni semiperiodo della tensione di rete. Il processo può richiedere diversi mezzi cicli e questo viene parzialmente trasferito al carico UMZCH. Nella letteratura radioamatoriale è stata più volte espressa l'opinione sulla necessità di alimentare l'UMZCH da una sorgente stabilizzata per garantire un suono più naturale. Infatti, alla massima potenza di uscita dell'amplificatore, l'intervallo di oscillazioni di tensione di una sorgente non stabilizzata raggiunge diverse decine di volt. Questo è impercettibile ai valori di picco delle componenti ad alta frequenza dei segnali audio, ma influisce sull'amplificazione delle loro componenti a bassa frequenza di grande livello, i cui picchi hanno una lunga durata. Di conseguenza, i condensatori del filtro hanno il tempo di scaricarsi, la tensione di alimentazione diminuisce e quindi la potenza di uscita di picco dell'amplificatore. Se la diminuzione della tensione di alimentazione è tale da portare a una diminuzione della corrente di riposo dei transistor di uscita dell'amplificatore, ciò può causare un'ulteriore distorsione non lineare. Il modo cardinale per sopprimere le increspature e l'instabilità della tensione di alimentazione è la sua stabilizzazione. Lo stabilizzatore riduce l'ondulazione di tensione sulle linee elettriche di uno o due ordini di grandezza, il che rende facile ottenere la massima ampiezza del segnale di uscita dell'amplificatore. Oltre a ridurre il livello di fondo con una frequenza di 50 (100) Hz, vengono ridotte anche la distorsione non lineare e la probabilità di saturazione del segnale ai picchi di volume. Il margine per i parametri massimi consentiti dei transistor dello stadio di uscita dell'amplificatore è aumentato. Riduce la probabilità che l'interferenza di rete entri nell'uscita dell'amplificatore. Inoltre, l'uso di uno stabilizzatore consente di semplificare l'amplificatore, che ha un effetto benefico sul suono. Un altro vantaggio: anche la funzione di proteggere lo stadio di uscita dell'amplificatore dal sovraccarico può essere affidata allo stabilizzatore. Tra gli svantaggi: l'implementazione di uno stabilizzatore di tensione potente e affidabile di funzionamento continuo diventa un problema finanziario significativo e un compito tecnicamente difficile. Inoltre, è necessario rimuovere una grande quantità di calore dai transistor di potenza dello stabilizzatore. L'efficienza complessiva e la dissipazione di potenza dell'amplificatore con uno stabilizzatore è molto peggiore che senza di esso. Per migliorare la qualità dell'alimentazione, è auspicabile utilizzare un trasformatore di rete con induzione ridotta. Come sapete, la corrente di avviamento dei trasformatori convenzionali raggiunge valori molto superiori alla corrente di esercizio. La riduzione della metà dell'ampiezza di induzione nel circuito magnetico aumenta significativamente l'affidabilità, riduce il flusso di dispersione del trasformatore e riduce la sua corrente di avviamento a un valore non superiore alla corrente nominale a vuoto. Tuttavia, un'induzione inferiore comporta un aumento del numero richiesto di spire degli avvolgimenti e, di conseguenza, un deterioramento del peso e delle dimensioni del trasformatore, del suo costo e un aumento delle perdite di energia sulla resistenza attiva degli avvolgimenti . Ma stiamo parlando di una riproduzione del suono davvero di alta qualità, giusto? E il suono di un amplificatore alimentato da una tensione stabilizzata è significativamente migliore rispetto al suono dello stesso amplificatore senza stabilizzatore. Un regolatore di tensione bipolare, il cui circuito è mostrato in figura, è progettato per alimentare l'UMZCH.
Principali parametri tecnici
Consiste di due regolatori di tensione indipendenti di polarità positiva e negativa rispetto al filo comune. La parte superiore del circuito si riferisce allo stabilizzatore di polarità positiva e la parte inferiore si riferisce alla polarità negativa. Il circuito regolatore di polarità negativa è essenzialmente un'immagine speculare del circuito regolatore di polarità positiva. Pertanto, considereremo in dettaglio solo il regolatore di tensione di polarità positiva. La tensione alternata prelevata dall'avvolgimento II del trasformatore T1 raddrizza il raddrizzatore a onda intera sui doppi diodi Schottky VD3 e VD4 SR30100P, che hanno un alloggiamento isolato, quindi è conveniente montarli su un comune dissipatore di calore. Attraverso l'induttore di soppressione del rumore L1, la tensione raddrizzata viene fornita ai condensatori di livellamento e soppressione del rumore C8-C16 e quindi alle correnti di equalizzazione dell'emettitore dei resistori R1-R9 dei transistor VT3-VT11 collegati in parallelo. Questi resistori hanno una resistenza piuttosto elevata, che contribuisce all'effettivo "isolamento" dei circuiti del collettore dei transistor VT1 -VT9 dalle interferenze di rete. Insieme al transistor VT20, i transistor VT1-VT9 formano un potente transistor composito con un fattore di amplificazione di corrente elevato. La corrente di base del transistor VT20 fluisce nel collettore del transistor VT22. Il transistor VT22 controlla la tensione dall'uscita dell'amplificatore operazionale DA3.1. I diodi Zener VD13, VD14 collegati in serie sono collegati all'uscita dello stabilizzatore, la cui tensione di stabilizzazione totale funge da esemplare per lo stabilizzatore considerato. Invece dei diodi zener, è possibile installare un resistore di tale resistenza che, insieme al resistore R29, fornisca potenziale zero nel punto della loro connessione alla tensione di uscita nominale dello stabilizzatore. Ma rispetto ai diodi zener, questa è un'opzione meno efficiente. Il potenziale spostato dai diodi zener o da un resistore nel sistema di stabilizzazione è un segnale di disadattamento e viene inviato all'ingresso invertente dell'amplificatore operazionale DA3.1, il cui ingresso non invertente è collegato al filo "0". Tieni presente che i fili "O" e "Comm." devono essere collegati tra loro e al filo comune del dispositivo (amplificatore) alimentato dallo stabilizzatore presente sulla scheda di quest'ultimo. Ciò riduce significativamente il livello di interferenza e rumore nella tensione stabilizzata. Il resistore R21 garantisce le prestazioni dello stabilizzatore quando nessun amplificatore è collegato ad esso. Durante il funzionamento, l'amplificatore operazionale confronta continuamente il potenziale al suo ingresso invertente con il potenziale zero all'ingresso non invertente. Inoltre, controlla il transistor VT22 in modo tale, e con esso il transistor composito VT20, VT1-VT9, in modo che la tensione specificata sia mantenuta all'uscita dello stabilizzatore. Supponiamo che la tensione all'uscita dello stabilizzatore sia diminuita a causa di un aumento della corrente di carico. Il potenziale all'ingresso invertente dell'amplificatore operazionale DA3.1 diventerà negativo rispetto a quello non invertente e la tensione all'uscita dell'amplificatore operazionale aumenterà. Ciò aumenterà la corrente di collettore del transistor VT22 e con essa la corrente di base ed emettitore del transistor VT20. Di conseguenza, la corrente totale del collettore dei transistor VT1-VT9 aumenterà, compensando l'aumento della corrente di carico. La tensione di uscita tornerà al suo valore precedente. Il dispositivo di avvio graduale sul transistor VT19 e il relè K1 forniscono un aumento graduale della tensione sulla batteria dei condensatori C28-C30, C34-C63 quando lo stabilizzatore (avvolgimento primario del trasformatore T1) è collegato alla rete. In questo momento, una corrente inizia a fluire attraverso il resistore R2, caricando il condensatore C27. Quando, dopo 30 ... 35 s, la tensione applicata al diodo Zener VD9 raggiunge i 36 V, si apre. Ciò porta all'apertura del transistor VT19 e al funzionamento del relè K1, che commuta i resistori che limitano la corrente di uscita dello stabilizzatore. Mentre il relè non ha funzionato, questa corrente è limitata dal resistore R32 a 450 ... 650 mA, che elimina l'afflusso della corrente di carica della batteria dei condensatori C28-C3O, C34-C63 con una capacità totale di oltre 100000 uF. Il relè attivato collega il resistore R32 in parallelo con il resistore R35. Da questo punto in poi, lo stabilizzatore può fornire corrente fino a 4 A al carico. Se l'uscita dello stabilizzatore viene accidentalmente chiusa con un filo comune, anche la corrente non supererà i 4 A, ma la potenza dissipata dai transistor Vt1-VT9 aumenterà notevolmente. Tuttavia, non supererà i 25 watt per transistor. Ne consegue che il regolatore di tensione è affidabile e non teme i cortocircuiti nel carico. Per impostare con precisione i livelli di limitazione della corrente, è necessario sostituire temporaneamente il resistore R32 con un resistore variabile di circa 500 kΩ e il resistore R35 non è installato. Spostare il dispositivo di scorrimento del resistore variabile nella posizione di massima resistenza. Dopo aver chiuso l'uscita dello stabilizzatore con un amperometro, accendere lo stabilizzatore e ridurre gradualmente la resistenza del resistore variabile, osservando le letture dell'amperometro. Quando viene raggiunta la corrente di avviamento sicura richiesta, spegnere il regolatore, misurare la resistenza di ingresso del resistore variabile e sostituirlo con un resistore fisso della stessa resistenza. Quindi, invece del resistore R35, collegare un resistore variabile con una resistenza di 100 kOhm e il carico massimo all'uscita dello stabilizzatore tramite un amperometro. Accendi lo stabilizzatore e attendi che il relè funzioni. Successivamente, inizia a ridurre gradualmente la resistenza del resistore variabile. Quando vengono raggiunte la tensione di stabilizzazione nominale e la corrente di carico massima specificata, spegnere lo stabilizzatore, misurare la resistenza di ingresso del resistore variabile e sostituirla con una costante. La stessa procedura deve essere eseguita con uno stabilizzatore di tensione negativo. Non è possibile installare semplicemente i resistori R33 e R36 della stessa resistenza rispettivamente di R32 e R35. Il fatto è che i coefficienti di trasferimento di corrente dei transistor utilizzati in entrambi gli stabilizzatori differiscono in modo significativo. Ad esempio, per i transistor 2SA1943 è circa 140 e per 2SC5200 è solo 85. I trasformatori T1 e T2 sono realizzati su misura con induzione ridotta e avvolgimenti secondari per 2x54 V (con conduttori medi) a una corrente di carico di 5 A. Ogni trasformatore è installato su un proprio lato nella parte più bassa dello scambiatore di calore (aquablock) di il sistema di raffreddamento ad acqua dello stabilizzatore. L'aquablock funge da tipo di telaio su cui si trovano tutti i nodi del dispositivo. Prima di installare i trasformatori, vengono stampati con resina epossidica in piattaforme di atterraggio perfettamente piatte. Quindi, con prigionieri filettati M12, i trasformatori vengono premuti contro l'aquablock. In modalità inattiva, la tensione alle uscite dei raddrizzatori (ingressi degli stabilizzatori stessi) è 76 V. Quando è collegata all'uscita di uno stabilizzatore di carico con una resistenza di 10 ohm, scende a 64 V. Se è presente più corrente di carico necessari, ad esempio 10 A, allora i valori delle resistenze R3-R20 vanno ridotti fino a 10 ohm. I diodi soppressori VD1 e VD2 sono progettati per smorzare i picchi durante i transitori che accompagnano l'inclusione dello stabilizzatore nella rete. Con una corretta installazione e assemblaggio, lo stabilizzatore inizia a funzionare senza problemi. Con un carico continuo di 4 A, i transistor VT1-VT9 dissipano circa 60 W di potenza (6 W per ciascun transistor). Su ciascuno dei resistori R3-R11 - 4 watt. Insieme, i regolatori di tensione positivo e negativo dissipano circa 180 watt. Due coppie di stabilizzatori per l'alimentazione degli amplificatori dei canali stereo sinistro e destro, montati su un comune aquablock, dissipano 360 watt. L'aquablock è costituito da due pezzi di gomma dural con una sezione di 100x10 mm e una lunghezza di 1000 mm, serrati con viti lungo il perimetro. Un sigillante automobilistico è stato utilizzato per sigillare la giunzione tra i pneumatici. Sulla superficie interna di ogni pneumatico sono fresate due scanalature parallele di 960x15x4 mm, attraverso le quali scorre l'acqua di raffreddamento. La sezione trasversale totale del canale di alimentazione dell'acqua è di 15x8 mm, la sua lunghezza totale è di 1920 mm, la portata dell'acqua è di 0,75 l/min, la temperatura dell'acqua all'ingresso dell'aquablock è di 24 °C e all'uscita di -29 °C . L'acqua arriva dalla rete idrica attraverso un filtro monostadio. Quattro anni di esperienza nel funzionamento di un tale sistema di raffreddamento ad acqua aperto hanno dimostrato la stabilità dei suoi parametri termici. Ma l'impianto può essere reso anche chiuso con acqua distillata circolante attraverso l'aquablock e un radiatore esterno dell'auto. I transistor VT1-VT18 sono montati su un circuito stampato con un substrato di alluminio pressato contro l'aquablock mediante pasta termoconduttrice. La temperatura della superficie della scheda è di circa 34 °C. I transistor 2SA1943 e 2SC5200 si riscaldano fino a una temperatura di circa 50 °C. I test hanno dimostrato che questa temperatura è rimasta invariata per tre ore di funzionamento. Il sistema di raffreddamento descritto è compatto, efficiente e assolutamente silenzioso. Permette di deviare circa un kilowatt di potenza termica. Come dispositivo di segnalazione per la mancanza di emergenza di acqua corrente nel sistema, un sensore di pressione DRD-40 è installato nella sua tubazione di alimentazione. È ideale per impianti idraulici standard. In caso di arresto di emergenza dell'acqua, i contatti di questo sensore si aprono e scollegano lo stabilizzatore dalla rete elettrica. Inoltre, è necessario installare sensori di temperatura su uno o più transistor 2SA1943, che, come dimostrato dalla pratica, riscaldano più dei transistor 2SC5200. Si consiglia di installare gli stessi sensori sui trasformatori. Autore: V. Fedosov
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