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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Potente stabilizzatore di tensione bipolare per UMZCH. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Protettori di sovratensione L'autore offre uno stabilizzatore di tensione di alimentazione bipolare, adatto per amplificatori con una potenza fino a 50-100 W per canale. Il dispositivo è costituito da potenti transistor ad effetto di campo in grado di funzionare con molteplici sovraccarichi di corrente a breve termine. L'uso di tali stabilizzatori è ampiamente giustificato negli amplificatori con elevata sensibilità ai cambiamenti e alle increspature nella tensione di alimentazione, che è particolarmente caratteristica degli amplificatori semplici senza feedback generale. Come sapete, per alimentare il potente stadio di uscita dell'UMZCH, numerosi progetti utilizzano una fonte di alimentazione separata e il resto dell'amplificatore è alimentato da uno stabilizzatore di tensione. La maggior parte di questi alimentatori non sono stabilizzati e sono costituiti da due raddrizzatori a onda intera (per tensioni di polarità positiva e negativa) con un punto medio con condensatori di livellamento. Questa tensione non regolata non viene utilizzata dal resto dell'amplificatore se dispone di componenti aggiuntivi e di un interruttore della sorgente del segnale (un amplificatore completo, "integrato"). Inoltre, il feedback generale utilizzato nella maggior parte degli UMZCH riduce significativamente la sensibilità alle ondulazioni della tensione di alimentazione. E se la profondità del feedback complessivo è piccola o inesistente, è possibile sentire le ondulazioni della tensione di alimentazione attraverso i sistemi acustici. Un modo fondamentale per sopprimere ondulazioni e instabilità è alimentare gli stadi di uscita dell'amplificatore con una tensione stabilizzata, tuttavia, anche l'uso di stabilizzatori integrati incontra una serie di problemi. Il fatto è che tali stabilizzatori hanno una caduta di tensione relativamente elevata. Inoltre, di solito sono dotati di limitatori di corrente e di potenza integrati, che generalmente possono annullare i vantaggi dello stabilizzatore. Ovviamente puoi utilizzare uno stabilizzatore integrato ad alta potenza (ad esempio con una corrente di uscita di 10 A), ma il suo costo, a mio avviso, è inaccettabile. Un'alternativa per risolvere questo problema potrebbe essere l'utilizzo di potenti transistor ad effetto di campo nello stabilizzatore della tensione di alimentazione. Questi transistor, tra l'altro, sono economici e hanno una bassa resistenza a canale aperto (centesimi di ohm) e una corrente massima fino a 70...100 A, il che rende possibile progettare stabilizzatori con una caduta di tensione molto bassa (non più di 0,25 V) con una corrente fino a 20 A . I parametri dello stabilizzatore descritto sono i seguenti. Con una tensione di uscita di 27 V, la sua corrente massima raggiunge 4,5 A. Con una tale corrente di carico, la tensione operativa minima tra ingresso e uscita non supera 0,25 V. La differenza tra la tensione di uscita dello stabilizzatore senza carico e la tensione a una corrente di carico di 4,5 A non è superiore a 0,15 V, con una corrente di 6 A questa differenza non supera 0,16 V. Tali parametri dello stabilizzatore sono garantiti dai potenti transistor ad effetto di campo utilizzati in esso: IRF4905 (canale p) con una corrente di drain massima di 74 A e una resistenza a canale aperto di 0,02 Ohm e IRL2505 (canale n), con un corrente corrispondente di 104 A e una resistenza di 0,008 Ohm.
Uno stabilizzatore bipolare è costituito da due sorgenti di tensione indipendenti di polarità positiva e negativa (Fig. 1). La parte superiore del circuito si riferisce allo stabilizzatore di polarità positiva e la parte inferiore si riferisce allo stabilizzatore di polarità negativa. Per comodità di confronto, la numerazione degli elementi corrispondenti differisce solo nei prefissi 1 e 2. Innanzitutto, su alcune caratteristiche dello stabilizzatore. Contiene tre elementi critici: condensatori C2 e C3 e un diodo zener VD1. I valori di capacità dei condensatori C2 e C3 indicati nello schema sono in un certo senso un compromesso: quando vengono ridotti si presenta la possibilità di autoeccitazione dello stabilizzatore. L'aumento della loro capacità a 1 µF porta al fatto che le ondulazioni, sempre presenti nella tensione raddrizzata, penetrano nell'uscita dello stabilizzatore. Ora qualche parola sul motivo per cui è stato scelto il diodo zener VD1 (BZX55-C7V5) con una tensione di stabilizzazione di 7,5 V. Si consiglia di scegliere un diodo zener la cui resistenza differenziale sia minima (influisce sulle proprietà dell'intero stabilizzatore). Di tutti i diodi zener della serie BZX55, i diodi zener BZX7-C55V7 e BZX5-C55V8 hanno la resistenza differenziale più bassa (2 Ohm). Se la tensione di ingresso dello stabilizzatore è inferiore a 20...25 V, si consiglia di utilizzare un diodo zener con una tensione non superiore a 3,3 V (ad esempio BZX55-C3V3). Il circuito stabilizzatore di polarità negativa con piccole modifiche è stato preso in prestito da [1] ed è stato da me già utilizzato una volta per controllare la velocità di rotazione di un trapano (con una riserva di corrente di 20...30 A). Rispetto al circuito di [1], nel circuito di Fig. 1, i valori di alcuni condensatori e resistori sono stati modificati, è stato aggiunto un diodo zener VD2 per proteggere il gate VT2 dai guasti e un diodo zener (VD1) è stato utilizzato per una diversa tensione di stabilizzazione (7,5 V). Il circuito stabilizzatore di polarità positiva è un'immagine speculare del circuito stabilizzatore di polarità negativa. Invece di uno a canale N, utilizza un transistor ad effetto di campo a canale P IRF4905 in un pacchetto TO-220 (VT2), invece di un transistor bipolare della struttura pnp - un transistor della struttura npn BC337-40 o KT503B (VT1) e il carico dello stabilizzatore parallelo DA1 (TL431CZ nel pacchetto TO-92) è incluso nel suo circuito anodico. Sebbene questa connessione di carico sia inferiore noto, è più comune negli alimentatori a commutazione per computer. Alcune note su come è possibile modificare lo stabilizzatore descritto per l'utilizzo con una tensione di alimentazione di +/-35...45 V. In questo caso la resistenza del resistore R4 (620 Ohm) deve essere aumentata a 0,9...1 kOhm in modo che la corrente attraverso lo stabilizzatore DA1 (TL431CZ) non superi la metà della sua corrente massima di 50 mA. Invece di una coppia complementare di transistor BC327/BC337 (Uke max = 45 V, Iktah = 0,8 A, PKmax = 0,6 W), dovrebbe essere utilizzata una coppia con una tensione Uke max leggermente superiore. ad esempio 2SA1284/2SC3244 (UK3max = 100 V, lKmax = 0,5 A, PKmax = 0,9 W). Si consiglia di installare transistor ad effetto di campo su dissipatori con un'ampia area di raffreddamento, va inoltre aggiunto che per impostare la tensione di stabilizzazione richiesta sarà necessario modificare i valori dei resistori R5, R6 e R7. Si consiglia di utilizzare un diodo zener per una tensione di stabilizzazione di 7,5 V (BZX55-C7V5). Consiglio di acquistare il chip TL431CZ da National Semiconductor, Texas Instruments, Vishay, Motorola. Tutti i resistori, ad eccezione del trimmer R6 (SPZ-19A), hanno una potenza di 0,25 W, condensatori ceramici - per una tensione di 50 V.
Poiché avevo bisogno di due schede stabilizzatrici bipolari (una per ciascun canale dell'UMZCH), utilizzando il programma Sprint Layout 5.0 ho disposto il circuito stampato (Fig. 2, ho stampato il suo disegno su carta da lucido destinata alla stampa con una stampante laser e realizzato utilizzando il metodo da me descritto in [2, 3]. L'aspetto della scheda montata è mostrato in Fig. 3
Per testare il funzionamento dello stabilizzatore, ho utilizzato tre multimetri digitali, due dei quali hanno misurato le tensioni di ingresso e di uscita dello stabilizzatore e il terzo, in modalità amperometro, ne ha misurato la corrente di uscita. Qui è necessario aggiungere che lo schema di Fig. Per testare uno stabilizzatore di tensione positivo è stato utilizzato l'esempio 4. Le proprietà di uno stabilizzatore di tensione negativo sono state testate in modo simile.
Come carico (R1) è stato utilizzato un resistore ceramico SQP con una potenza di 20 W con una resistenza di 1 Ohm e come R2 un resistore PE-75 con una potenza di 75 W con una resistenza di 5 Ohm. Pertanto, la resistenza di carico totale (6 Ohm) dello stabilizzatore corrispondeva ad una potenza totale di 95 W. e la corrente è 4,5 A. Durante il test dello stabilizzatore, come fonte di alimentazione ho utilizzato un alimentatore stabilizzato modificato B5-47, in cui la tensione di uscita (fino a 30 V) viene fornita con una corrente di carico fino a 4-5 A (fino a 3 A senza modifica). Per aumentare il limite di corrente a 4,59 A, è necessario installare dei ponticelli tra i contatti 23, 24, 26 e 50 nel connettore del telecomando situato sulla parete posteriore dell'unità, e impostare il valore di corrente massimo a 2,99 A sul pannello frontale I risultati dei test sul funzionamento degli stabilizzatori hanno confermato pienamente i loro parametri. Gli stabilizzatori hanno una notevole riserva di corrente, e la potenza di carico di ciascuno stabilizzatore corrisponde a 121,5 W, per un totale di 243 W. Se la potenza di un canale dell'amplificatore è P = 35 W e la resistenza di carico è R = 4 Ohm, l'ampiezza della tensione del segnale U " è 17 V e la corrente lm = 4,25 A. Ciò significa che se lo stabilizzatore è bipolare ed è costituito da stabilizzatori di polarità positiva e negativa, ciascuno di essi deve fornire una corrente massima di 4,25 A. Se la tensione di uscita dello stabilizzatore è di 27 V e la corrente nel carico è di 4,25 A, l'equivalente di carico corrisponde ad una resistenza ReKB = 6,35 Ohm. Ecco perché è stata scelta la resistenza di carico dello stabilizzatore di 6 ohm. Durante il test è stato utilizzato anche un vero e proprio raddrizzatore di alimentazione con un'elevata corrente e un elevato livello di ondulazione (condensatore di accumulo con una capacità di 10000 μF e diodi raddrizzatori DSS 60-0045V (Uobp = 45 V, lmax = 60 A, Upr = 0,35 V/10 A), collegati tramite un circuito a ponte. Lo stabilizzatore descritto è resistente anche ai sovraccarichi a breve termine. L'ho usato per regolare la velocità di rotazione di un trapano, in cui la corrente di avviamento del motore raggiunge i 20 A. Pertanto, lo stabilizzatore ha una riserva di corrente significativa, che ne consente l'utilizzo con dissipatori di calore di grandi dimensioni e in UMZCH più potenti. parole sull'installazione e la regolazione dello stabilizzatore nell'amplificatore Innanzitutto è necessario valutare, mediante un oscilloscopio, i valori minimi della tensione di alimentazione degli stadi di uscita dell'UMZCH al massimo carico. Per fare ciò, collegare all'uscita dell'UMZCH un resistore con un valore nominale pari alla resistenza CA (4 o 8 Ohm) e una potenza corrispondente al massimo per l'UMZCH. Applicare un segnale con una frequenza di 34... 20 Hz dal generatore 30 all'ingresso dell'amplificatore e utilizzare il controllo del volume per impostare il livello del segnale corrispondente alla potenza massima dell'amplificatore. Successivamente, è necessario determinare il valore assoluto minimo (tenendo conto dell'ampiezza dell'ondulazione) delle tensioni di alimentazione e impostare la tensione di stabilizzazione con il resistore di regolazione R6 su circa 1 V inferiore a questo valore minimo in ciascuno degli stabilizzatori. Prima di installare due schede di tali stabilizzatori in ciascuno dei canali dell'amplificatore ("Idol U-001"), ho sostituito i diodi KD208A (Unp = 1 V/1.5 A) nei raddrizzatori a ponte degli alimentatori con diodi Schottky MBR10100 (Unp = 0,45 V/1,5 A) e diodi KD209A in uno stabilizzatore di tensione da 30 V con diodi HER503. Inoltre, la capacità dei condensatori di livellamento è stata raddoppiata (sia nei raddrizzatori degli stadi di uscita che nello stabilizzatore da 30 V). Dopo aver installato gli stabilizzatori nella custodia e acceso l'amplificatore, è necessario controllare e regolare il bilanciamento degli stadi di uscita per la corrente continua e quindi la corrente di riposo dei potenti transistor Dopo aver regolato le modalità operative dei transistor degli stadi di uscita dell'UMZCH con gli stabilizzatori installati, ho scoperto una notevole diminuzione dello sfondo anche alla massima sensibilità in assenza di segnale di ingresso. Letteratura
Autore: A.Kuzminov
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