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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA
Libreria gratuita / Schemi di dispositivi radioelettronici ed elettrici

Potente alimentatore da laboratorio con amplificatore operazionale. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Alimentatori

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Probabilmente non c'è radioamatore che non abbia avuto un alimentatore da laboratorio come uno dei suoi primi progetti. Quando si conducono esperimenti e si prototipano singoli dispositivi, ogni radioamatore è destinato a incontrare un problema di alimentazione. Succede che, avendo realizzato un alimentatore per qualsiasi progetto, avendo speso molto tempo e denaro alla ricerca in letteratura di un circuito e di parti adatti, un progettista alle prime armi si convince che il suo dispositivo non funziona bene con questa unità. Ciò accade spesso a quei radioamatori che, senza una sorgente di laboratorio, non sono in grado di determinare correttamente né l'intervallo di tensioni di alimentazione a cui funzionano stabilmente i loro dispositivi, né le correnti da essi praticamente consumate. Questo deve essere fatto durante la configurazione dei dispositivi, alimentandoli da una fonte esterna che fornirebbe ampi limiti per la regolazione della tensione di uscita e la sua elevata stabilità con grandi variazioni della corrente di carico.

Inoltre, tale sorgente deve avere una protezione rapida contro il sovraccarico o i cortocircuiti in uscita.

La letteratura popolare sulla radioingegneria copre costantemente la progettazione degli alimentatori e ha ripetutamente descritto fonti di laboratorio degne di nota. Tuttavia, alcuni di essi forniscono una corrente di carico insufficiente con altri parametri eccellenti, oppure contengono un numero di parti scarse o sono difficili da configurare. Pertanto, la loro ripetizione non è accessibile a tutti i radioamatori, soprattutto ai principianti.

L'efficienza dell'alimentatore descritto, come la maggior parte dei dispositivi simili, non supera il 50%. Se lo ripeti, dovrai lavorare sodo sull'avvolgimento del trasformatore di alimentazione. Tuttavia, la relativa semplicità del circuito con parametri di uscita sufficientemente elevati, il guadagno in termini di configurazione, peso e dimensioni offrono alcuni vantaggi.

Principali caratteristiche dell'alimentatore:

  • tensione di uscita ....... 0...30 V;
  • coefficiente di stabilizzazione al variare della tensione di rete da 200 a 240 V ....... 1000;
  • corrente di carico massima ...... 2 A;
  • instabilità di temperatura ....... 2 mV/°C;
  • ampiezza dell'ondulazione a I n.max ....... 2 mV;
  • impedenza di uscita ....... 0,02 ohm.

L'alimentatore (Fig. 1) è costituito da uno stabilizzatore di compensazione principale con connessione sequenziale di un elemento di controllo (transistor VT2-VT4), un amplificatore nel circuito di retroazione (chip DA1, transistor VT1), stabilizzatori parametrici ausiliari (diodi zener VD11- VD14, VD19) e una protezione da sovraccarico del dispositivo (transistor VT5, VT6). Negli stabilizzatori di compensazione, la tensione di uscita è la differenza tra la tensione proveniente dal raddrizzatore e la caduta di tensione attraverso il transistor di controllo.

Potente alimentatore da laboratorio con amplificatore operazionale
Fig.1 (clicca per ingrandire)

Il desiderio di progettare uno stabilizzatore con una variazione graduale della tensione di uscita su un ampio intervallo e una corrente di carico significativa è associato al rilascio di una grande potenza termica sul transistor di controllo. Per questo motivo il blocco utilizza una variazione graduale della tensione raddrizzata. Per fare ciò, la tensione viene fornita al raddrizzatore principale, realizzato sui diodi VD2-VD5, dall'avvolgimento secondario sezionato III del trasformatore di potenza utilizzando la sezione SA2.1 dell'interruttore SA2. Allo stesso tempo, l'interruttore SA2 (sezioni SA2.2 e SA2.3) commuta i resistori degli stadi di controllo dello stabilizzatore. In questo caso, la tensione di uscita può essere modificata in dieci passaggi da 3 V e in modo fluido utilizzando il resistore R41 all'interno di ciascun passaggio. Di conseguenza, alla corrente di carico massima, la potenza non superiore a 2 W viene dissipata sul transistor di controllo principale VT4-VT20, collegato secondo un circuito con un collettore comune. I transistor VT3 e VT4 sono collegati in parallelo e, di conseguenza, la potenza dissipata su ciascuno di essi non supera i 10 W. Gli emettitori di questi transistor includono i resistori R42 e R43, che servono per equalizzare le loro correnti.

Per ridurre l'ingombro ed il peso dell'alimentatore ed aumentare la compattezza dell'installazione è stato utilizzato un radiatore con area di dissipazione inferiore al necessario. In questo caso, durante il funzionamento a lungo termine dell'alimentatore alla massima corrente di carico, i transistor si riscaldano fino a 60...70 ° C.

Se si prevede che l'alimentatore funzioni a lungo con correnti di carico vicine al massimo, è necessario utilizzare un radiatore con un'area di dissipazione di 800...1000 cm2

L'amplificatore del segnale di retroazione è assemblato su un amplificatore operazionale (OA) DA1, alimentato da un raddrizzatore ausiliario realizzato utilizzando diodi VD6-VD9. La tensione di alimentazione dell'amplificatore operazionale è stabilizzata da due stabilizzatori parametrici collegati in serie, il primo dei quali è realizzato sui diodi zener VD11, VD12 e il resistore R3, e il secondo è realizzato sui diodi zener VD13, VD14 e sul resistore R4. La tensione stabilizzata dal diodo zener VD14 viene utilizzata anche per alimentare la sorgente di tensione di riferimento, che è realizzata sul diodo zener VD19, che ha un basso coefficiente di temperatura della tensione di stabilizzazione, e sul resistore R21.

Modificando la tensione di riferimento fornita all'ingresso invertente dell'amplificatore operazionale utilizzando un divisore R22-R41, è possibile modificare la tensione dello stabilizzatore.

Per ottenere una tensione di uscita dall'alimentatore superiore alla tensione di uscita massima dell'amplificatore operazionale, viene utilizzato un amplificatore sul transistor VT1. Il resistore R11 limita la corrente di uscita dell'amplificatore operazionale. Attraverso un divisore sui resistori R19, R20, parte della tensione di uscita del blocco viene fornita all'ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale. Con qualsiasi cambiamento casuale nella tensione di uscita dello stabilizzatore, la differenza tra le tensioni agli ingressi dell'amplificatore operazionale cambia e, di conseguenza, la tensione sul collettore VT1, che cambia lo stato del transistor di controllo in modo tale che la tensione di uscita dell'unità ritorna al valore precedente. I condensatori C5-C7, C9, C10 eliminano l'autoeccitazione dell'unità alle alte frequenze durante l'intera gamma di variazioni della tensione di uscita e della corrente di carico.

Per garantire che la tensione di uscita dell'alimentatore sia vicina allo 0, la tensione di chiusura generata dalla corrente divisore R3, R4 sul resistore R8 viene applicata alle basi dei transistor VT6, VT7 attraverso il resistore R7. In assenza di questa tensione, non sarebbe possibile ottenere una tensione di uscita dell'unità inferiore a 1...1,5 V. La ragione di ciò è il valore finale della corrente di collettore dei transistor VT2-VT4 a tensione zero a le loro basi.

Il circuito VD17R14 serve ad accelerare la scarica del condensatore C12 e del carico capacitivo collegato al blocco impostando la tensione di uscita del blocco a un livello inferiore. In questo caso, il condensatore C12 viene scaricato alla tensione stabilita sul collettore del transistor T1 attraverso il circuito: terminale positivo del condensatore C12, resistore R12, giunzione emettitore-collettore del transistor VT1, diodo VD17, resistore R14, terminale negativo del condensatore C12 .

Il dispositivo elettronico di protezione da sovracorrente è realizzato utilizzando transistor VT5, VT6. La caduta di tensione creata dalla corrente di carico sul resistore R12, in polarità di apertura, viene applicata alla giunzione dell'emettitore del transistor VT5. Allo stesso tempo, la stessa transizione riceve una tensione di chiusura dal resistore R15, regolata dal resistore R17. Non appena la corrente di carico supera un livello predeterminato, VT5 si apre leggermente, aprendo leggermente il transistor VT6. Quest'ultimo, a sua volta, aprirà ancora di più VT5: il processo procede come una valanga. Di conseguenza, entrambi i transistor si aprono completamente e un segnale di polarità negativa viene ricevuto all'ingresso 10 dell'amplificatore operazionale attraverso il diodo VD18 e il resistore R18, che supera in grandezza il segnale all'ingresso 9. All'uscita dell'amplificatore operazionale, viene generata una tensione di polarità negativa che apre il transistor VT1. In questo caso, l'elemento di controllo (transistor VT2-VT4) si chiude e la tensione di uscita dell'unità si avvicina a 0. Allo stesso tempo, la spia H2 "Sovraccarico" si accende.

Per riportare l'unità allo stato originale, è necessario spegnerla per alcuni secondi e riaccenderla. L'avvolgimento IV del trasformatore di potenza, un raddrizzatore ausiliario sul diodo VD1, il condensatore C1 e il diodo VD10 servono ad eliminare la comparsa di una maggiore tensione all'uscita dell'unità dal raddrizzatore principale quando l'alimentazione è spenta. Ciò è possibile perché il condensatore C2 si scarica più velocemente del condensatore C3. In questo caso, la tensione di alimentazione dell'amplificatore operazionale scompare più velocemente, il che significa che il transistor VT1 viene spento e l'elemento di controllo viene sbloccato prima che scompaia la tensione sul condensatore C3.

Il terminale positivo del condensatore C3 è collegato attraverso la giunzione dell'emettitore del transistor VT1 all'anodo del diodo VD10, ma il diodo non influisce sul suo funzionamento all'accensione, poiché è chiuso dalla tensione positiva formata dalla differenza tra la tensione sul condensatore C3 e la tensione sul condensatore C1. Quest'ultimo è sempre maggiore a causa della carica del condensatore C1 mediante la somma delle tensioni di uscita degli avvolgimenti III e IV del trasformatore di potenza. Per garantire questa condizione è necessario rispettare la polarità di commutazione degli avvolgimenti III e IV come mostrato nello schema. Dopo aver spento l'alimentazione, il condensatore C1 viene scaricato rapidamente attraverso il resistore R1, il diodo VD10 viene aperto dalla tensione sul condensatore C3 e quest'ultimo viene alimentato alla base del transistor VT1 attraverso il resistore R1. Il transistor VT1 si sblocca, chiudendo l'elemento di controllo. La tensione ai capi del carico viene mantenuta prossima allo zero, finché il condensatore C3 non viene completamente scaricato attraverso il transistor VT1 e il resistore R9.

Il resistore R2 accelera la scarica del condensatore C2 ed elimina il picco di tensione di uscita dell'unità nel momento iniziale in cui viene spento, prima che il condensatore C1 abbia il tempo di scaricarsi e che i diodi VD10 e il transistor VT1 non si aprano. La comparsa di un'impennata in questo momento è associata a una variazione disuguale delle tensioni agli ingressi dell'amplificatore operazionale e alla comparsa di un salto positivo alla sua uscita.

Per eliminare il picco di tensione in uscita all'accensione, nonché per impedire l'attivazione della protezione in caso di carico capacitivo significativo al momento dell'accensione, vengono utilizzati il ​​condensatore C4, il resistore R5 e il diodo VD16. Nel momento iniziale dopo l'accensione, il condensatore C4 viene caricato lentamente in due circuiti: attraverso il resistore R5 e attraverso il resistore R9 e il diodo VD16. In questo caso, la tensione alla base del transistor VT2 è uguale alla somma della caduta di tensione sul diodo aperto VD16 e della tensione sul condensatore C4. Questa tensione, e quindi la tensione all'uscita dell'alimentatore, aumenterà seguendo la tensione sul condensatore C4 finché lo stabilizzatore non entrerà in regime stazionario. Successivamente, il diodo VD16 si chiude e il condensatore C4 viene caricato solo attraverso il resistore R5 alla tensione massima sul condensatore del filtro C3 e non ha alcun effetto sull'ulteriore funzionamento dell'alimentatore. Il diodo VD15 serve per accelerare la scarica del condensatore C4 quando l'unità è spenta.

Tutti gli elementi, ad eccezione del trasformatore di potenza, dei potenti transistor di controllo, degli interruttori SA1-SA3, dei portafusibili FU1, FU2, delle lampadine H1, H2, del quadrante, dei connettori di uscita e del regolatore continuo della tensione di uscita, sono posizionati su circuiti stampati (Fig. 2).

Potente alimentatore da laboratorio con amplificatore operazionale
Ris.2

La posizione degli elementi è mostrata in Fig. 3., l'aspetto dell'alimentatore - in Fig. 4.

Potente alimentatore da laboratorio con amplificatore operazionale
Ris.3

Potente alimentatore da laboratorio con amplificatore operazionale
Ris.4

I transistor P210A sono montati su un radiatore a forma di ago installato nella parte posteriore del case e avente un'area di dissipazione effettiva di circa 600 cm2. Sul fondo della custodia dove è fissato il radiatore sono praticati fori di ventilazione con un diametro di 8 mm. Il coperchio dell'alloggiamento è fissato in modo tale che tra esso e il radiatore rimanga uno spazio d'aria di circa 0,5 cm di larghezza. Per un migliore raffreddamento dei transistor di controllo si consiglia di praticare dei fori di ventilazione nel coperchio.

Un trasformatore di potenza è fissato al centro del case e accanto ad esso, sul lato destro, un transistor P5A è fissato su una piastra in duralluminio di 2,5x214 cm. La piastra è isolata dal corpo mediante manicotti isolanti. I diodi KD202V del raddrizzatore principale sono installati su piastre in duralluminio avvitate al circuito stampato. La scheda viene installata sopra il trasformatore di alimentazione con le parti rivolte verso il basso.

Il trasformatore di alimentazione è realizzato su nucleo magnetico a nastro toroidale OL 50-80/50. L'avvolgimento primario contiene 960 spire di filo PEV-2 0,51. Gli avvolgimenti II e IV hanno tensioni di uscita rispettivamente di 32 e 6 V, con una tensione sull'avvolgimento primario di 220 V. Contengono 140 e 27 spire di filo PEV-2 0,31. L'avvolgimento III è avvolto con filo PEV-2 1,2 e contiene 10 sezioni: la parte inferiore (secondo lo schema) - 60 e il resto - 11 giri. Le tensioni di uscita delle sezioni sono rispettivamente 14 e 2,5 V. Il trasformatore di potenza può anche essere avvolto su un altro circuito magnetico, ad esempio sull'asta dei televisori CNT 47/59 e altri. L'avvolgimento primario di tale trasformatore viene mantenuto e gli avvolgimenti secondari vengono riavvolti per ottenere le tensioni sopra indicate.

Nell'alimentatore, invece dei transistor P210A, è possibile utilizzare i transistor delle serie P216, P217, P4, GT806. Invece dei transistor P214A, qualsiasi serie P213-P215. I transistor MP26B possono essere sostituiti con qualsiasi serie MP25, MP26 e i transistor P307V con qualsiasi serie P307 - P309, KT605. I diodi D223A possono essere sostituiti con diodi D223B, KD103A, KD105; Diodi KD202V: qualsiasi diodo potente con una corrente consentita di almeno 2 A. Invece del diodo zener D818A, puoi utilizzare qualsiasi altro diodo zener di questa serie.

Gli interruttori SA2 sono biscotti di piccole dimensioni del tipo 11P3NPM. Nel secondo blocco, i contatti di due sezioni di questo interruttore sono messi in parallelo e vengono utilizzati per commutare le sezioni del trasformatore di potenza. Quando l'alimentazione è accesa, la posizione dell'interruttore SA2 deve essere modificata con correnti di carico non superiori a 0,2...0,3 A. Se la corrente di carico supera i valori specificati, per evitare scintille e bruciature dei contatti dell'interruttore, modificare la tensione di uscita dell'unità solo dopo averla spenta. I resistori variabili per una regolazione uniforme della tensione di uscita devono essere selezionati con resistenza in base all'angolo di rotazione del motore di tipo "A" e preferibilmente resistori a filo. Le lampadine a incandescenza in miniatura NSM-1 V-2 mA sono state utilizzate come luci di segnalazione H9, H60.

Qualsiasi dispositivo di puntamento può essere utilizzato con una corrente di deflessione totale del puntatore fino a 1 mA e una dimensione frontale non superiore a 60X60 mm. È necessario ricordare che l'inclusione di uno shunt nel circuito di uscita dell'alimentatore ne aumenta la resistenza di uscita. Maggiore è la corrente della deflessione totale dell'ago del dispositivo, maggiore è la resistenza di shunt (a condizione che le resistenze interne dei dispositivi siano dello stesso ordine). Per evitare che il dispositivo influenzi la resistenza di uscita dell'alimentatore, l'interruttore SA3 durante il funzionamento deve essere impostato sulla misurazione della tensione (la posizione in alto nel diagramma). In questo caso lo shunt del dispositivo risulta chiuso ed escluso dal circuito di uscita.

La configurazione dell'alimentatore si riduce alla verifica della corretta installazione, alla selezione dei resistori degli stadi di controllo per regolare la tensione di uscita entro i limiti richiesti, all'impostazione della corrente di risposta della protezione e alla selezione delle resistenze dei resistori Rsh e Rd per il quadrante. Prima di impostare l'alimentazione, saldare un ponticello corto invece di uno shunt.

Quando si configura l'unità, è collegata alla rete, l'interruttore SA2 e il resistore R41 (vedere Fig. 1) sono impostati nella posizione corrispondente alla tensione di uscita massima (la posizione in alto nel diagramma). Quindi, selezionando il resistore R22, la tensione all'uscita dell'alimentatore viene impostata su 30 V. Il resistore variabile R41 può essere utilizzato anche con un valore diverso nell'intervallo 51...120 Ohm. In questo caso, la resistenza nominale dei resistori R23-R40 viene selezionata in modo che sia inferiore del 5...10% rispetto alla resistenza del resistore R41.

Successivamente, configura il dispositivo di protezione. Per fare ciò, dissaldare uno dei terminali del diodo VD18 e collegare un resistore con una resistenza di 5...10 Ohm con una potenza di almeno 25 W all'uscita del blocco. Quindi la tensione di uscita dell'unità viene impostata in modo tale che la corrente attraverso il resistore, controllata da un dispositivo esterno, sia 2,5 A. Regolando il resistore R17, la protezione viene attivata a questa corrente. Dopo aver completato la configurazione, saldare il diodo VD18 in posizione. Per un funzionamento affidabile della protezione alla tensione di rete minima, viene selezionato il resistore R16. Da questo dipende il processo a valanga che porta allo sblocco dei transistor VT5 e VT6.

Quando si ripete l'alimentazione tenere presente che il filo che va dalla resistenza R24 al filo comune deve essere collegato direttamente al circuito stampato, e non ai terminali del derivatore Rsh o del comparatore PA1. Altrimenti, quando viene collegato un carico, la tensione di uscita dell'unità potrebbe aumentare. Questo aumento può raggiungere 0,3...0,5 V alla corrente di carico massima, a seconda della lunghezza e del diametro del filo che collega il punto di connessione dei resistori R12, R20 con il punto di connessione del condensatore C 12 e dello shunt Rsh. Ciò accade perché la caduta di tensione che si forma sui fili dalla corrente di carico viene applicata in serie con la tensione di riferimento all'ingresso invertente dell'amplificatore operazionale.

Come shunt viene utilizzato un pezzo di filo di manganina o costantana con un diametro di 1 mm. Quando si imposta lo shunt, l'interruttore SA3 viene commutato sulla posizione "corrente" e l'alimentazione viene attivata solo dopo che un pezzo di filo di manganina è stato saldato al posto del ponticello precedentemente installato. In caso contrario, il quadrante contatore PA1 potrebbe guastarsi. In questo caso il dispositivo esterno è collegato in serie al carico, che può essere utilizzato come resistore con una resistenza di 5...10 Ohm, progettato per una dissipazione di potenza di 10...50 W. Modificando la tensione di uscita dell'alimentatore, impostare la corrente di carico su 2...2,5 A e, diminuendo o aumentando la lunghezza del filo di manganina, ottenere le stesse letture dal misuratore PA1. Prima di ogni operazione di modifica della lunghezza dello shunt è necessario ricordarsi di togliere l'alimentazione.

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