Приветствую Вас, Гость! Регистрация RSS

Сайт "Cner"

Суббота, 27.04.2024
Главная » Статьи » Другие статьи » Радиолюбительские статьи
Сетевой лабораторный источник питания «СЛИП»
В статье описывается модульный принцип в приложении к построению источников питания. Этот принцип позволяет на основе набора схем отдельных узлов и вариантов их исполнения проектировать и изготавливать источники питания на различные выходные напряжения с регулировкой от нуля и с различными максимальными токами нагрузки. В результате получается простой в изготовлении и достаточно высокого качества источник питания, который может быть выполнен по тем или иным схемам, в зависимости от наличной элементной базы. Соотношение простоты исполнения и качества позволяет рекомендовать подобный источник питания не только радиолюбителям средней квалификации но и начинающим.

На определенном этапе занятий радиоэлектроникой начинающий радиолюбитель приходит к необходимости обзавестись универсальным сетевым источником питания. В первую очередь для экспериментальных работ, например для испытания и налаживания разных устройств на транзисторах и микросхемах, для питания различных электротехнических устройств и для других, самых разнообразных целей, допускающий регулирование выходного напряжения в широких пределах, при значительных колебаниях тока нагрузки.

В настоящее время первым прибором радиолюбителя как правило оказывается недорогой мультиметр с цифровой индикацией или тестер со стрелочным показывающим индикаторным устройством. А источник питания при этом обычно оказывается вторым прибором.

Какой именно источник питания может понадобиться начинающему радиолюбителю зависит от множества самых разнообразных причин. Прежде всего от рода занятий и уровня достигнутой квалификации. Анализируя различные ситуации и потребности можно выделить так называемые лабораторные источники питания, имеющие относительно универсальное назначение и используемые наряду с измерительными приборами. Обычно у радиолюбителей такие источники питания обеспечивают регулируемое выходное напряжение от 0 до (9-12-15) В и максимальный ток в нагрузке от 0,3-0,5 до 1 А.

Подавляющее большинство опубликованных схем обеспечивает выходное регулируемое напряжение не от нуля, а от некоторой величины. В случае использования для построения источника питания интегральных микросхем КР142ЕН12 это напряжение достигает 1,5 В. Но даже это малое напряжение во многих случаях практики оказывается достаточно большим, что очень неудобно. Дело в том, что однажды приобретенный или самостоятельно изготовленный такой источник питания с регулировкой выходного напряжения от нуля, в дальнейшем служит в домашней лаборатории многие десятилетия.

В настоящее время не всегда и не везде можно купить такой источник питания в готовом виде и поэтому часто приходится рассматривать многочисленные возможности самостоятельного изготовления подобного источника питания. Обычно желание обзавестись подобным источником питания совпадает с уровнем знаний и квалификации достаточным для его самостоятельного изготовления по готовой схеме и хорошему ее описанию. Второй важной составляющей является наличие необходимых деталей и материалов или возможностей их приобретения.

Наиболее подходящим для таких условий является модульный принцип построения источника питания. Когда отдельные функциональные узлы могут изготавливаться самостоятельно, последовательно друг за другом и в процессе эксплуатации могут заменяться на более совершенные и более мощные. Наиболее простой и доступной для изготовления является схема показанная на Рис.1, универсального регулируемого от нуля источника питания, неоднократно описанная в радиолюбительской литературе. Она состоит из параметрического стабилизатора напряжения на одном или нескольких последовательно включенных полупроводниковых стабилитронах в качестве источника образцового напряжения. Регулируемого делителя этого напряжения и усилителя постоянного тока со 100% отрицательной обратной cвязью по напряжению, выполненного на одиночном или составном транзисторах, включенных по схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель). В настоящее время существуют мощные биполярные транзисторы по составной схеме обоих типов проводимости, выполненные в одном корпусе.


Самые лучшие описания таких блоков питания приведены в [1, 2] и несколько более простая схема описана в [3]. Однако подобные источники питания обладают невысокими параметрами. В первую очередь коэффициентом стабилизации и уровнем выходных пульсаций напряжения, а также недостаточно малым выходным сопротивлением. В них обычно нет встроенного узла защиты от перегрузок.

На Рис.2 показана функциональная схема предлагаемого вниманию радиолюбителей и не только начинающих, источника питания. Она состоит из выпрямителя А1, обеспечивающего на выходе постоянный ток низкого напряжения, защитного устройства А2, обеспечивающего ограничение максимального тока нагрузки и включенного в общий провод после выпрямителя, источника образцового напряжения (ИОН) А3, регулируемого делителя образцового напряжения А4 и усилителя постоянного тока А5.


Представление источника питания в виде функциональной схемы позволяет выполнить источник питания последовательно по отдельным узлам и в дальнейшем совершенствовать эти узлы независимо от остальных и заменять устаревшие узлы более совершенными. Схема должна быть выполнена на доступных и широко распространенных, недорогих компонентах и должна допускать как различные варианты построения отдельных функциональных узлов, так и различные замены отдельных элементов. Конструктивное исполнение также должно способствовать различным вариантам исполнения схемы источника питания.

На Рис.3 показана полная электрическая принципиальная схема предлагаемого источника питания, удовлетворяющая этим противоречивым требованиям. На первый взгляд схема может показаться большой и сложной. Однако, если начать с изготовления схемы показанной на Рис. 1, рассчитывая в дальнейшем по мере приобретения опыта и практических навыков ее совершенствовать, то можно быстро перейти к схеме Рис. 3 и получить в результате высококачественный источник питания, пригодный для самых разнообразных целей.

                   
К первому блоку А1, выпрямителя относятся, выключатель сети S, предохранители F1 и F2, блокирующий конденсатор С1, трансформатор Т, выпрямительный мост на диодах VD1-VD4, конденсатор емкостного фильтра С3 и индикаторный светодиод VD5 с гасящим резистором R1. Особенностью выполнения трансформатора является наличие электростатического экрана между первичной и вторичной обмотками. Он необходим для того, чтобы ослабить помехи, проникающие к нагрузкам выпрямителя из питающей сети переменного тока. С этой же целью первичная обмотка трансформатора зашунтирована конденсатором С1. В конкретном случае этих технических средств может и не быть, но тогда качество выпрямителя и построенного на его основе источника питания будет заведомо хуже.

В настоящее время радиолюбители обычно используют готовые трансформаторы с обмотками низкого напряжения предназначенные для других целей. Для этого определяют количество витков на 1 вольт по любой из вторичных обмоток, если их несколько и осуществляют переделку трансформатора на необходимые параметры вторичной обмотки. В данном случае необходимо выходное переменное напряжение 19-20 В с током нагрузки в длительном режиме 0,5-1 А. При этом между первичной и вторичной обмотками наматывается слой тонкого провода, который будет выполнять роль электростатического экрана или прокладывается алюминиевая или медная, можно из латуни, фольга. Нужно следить за тем, чтобы не образовался короткозамкнутый виток. Габаритная мощность трансформатора может не превышать 30 Вт. На схеме указаны наиболее распространенные выпрямительные диоды Д226, можно с любой буквой. Оба этих типа диода обеспечивают в схеме выпрямительного моста ток нагрузки до 0,6 А. Вместо них можно применить любые более мощные выпрямительные диоды.

Изготовленный и установленный в корпус выпрямитель может использоваться при дальнейшей работе по макетированию и отладке узлов изготавливаемого источника питания.

Ко второму блоку — А2, блоку защиты, относятся транзисторы VT1, VT2, конденсатор С2 и резисторы R2-R4. Работает он следующим образом. Через резистор R2, выполняющий функции датчика тока, протекает ток нагрузки и на нем падает пропорциональное величине тока напряжение. Когда это напряжение достигнет уровня примерно 0,7 В, соответствующего контактной разности потенциалов для кремниевого P-N перехода, через переход база-эмиттер транзистора VT2 потечет ток и транзистор откроется, что означает уменьшение сопротивления между коллектором и эмиттером этого транзистора.

Через этот транзистор потечет ток базы транзистора VT1, он в свою очередь откроется и зашунтирует цепь базы транзистора VT3 и тем самым будет снято выходное напряжение всего источника питания. Когда короткое замыкание будет устранено и напряжение на резисторе R2 станет меньше 0,7 В транзистор VT2 закроется. Ток заряда конденсатора С2 еще некоторое время будет удерживать транзистор VT1 в открытом состоянии. С его помощью достигается некоторая задержка времени, необходимая для нормальной работы защиты источника питания. По истечении этого времени транзистор закроется и источник питания снова будет готов к работе. Резистор R4 выполняет роль ограничителя тока. Если потребуется изменить значение тока, при котором сработает защита источника питания, то нужно изменить номинал резистора R2. Новое его значение рассчитывается по формуле: R2=0,7/I, где I- максимальное значение тока, выше которого должна срабатывать защита.

На первых порах этого блока в источнике питания может вообще не быть. И источник питания будет нормально работать, но при этом он не будет защищен от перегрузок и коротких замыканий выхода, что чревато выходом из строя источника питания и необходимости его ремонтировать. А может быть наоборот, если изготовление начинается со схемы Рис.1, то блок А2 может быть сразу же введен в этот вариант источника питания. При этом в базовую цепь транзистора VT1 следует ввести резистор аналогичный резистору R7 на Рис.3 и таким же образом подключить блок защиты А2.

Третий блок А3 - источник образцового напряжения, выполнен на микросхеме А типа КР142ЕН8Б с выходным стабилизированным напряжением около 12 В. Для того чтобы получить напряжение 15 В в цепь общего вывода микросхемы включены стабилитрон VD6 и диод VD7. А с помощью резистора R5 устанавливается величина тока через стабилитрон на уровне от 12 до 20 мА.. Общий ток в этой цепи складывается из тока собственного потребления микросхемы и тока через резистор R5. В том случае, если будет использована микросхема КР142ЕН8В с выходным напряжением около 15 В, то включать дополнительные диоды нет необходимости. А если будет использована микросхема КР142ЕН8А с выходным напряжением около 9 В, то стабилитрон VD6 должен быть типа КС156 или КС456 с напряжением стабилизации 5,6 В.


Из числа отечественных микросхем для построения ИОН можно использовать интегральные микросхемы типов КР142ЕН12 и КР142ЕН1 или КР142ЕН2. Схема включения КР142ЕН12 общеизвестна и проста и поэтому не приводится. С ее помощью можно получать образцовое напряжение уровнем от 1,5 до 37 В. Микросхема КР142ЕН1 позволяет получать образцовое на пряжение от 2,5 до 12 В, а КР142ЕН2 от 12 до 30 В. На Рис.4 показана схема включения КР142ЕН2 для получения напряжения 15 В. Эта же схема пригодна и для КР142ЕН1, но с меньшим выходным напряжением. Резисторы R1 и R2 обеспечивают защиту по превышению входного напряжения, поэтому можно в принципе обойтись без них.

Кроме отечественных микросхем можно использовать маломощные стабилизаторы напряжения зарубежного производства, в соответствии с особенностями их применения. Особенно рекомендуются для использования специализированные микросхемы источников образцового напряжения. С помощью подбора одного резистора можно выставить необходимое образцовое напряжение . Нужно только следить за тем, чтобы нагрузочная способность применяемой микросхемы обеспечивала необходимый ток нагрузки в несколько миллиампер, необходимых для конкретной конструкции.

В том случае если нет в наличии никаких микросхем и нет возможностей их приобрести, то можно выполнить ИОН на транзисторах. Схемы показаны на Рис. 5,6. Вполне возможно выполнение ИОН по другим схемам, но при этом следует иметь ввиду, что от качества ИОН во многом зависит качество работы всего источника питания.

В схеме на Рис.6 использован презиционный стабилитрон Д818Е. Вместо него можно использовать и другие стабилитроны типов КС162А, КС168А, КС175А, КС182А, КС191А, КС170А. Можно также использовать стабилитроны Д818 с любой буквой, но последовательно с ним в прямом направлении следует включить кремниевый диод любого типа с целью термостабилизации. Аналогично можно использовать и обычные стабилитроны, но результаты при этом будут заведомо хуже. Если напряжение стабилизации, использованного стабилитрона сильно отличается от 9 В следует подобрать сопротивления делителя напряжения R3, RP, R4 так, чтобы получить нужное выходное напряжение.

Блок А4 осуществляет преобразование образцового напряжения одного постоянного уровня в регулируемое напряжение и представляет собой делитель напряжения, выполненный на переменном резисторе RP. Номинал этого резистора некритичен и может быть выбран в интервале 2-10 кОм. Конденсатор С4 обеспечивает подавление высокочастотных шумов. Резистор R7 развязывающий. А с помощью резистора R6 устанавливается уровень начального напряжения на выходе источника питания. На Рис.7 показан вариант двойной регулировки выходного напряжения. С помощью сдвоенного переменного резистора RP1 осуществляется грубая установка выходного напряжения, а с помощью RP2 осуществляется плавная или точная установка выходного напряжения.

Блок А5 усилитель постоянного тока выполнен на транзисторах VT3 и VT4 и представляет собой усилитель постоянного тока на транзисторах с коэффициентом передачи по напряжению равным 1, охваченный 100% отрицательной обратной связью по напряжению. За основу при его разработке взята схема описанная в [4,5]. Наибольшие затруднения могут быть в приобретении транзистора КТ853. Вместо него можно использовать любой транзистор типа P-N-P, составной, мощный. Например, типа КТ852, КТ825, КТ973. Если же найти один из этих транзисторов не удастся, то можно использовать схему составного транзистора, показанную на Рис.8, или использованную в [5]. На Рис.1 и Рис.3 показаны наиболее простой и наиболее сложный варианты построения источника питания с соответственно наиболее низкими значениями параметров и наиболее высокими, оба варианта выполнены по функциональной схеме Рис.2. Можно использовать любую комбинацию построения отдельных блоков, показанные на этих рисунках и источник питания будет работоспособным.

Однако рекомендуется для начинающих радиолюбителей начать с изготовления схемы Рис.1 и затем последовательно совершенствовать исполнение отдельных узлов до тех пор пока не получится один из вариантов схемы Рис.3. Сразу изготавливать эту схему могут только радиолюбители уже обладающие некоторой практикой и опытом. Схема Рис.3 правильно собранная из заведомо исправных компонентов начинает работать сразу же. Нужно только установить начальный уровень выходного напряжения подбором номинала резистора R6.


С указанными на схеме номиналами и типами элементов источник питания обеспечивает в нагрузке ток около 0,6-0,7 А и напряжение от 0 до 15 В. Более квалифицированные радиолюбители могут по этой схеме изготавливать другие источники питания на меньшие и большие токи нагрузки и максимальные выходные напряжения. Но они должны правильно выбирать необходимые типы элементов и их параметры в соответствии с желаемыми выходными параметрами источника питания.

На рисунках приведены схемы обеспечивающие стабилизацию положительного напряжения. Можно изменить типы проводимости транзисторов на противоположные, а также изменить включение всех других полярных элементов и построить стабилизатор отрицательного напряжения. В том числе могут быть использованы интегральные стабилизаторы отрицательного напряжения типов КР142ЕН10, КР142ЕН11.


            Рис. 9. Вид на внутренний монтаж источника питания.


      Рис. 10. Внешний вид источника питания.

На Рис. 9 и 10 показаны вид на внутренний монтаж и внешний вид источника питания, подобного типа, выполненного с источником опорного напряжения по схеме Рис. 4. Выходное напряжение от 0 до 24 В. Ток нагрузки до 200 мА.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. В.Фролов. Блок питания.- Радио 1971, №11, с. 46-48, 3 с. вкл.
2. А.Правиков. Стабилизированный источник питания.- В помощь радиолюбителю. Вып. 48.: ДОСААФ, 1975, с. 36-39.
3. В.Борисов. Стабилизированный блок питания.- Радио, 1979, №6, с. 54-55.
4. Ю.Клюев, С.Абашев. Стабилизатор напряжения. -Радио, 1975, №2, с. 23.
5. А.. Хорохорин. Синтезатор музыкальных ритмов.- Радио, 1980, № 5, с. 48, Рис.3.

© E. Trank 2006 -2014 г.
Категория: Радиолюбительские статьи | Добавил: cner (20.01.2015)
Просмотров: 10445 | Рейтинг: 3.5/2