Схема надійного лабораторного блоку живлення з регульованим вихідним напругою від 0 до 20В. Відносну складність пропонованого пристрою компенсують поліпшені (в порівнянні з аналогічними приладами) параметри і споживчі якості. Рекомендації автора дозволяють як спростити при бажанні конструкцію, так і ввести в неї додаткові функції.
У порівнянні з вже описаними в журналі Радіо подібними пристроями пропонований джерело живлення, на мій погляд, має ряд переваг:
- по-перше, на відміну від запропонованих раніше варіантів управління інтегральної мікросхемою КР142ЕН12А, стабілізатор напруги охоплений загальною ланцюгом зворотного зв'язку;
- по-друге, вимірювальний резистор струму навантаження включений безпосередньо на виході пристрою, тому вимірюється фактично споживаний навантаженням струм.
Крім того, джерело живлення не містить ручних перемикачів меж вихідної напруги. Замість цього в ньому встановлений автоматичний тріністорний перемикач, коммутирующий вторинні обмотки трансформатора в залежності від вихідної напруги.
Таким чином, зменшена потужність, що розсіюється регулюючим елементом стабілізатора при малих вихідних напругах або при перевантаженні по струму.
Принципова схема
Джерело живлення містить світлодіодний індикатор режиму роботи, який дозволяє чітко фіксувати момент переходу з режиму стабілізації напруги в режим стабілізації струму, і навпаки. І нарешті, він не вимагає збірки елементів для точного встановлення нульового вихідного напруги. Його схема показана на рис. 1.
Пристрій містить вузол вимірювання вихідної напруги на мікросхемі DA7, регульований стабілізатор напруги (DA5, DA6) вузол обмеження струму (DA2) вузол індикації (DA3) вузол перемикання обмоток трасформатора (DA8, VS1) і допоміжне джерело живлення (DA1 DA4).
Мережевий трансформатор Т1 має три вторинних обмотки, дві з яких (II і ІГ) використовують для живлення навантаження і формування напруги +24 В для живлення стабілізатора а третя (III) -щоб одержати напруги -6 В.
Випрямні діодні мости VD5-VD8 і VD1 VD4 включені послідовно тому на виході першого з них діє напруга близько 13 В, а на виході другого 26 В. З виходу одного з мостів напруга надходить через діод VD9 або тринистор VS1 на згладжують конденсатори С6 і С7, а далі - на інтегральний стабілізатор DA5.
Рис. 1. Принципова схема лабораторного джерела живлення 0-20В.
Керуюча напруга на вьводе 17 цієї мікросхеми формують ОУ DA6 і підсилювач струму на транзисторі VТ4 На неінвертуючий вхід ОП подають напругу зі змінного резистора R8, яким встановлюють необхідне вихідна напруга. На інвертується вхід приходить сигнал з диференціального підсилювача, виконаного на ОУ DA7.
Цей підсилювач формує напругу, пропорційне вихідного. Необхідність такого вузла продиктована тим, що послідовно з навантаженням включений вимірювальний резистор R20 невеликого опору Коефіцієнт передачі підсилювача дорівнює 0,33, тому напруга на його виході знаходиться в межах 0. 6,6 В при зміні вихідної напруги джерела від 0 до 20 В.
ОУ DA6 виробляє такий сигнал, щоб різниця значень напруги на його входах дорівнювала нулю. Таким чином здійснюється стабілізація вихідної напруги. Конденсатор С17 усуває самозбудження ОУ.
Напруга на резисторі R20 порівнюють з напругою, що знімається з дільника R4-R6. Якщо напруга на резисторі R20 менше, ніж на движку змінного резистора R5 на виході компаратора DA2 - напруга близько 23 В Ді од VD11 в цей час закритий.
Як тільки струм навантаження досягне межі, встановленої резистором R5 напруга на виході ОУ DA2 знизиться, що призведе до відкривання діода VD11 і зменшення напруги на резисторі R8 Таким чином, змінюється "завдання" стабілізатора напруги, і його вихідна напруга зменшується до рівня, при якому струм навантаження дорівнює току обмеження. Самозбудження ОУ DA2 запобігає конденсатором.
В результаті зменшення напруги на виході ОУ DA2 відбудеться перемикання тригера Шмітта DA3 на його виході з'явиться напруга, близьке до живить (+23 В) Світлодіод HL1 повідомить про перевантаження червоним світінням Після виходу пристрою з режиму обмеження струму тригер Шмітта переходить в початковий стан.
Негативна напруга на його виході (близько -5 В) призведе до того що діод VD12 закриється, а транзистор VТ2, який включає зелений кристал світлодіода HL1, відкриється Діод VD12 при цьому захистить червоний кристал від пробою зворотним напругою.
Застосування окремого ОУ для індикації режиму роботи дозволило домогтися чіткої фіксації моменту переходу в режим стабілізації струму або напруги. Дійсно, в робочому стані (в режимі стабілізації напруги) на інвертується вхід ОП DA3 надходить напруга близько 23 В а поріг перемикання тригера Шмітта - 19 В тому на його виході буде низький рівень (-5 В).
При переході в режим обмеження струму напруга на вході інвертується ОУ DA3 стає рівним (без урахування його падіння на діоді VD11) напрузі в точці з'єднання резисторів R7 і R8, яка не перевищує 7-8 В. На виході ОУ DA3 при цьому виявиться напруга високого рівня (+23 В). Резистор R11 забезпечує гістерезис близько 0,2 В для більш чіткої роботи вузла індикації.
На ОУ DA8, також виконує функцію тригера Шмітта, зібраний вузол комутації вторинних обмоток трансформатора. На його вхід (висновок 2 ОУ DA8) надходить сигнал, пропорційний напрузі на вихідних роз'ємах XS1 і XS2 джерела живлення. Якщо воно менше 9 В, на виході ОУ - напруга близько 23 В і тринистор VS1 закритий. Напруга на вхід стабілізатора DA5 надходить через діод VD9 з обмотки II 'трансформатора.
Коли вихідна напруга перевищить 9 В, тригер на ОУ DA8 переключиться, що призведе до послідовного відкриванню діода VD15, транзисторів VТ6, VТ5 і VТ1, а слідом за ними і тринистора VS1. Тепер напруга на мікросхему DA5 надходить з двох послідовно з'єднаних обмоток II і ІГ трансформатора. Діод VD9 закритий доданим до нього зворотною напругою.
Ширина "петлі гистерезиса" тригера Шмітта по вихідній напрузі блоку живлення -близько 2 В, тому коли вихідна напруга зменшується до 7 В тринистор VS1 закривається і відключає обмотку II. При переході в режим стабілізації струму або при замиканні на виході описаний вузол також може тимчасово відключити одну обмотку трансформатора, зменшивши, таким чином, потужність, що розсіюється мікросхемою DA5.
Двополярної напруги харчування для операційних підсилювачів і транзисторів формують інтегральні стабілізатори DA1 і DA4. Напруга для ис точніка 6 У надходить з від слушною обмотки III трансформа ора, а для джерела +24 В -з двох послідовно з'єднаних обмоток II і ІI '.
Діод VD13 перед сглаживающим конденсатором С1 введений, щоб напруга на аноді тріністора VS1 було пульсуючим. Це необхідно для закривання тринистора після зняття керуючого впливу.
Після відключення джерела живлення від мережі, особливо при високоомній навантаженні конденсатори С6 і С7 розряджаються довше, ніж пропадають напруги +24 В і -6 В. Тому керуючий вхід (висновок 17 стабілізатора DA5 виявляється непідключеним, регулюючий транзистор цієї мікросхеми повністю відкривається і на виході може з'явитися напруга до 30 В. Щоб цього не відбувалося, в пристрій введені транзистор VТЗ і дільник напруги R15R16.
У звичайному режимі цей вузол не впливає на роботу стабілізатора, оскільки до бази транзистора докладено закриває напруга близько -5 В. Після відключення живлення і зникнення напруги -6 В транзистор відкривається, поєднуючи із загальним проводом висновок 17 мікросхеми DA5, і напруга на її виході знижується до 1,2 В
Недолік такого захисту полягає в наступному: в разі коли на виході пристрою встановлено напруга менше 1,2 В, при відключенні харчування вихідна напруга не знижується, а навпаки, зростає. Це слід враховувати при роботі з малим вихідним напругою і відключати навантаження від джерела раніше, ніж сам джерело від мережі.
Деталі й друкована плата
Більшість деталей пристрою змонтовано на друкованій платі, креслення якої показаний на рис. 2. Мікросхему DA5 необхідно встановити на тепловідвід. Провід, що йдуть до вимірювального ланцюга, підключають безпосередньо до роз'ємів XS1 і XS2.
Рис. 2. Друкована плата лабораторного джерела живлення 0-20В.
Мікросхеми КР140УД708 замінні на КР140УД608 або К140УД6, К140УД7. На місці DA6 може бути встановлений ОУ К140УД6. Мікросхема КР142ЕН5Б замінна на КР142ЕН5Г, а КР142ЕН9Б - на КР142ЕН9Д або КР142ЕН9І.
Допустима заміна КР142ЕН12А на КР142ЕН12Б, але при цьому максимальний струм джерела живлення не повинен перевищувати 1 А. Транзистори VТ3 і VТ5 - КТ3102А-КТ3102В, КТ3102Д або КТ315В-КТ315Е. КТ315Р; VТ1, VТ2, VТ4 і VТ6 - КТ3107А-КТ3107Д, КТ3107І, KT3107K або КТ361В-КТ361Е. Тринистор VS1 - КУ202В-КУ202Н. Замість діодів FR207 можна встановити вітчизняні серії КД226. Діоди VD13 і VD14 - будь-які серій КД 105, КД208 або КД209.
На місці діодів VD11, VD12 і VD15 крім зазначеного на схемі, можуть працювати КД521А-КД521В. Світлодіод HL1 замінимо будь-яким з керованим кольором світіння, розрахованим на струм 10 ... 20 мА.
Трансформатор - ТС-40-2 або інший, що забезпечує на обмотках II і II напруга 12 ... 15 В при струмі до 1.5 А, а на обмотці III - напруга близько 10 В Постійні резистори (крім R20) -МЛТ-0,125 змінні R5 і R8 -СПЗ-ЗОА. Резистор R20 виготовлений з відрізка ніхромового дроту діаметром 0,5 мм і довжиною 15 см. Намотаного на резистор МЛТ-2 опором 7,5 кОм.
Оксидні конденсатори - К50-35, К50-40, решта - КМ, К10-17. Пари резисторів R18, R22 і R19, R23 бажано підібрати з найменш відрізняються опорами, причому саме це значення некритично - цілком допустимо використовувати звичайні резистори з допуском 10%.
Налагодження блоку харчування
Налагодження пристрою полягає в основному в добірці елементів визначають межі зміни напруги і струму. Підключивши до роз'ємів XS1 і XS2 вольтметр постійного струму і встановивши движок змінного резистора R5 в верхнє за схемою положення, переконуються, що при повороті движка резистора R8 напруга змінюється від 0 до 20 В. Верхня межа можна встановити підбором резистора R7.
Слід також проконтролювати напругу на конденсаторах С6 і С7 При вихідній напрузі менше 7-9 В конденсатори повинні бути заряджені до напруги 15-18 В, а при більшій вихідній напрузі - до 30. .35 В.
Далі підключають до виходу джерела живлення амперметр на максимальний струм не менше 2 А, а движок змінного резистора R8 встановлюють в середнє положення (движок резистора R5 в верхньому по схемі положенні). При підключенні амперметра колір випромінювання світлодіода HL1 повинен відразу ж змінитися з зеленого на червоний.
Якщо цього не відбулося і струм замикання не перевищує 1,5 або 1 А (в залежності від типу мікросхеми DA5), значить, вбудовані елементи за-щі и цієї мікросхеми включилися раніше вузла обмеження струму на ОУ DA2. Цей конфлікт можна усунути зменшенням ємності конденсатора С15 або збільшенням ємності конденсатора С16.
Підбором резисторів R4 і R6 встановлюють відповідно верхній і нижній межі зміни струму обмеження при крайніх положеннях движка змінного резистора R5. Необхідно також переконатися, що система обмеження струму працює при верхньому по схемі положенні движка резистора R8, а напруга на конденсаторах С6 і С7 в цьому випадку не перевищує 20 В. На цьому налагодження пристрою закінчено.
Рис. 3. Схема вузла індикації.
При відсутності світлодіода з управля емим кольором світіння його можна замінити двома різного кольору, наприклад, з серії АЛ307, виключивши при цьому елементи VТ2, VD12, R13 і зібравши вузол індикації як показано на рис. 3.
Вузол індикації можна забезпечити високий ступінь спрощення, виключивши ОУ DA3, резистори R9-R11 і включивши світлодіод червоного кольору випромінювання послідовно з діодом VD11. Але в цьому випадку яскравість світіння буде залежати від перевантаження по струму і момент переходу пристрою в режим стабілізації струму помітити буде складніше.
І нарешті, коротко про те, як зменшити вплив опору провідників, що з'єднують джерело живлення з навантаженням. Для цього необхідно підключати навантаження Rн (рис. 4) чотирма проводами. Два з них - силові, інші два, з'єднані з роз'ємами XS3 і XS4, підключені до вимірювального ланцюга і можуть мати менший перетин.
Додатково слід встановити резистори R31 і R32, які убезпечать навантаження від перевищення напруги в разі обриву провідників зворотного зв'язку.
Рис. 4. Підключення навантаження чотирма проводами.
При чьотирьох способі включення навантаження доцільно також зменшити напругу зсуву ОУ DA6, ввівши підлаштування резистор R33 опором 1-10 кОм, як показано на рис. 5.
Встановивши движок змінного резистора R8 в нижнє за схемою становище підлаштування резистором R33 встановлюють на виході джерела живлення нульове напруга з точністю до часток милливольта.
Рис. 5. Подстроєчний резистор в схемі.
Для захисту ОУ DA2 послідовно а ланцюг його инвертирующего входу рекомендуємо включити резистор coпротівленіем близько 1 кОм.
А. Шитов, г. Иваново. Р-06-2000.