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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Einstellbarer Spannungs- und Stromstabilisator. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Überspannungsschutz In der Amateurfunkpraxis ist es bei experimentellen Arbeiten oft notwendig, ein universelles Netzteil zur Hand zu haben. Wenn wir die Anforderungen an eine Stromquelle bei der Entwicklung und Einrichtung analoger und digitaler Geräte zusammenfassen, dann ist es neben hohen Anforderungen an die Qualität der Ausgangsspannung und einen breiten Regelbereich sehr wichtig, dass sie die Funktionen vereint hochwertiger Strom- und Spannungsquellen. Wir machen unsere Leser auf eine der Optionen für ein solches Gerät aufmerksam. Das vorgeschlagene Netzteil ermöglicht den Einsatz sowohl als Spannungsquelle als auch als Gleichstromquelle. Zu den unbestrittenen Vorteilen dieses Geräts gehört neben seiner Vielseitigkeit auch das Vorhandensein eines kontrollierten Kurzschlussschutzes in der „Standard“-Last. Die Stromquelle, deren Schaltung in der Abbildung dargestellt ist, kann die meisten Anforderungen experimenteller Funkamateure erfüllen. Seit mehr als drei Jahren (und in dieser Zeit ist die Stromversorgung noch nie ausgefallen) nutzt der Autor es, nutzt es in Experimenten und baut analoge und digitale Geräte auf und lädt schließlich Autobatterien auf.
Funktional besteht das Netzteil aus zwei voneinander unabhängigen Strom- und Spannungsstabilisierungseinheiten, die auf einem gemeinsamen Ausgangssignal-Steuerelement arbeiten. Betrachten wir den Zweck der Elemente des vorgeschlagenen Geräts. Auf den Dioden VD1-VD4 ist ein Gleichrichter und auf den Kondensatoren C1-C3 ein Glättungsfilter für die Versorgungsspannung aufgebaut. Die Transistoren VT1-VT4 sind ein leistungsstarkes Regelelement, das die Ausgangsspannung und den Ausgangsstrom steuert. Der Einsatz mehrerer parallel geschalteter Transistoren sowie die Aufteilung des Laststroms auf diese ist aus mehreren Gründen sinnvoll. Erstens ermöglicht diese Lösung die Verteilung der Heizpunkte entlang des Kühlkörpers, was dessen Effizienz erhöht und eine Reduzierung seiner Größe ermöglicht. Zweitens können Sie billige Transistoren verwenden, deren maximal zulässiger Kollektorstrom unter dem maximalen Laststrom liegt, ohne die Betriebssicherheit des Geräts zu beeinträchtigen. Die Widerstände R4–R7 sind Anpassungselemente für die Emitterkreise parallel geschalteter Transistoren und ermöglichen eine gleichmäßige Aufteilung des gesamten Laststroms auf Transistoren mit einer großen Streuung elektrischer Parameter. Der Transistor VT5 entspricht dem Eingangswiderstand des Steuerelements und dem Ausgangswiderstand der Transistoren VT6 und VT7. Zur Stromversorgung der Steuereinheit ist ein bipolarer Spannungsregler montiert, der die Dioden VD5 und VD6, die Zenerdiode VD7, den integrierten Stabilisator DA1 und die Kondensatoren C4-C7 verwendet. Die Mikroschaltungen DA2 und DA3 dienen als Referenzspannungsquellen für Steuergeräte für Ausgangsspannung bzw. -strom. Die Wahl der integrierten Spannungsstabilisatoren der KR142-Serie für diesen Zweck erklärt sich aus den für Laborzwecke völlig ausreichenden Parametern dieser Mikroschaltungen, wie einem Spannungs-Temperaturkoeffizienten von weniger als 0,02 %/°C und einem Welligkeitsglättungskoeffizienten von mehr als 30 dB. Und der Einsatz der Serienstabilisierung verbessert die Parameter von Referenzspannungsquellen weiter. Darüber hinaus sind die Einfachheit der Schaltungsimplementierung und die Verfügbarkeit der Elementbasis von großer Bedeutung. Der Repeater am Operationsverstärker DA4.1 kompensiert den Spannungsabfall am Ausgangsstromsensor R17R18 und beseitigt den Fehler bei der Einstellung des Ausgangsstroms, der mit dem möglichen Fluss des Gesamtstroms des Voltmeters PV1, des Widerstandsteilers, durch diese Widerstände verbunden ist der Ausgangsspannung R14R15, dem Ausgangsteiler der Referenzspannungsquelle R11R12 und dem stromverbrauchten Stabilisator DA2. Darüber hinaus bietet die Verwendung eines sehr leistungsstarken Operationsverstärkers DA4.1 zahlreiche Möglichkeiten bei der Auswahl einer Referenzspannungsquellenschaltung. Allerdings ist der Fehler bei der Einstellung des Ausgangsstroms in diesem Fall unbedeutend und beträgt weniger als 20 mA. Wenn ein solcher Fehler nicht grundlegend ist, kann er ignoriert werden, indem der Operationsverstärker DA4.1 entfernt und die zu seinen Eingängen führenden Leiter angeschlossen werden. Der Einsatz dieses Operationsverstärkers kann bei der Umstellung der Quelle auf andere Ausgangsspannungen und -ströme (und damit bei der Neuberechnung des Widerstandswerts der Widerstände R17 und R18) erforderlich werden, wenn sich die Fehlerspannung am Stromsensor bemerkbar macht. Die Operationsverstärker DA4.2 und DA5.1 enthalten Knoten zur Steuerung der Ausgangsspannung bzw. des Ausgangsstroms. Solche Knoten werden in der Amateurfunkliteratur gut vorgestellt und besprochen und auf standardisierte Weise implementiert. Steuersignale von ihnen werden den in Kaskade geschalteten Transistoren VT6 und VT7 zugeführt. Schauen wir uns das Funktionsprinzip am Beispiel eines Stromstabilisators an. Solange der Ausgangsstrom des Netzteils geringer ist als der durch den variablen Widerstand R12 eingestellte (im Vergleich zur Spannung am Stromsensor R17R18), befindet sich das Gerät im Spannungsstabilisierungsmodus, da der Transistor VT7 vollständig geöffnet ist und nicht den Betrieb beeinträchtigen. Wenn versucht wird, den eingestellten Strompegel zu überschreiten, sinkt die Ausgangsspannung, da der Operationsverstärker DA5.1 in den Steuermodus wechselt und den Basisstrom des Transistors VT7 reduziert. In diesem Fall wechselt der Operationsverstärker DA4.2 vom aktiven Modus in den Komparatormodus, öffnet den Transistor VT6 und trennt ihn dadurch vom Steuerkreis. Auf dem Operationsverstärker DA5.2 und den LEDs HL1 und HL2 ist eine Einheit zur Anzeige des Betriebszustands des Netzteils montiert. Abhängig vom Spannungspegel an den Ausgängen der Operationsverstärker DA4.2 und DA5.1 schaltet der Komparator DA5.2 die Ausgangsspannung um und schaltet die entsprechende LED ein. Und da sich das eingeschaltete Netzteil immer in einem Betriebsmodus befindet, was durch das Leuchten einer der LEDs angezeigt wird, ist keine Betriebsanzeige erforderlich. Die Details der beschriebenen Stromversorgung wurden für den dem Autor zur Verfügung stehenden Transformator berechnet und ausgewählt. Mit der im Diagramm angegebenen Elementbasis sorgt der Block für die Regelung der Ausgangsspannung von 0 bis 18 V und des Laststroms von 0 bis 14 A. Bei einer Ausgangsspannung von 15 V und einem Strom von 12 A ergibt sich die doppelte Welligkeitsamplitude 5 mV nicht überschreitet. Elemente der Quelle können leicht neu berechnet werden, um sie an Ihre eigenen Fähigkeiten oder Wünsche anzupassen. Alle Teile des Geräts, mit Ausnahme des Netztransformators T1, der Gleichrichterdioden VD1-VD4, der Transistoren des Steuerelements VT1 - VT4 und VT5, LEDs zur Anzeige der Stabilisierungsmodi HL1 und HL2, variable Widerstände R10 und R12, Stromausgleichswiderstände R4 -R7 und Filterkondensatoren C1-C3, montiert auf einer Leiterplatte mit den Maßen 100x80 mm, aus doppelseitiger Glasfaserfolie mit einer Dicke von 2 mm. Als Kühlkörper für die Transistoren VT1-VT5 und Dioden VD1-VD4 verwendet das Original-Netzteil ein Gerätegehäuse aus 1,8 mm dickem Aluminiumblech. Das Gehäuse ist U-förmig mit einer oberen Abdeckung. Seine Abmessungen betragen 190x170x350 mm. Transistoren und Dioden werden an der Rückwand durch isolierende Glimmerpads mit einer Dicke von 0,05 mm befestigt, die mit der Wärmeleitpaste KPT-8 vorgeschmiert sind. Die Stromausgleichswiderstände R4-R7 sind neben den Transistoren auf vom Gerätekörper isolierten Montagepads montiert. Auf der Frontplatte befinden sich der Netzschalter SA1, die Sicherungen FU1 und FU2, das Amperemeter PA1 und das Voltmeter PV1, darüber sind jeweils die LEDs HL1 und HL2 angebracht. Unter den Messgeräten sind Regler für Ausgangsstrom- und Spannungsstabilisatoren installiert – variable Widerstände R12 und R10. Auf dem Netzteilchassis sind der Netztransformator T1 und die Filterkondensatoren C1-C3 installiert. Der Netzwerktransformator T1 ist werkseitig hergestellt und hat die Seriennummer 4.540.176. Der Magnetkern des Transformators besteht aus W-förmigen Platten PB 40-80. Die Primärwicklung ist mit PEV-2 1,25-Draht gewickelt und enthält 296 Windungen. Die Sekundärwicklung II besteht aus einem Kupferbus PSD 1,8x5 und besteht aus zwei identischen Wicklungen mit 14 Windungen, die in Reihe geschaltet sind. Wicklung III enthält 17 Windungen PEV-2 1,0-Draht. Ein selbstgebauter Transformator ist für die maximale Leistungsaufnahme der Last ausgelegt, zuzüglich vier Watt für die Steuereinheit. Dabei ist zu berücksichtigen, dass im Ruhezustand die Ausgangsspannung der Wicklung III im Bereich von 12,6 bis 14 V liegen und unter Last die oben genannte Leistung (4 W) liefern sollte. Der maximal zulässige Durchlassstrom der Gleichrichterdioden VD1-VD4 muss den maximalen Laststrom überschreiten. Wenn der Strom auf weniger als 10 A sinkt, können Dioden der Serien KD213, KD243 mit beliebigem Buchstabenindex verwendet werden. Oxidfilterkondensatoren C1-C3 - K50-18, es können jedoch auch andere, modernere verwendet werden. Die große Kapazität dieser Kondensatoren ist auf die außergewöhnlich hohe Laststromkapazität zurückzuführen. Ihre Kapazität kann proportional zu diesem Strom verändert werden. Die Transistoren des Steuerelements KT819AM sind durch KT808 oder ähnliche mit einem zulässigen Kollektorstrom von 10 A und ausreichender Verlustleistung austauschbar. Der Transistor KT818AM (VT5) kann durch jeden Transistor der KT816-Serie und der KT817V (VT6, VT7) durch jeden Transistor der KT815- und KT807-Serie ersetzt werden. Zusammen mit den Dioden KD212A (VD5, VD6) ist die Verwendung von KD226 mit beliebigem Buchstabenindex o.ä. zulässig. Kondensatoren C4-C7, C10 - K50-35, C8, C9 -K50-16, C11-C15 - jede geeignete Kapazität für eine Nennspannung von mindestens 25 V. Die Wahl der Mikroschaltungen K157UD2 (DA4 DA5) ist auf ihren hohen zulässigen Ausgangsstrom zurückzuführen, der besonders für den Operationsverstärker DA4.1 wichtig ist, da durch ihn der Strom des DA2-Stabilisators und des Widerstandsteilers R14R15 fließt. Wenn die Anzahl der Mikroschaltungen nicht begrenzt ist, eignet sich anstelle dieser Mikroschaltungen K553UD2 mit entsprechenden Korrekturschaltungen. Wichtig ist, dass die Mikroschaltungen zusätzlich zum zulässigen Ausgangsstrom von mindestens 20 mA über Frequenzkorrekturschaltungen verfügen. Dies liegt daran, dass es aufgrund der großen Phasenverschiebung in der OOS-Schaltung erforderlich ist, die Grenzfrequenz zu verringern, um den Stabilitätsspielraum zu erhöhen. Stromausgleichswiderstände R4-R7 und Stromsensoren R17, R18 - Kabel S5-16M, Variablen R10 und R12 - SP-1 oder andere, die für die Installation auf der Vorderseite des Netzteils geeignet sind. Messgeräte PV1 und PA1 – alle mit einem Gesamtabweichungsstrom von 0,05 bis 1 mA und einer praktischen Skala. Die Version des Autors verwendet M4248.3-Messköpfe mit einem Gesamtabweichungsstrom von 0,1 mA. Bei der Einrichtung eines Geräts, das aus bekanntermaßen guten Teilen zusammengesetzt ist, kommt es vor allem darauf an, die korrekte Installation zu überprüfen. Danach werden die Stellwiderstandsmotoren R10 und R12 gemäß Diagramm auf die niedrigste Position eingestellt und das Gerät auf fehlende Selbsterregung an den Ausgängen der Operationsverstärker DA4.2 und DA5.1 überprüft. Beseitigen Sie es, wenn es auftritt, indem Sie die Kondensatoren C12 und C13 so auswählen, dass ihre Kapazität erhöht wird. Anschließend legen die Widerstände R9 und R11 mithilfe eines Standard-Voltmeters und -Amperemeters die Obergrenzen für die Spannungs- und Stromregelung fest, und die Widerstände R13 und R16 kalibrieren das Voltmeter PV1 und das Amperemeter PA1. Es muss außerdem sichergestellt werden, dass in verschiedenen zulässigen Betriebsarten keine Erzeugung am Verbraucher erfolgt. Das Gerät kann Kurzschlüssen in der Last standhalten, dies sollte jedoch bei Grenzströmen nahe dem Maximum nicht missbraucht werden. Es ist zu beachten, dass die von den Transistoren des Regelelements abgegebene Leistung direkt proportional zur Differenz zwischen der Spannung am Ausgang der Diodenbrücke VD1-VD4 und der Spannung am Ausgang des Netzteils (Spannungsabfall über dem Regelelement) ist Element) und dem Laststrom. Wenn die Ausgangsspannung niedrig ist und der Strom nahe am Maximum liegt, werden etwa 300 W Leistung an den Kühlkörper abgegeben. Zum Schutz vor Überhitzung (wenn die Gehäuseabmessungen für eine gute Kühlung nicht ausreichen) sollte eine zusätzliche Einheit vorgesehen werden, die die Stromversorgung vom Netz trennt. Dies kann entweder ein einfaches elektronisches oder ein elektromechanisches Gerät (Thermorelais auf Basis einer Bimetallplatte) sein. Autor: G. Fedusov, Nischni Nowgorod
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