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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Netzteil UKU, 2x51/2x32 Volt. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile Heutzutage stellen viele Liebhaber hochwertiger Klangwiedergabe unabhängig Audioverstärker mit sehr hoher Leistung und einer Ausgangsleistung von bis zu mehreren zehn Watt her. Alle Teile der Verstärkungsstrecke, oft auch Hilfsgeräte, Schalt- und Anzeigeorgane usw., unterliegen einer ständigen Verbesserung. Der Wunsch, maximale Qualitätsindikatoren von UCU zu erreichen, zwingt Designer zunehmend dazu, ihre Positionen in Bezug auf Stromversorgungen zu überdenken. Das ist verständlich, denn bei einem hohen Stromverbrauch können einfachste Anti-Aliasing-Filter nicht mehr für eine zufriedenstellende Stabilität der Versorgungsspannung sorgen, was sich deutlich auf die Klangqualität auswirkt. Bei der Wiedergabe von Signalspitzen können Spannungsschwankungen am Filterausgang 5 V oder mehr erreichen, so dass eine Versorgungsspannungsreserve für den Leistungsverstärker erforderlich ist. Der Spielraum führt jedoch zu einer schwereren Betriebsart der Ausgangstransistoren des Verstärkers und infolgedessen zu einer Verringerung seiner Effizienz und Zuverlässigkeit. Daher bevorzugen immer mehr Funkamateure stabilisierte Stromversorgungen. Darüber hinaus ist es einfach, eine Überlastschutzvorrichtung in den Stabilisator einzubauen, was angesichts der Kosten leistungsstarker Transistoren und der Komplexität ihres Austauschs äußerst wünschenswert ist. Welche Eigenschaften sollte ein hochwertiges Endstufennetzteil haben? Zu den wichtigsten Anforderungen an die UKU-Stromversorgung gehören die Sicherstellung der erforderlichen Ausgangsleistung bei gegebenen Stabilisierungs- und Welligkeitsunterdrückungskoeffizienten, hohe Zuverlässigkeit und Effizienz des Schutzsystems, größtmögliche Einfachheit der Schaltung und Konstruktion, Temperaturstabilität des Schutzsystems usw Stabilisator als Ganzes. Es wurde festgestellt, dass ein Stabilisator, der für die Arbeit mit einem Leistungsverstärker ausgelegt ist, keinen zu hohen Wert für den Stabilisierungskoeffizienten Kst haben muss, was normalerweise zu einer erheblichen Komplikation der Schaltung führt. Wie die Praxis gezeigt hat, funktioniert ein hochwertiger Leistungsverstärker perfekt mit einem Stabilisator mit Kst = 30. Schwankungen der Versorgungsspannung bei der Wiedergabe von Signalspitzen (bei Ausgangsleistung Pout = 60 W) überstiegen nicht 0,2 V und zusätzliche Verzerrungen, die unter diesen Bedingungen bei der Speisung eines NF-Verstärkers aus einer unstabilisierten Quelle üblich sind, traten nicht auf. Betrachten wir die Fragen der Wahl der Versorgungsspannung und des Schwellenwerts des Schutzgeräts. Die Ausgangsspannung Upit (Abb. 1) eines Zweigs der Stromversorgung sollte gleich sein:
wobei Imax der Stromwert A bei maximalem Ausgangsspannungshub ist; Uke us - Sättigungsspannung des Ausgangstransistors, V; Rн – Lastwiderstand, Ohm, Roс – Widerstand des Rückkopplungswiderstands im Emitterkreis des Ausgangstransistors Ohm.
Nehmen wir Rn = 4 Ohm, da dies der typischste Fall für einen leistungsstarken Verstärker ist. Setzt man Zahlenwerte in die angegebene Ungleichung ein, lässt sich leicht überprüfen, dass die Spannung eines Zweigs der Stromversorgung für einen Verstärker mit einer Leistung von 60...80 W im Bereich von 27...33 liegt V. Bleiben wir bei der Frage der Bestimmung der Betriebsschwelle des aktuellen Schutzsystems. Es ist völlig klar, dass diese Schwelle so sein muss, dass eine unverfälschte Signalwiedergabe bei maximaler Ausgangsleistung gewährleistet ist. Andererseits sollte der Schwellenwert den Imax-Wert der Ausgangstransistoren nicht überschreiten. Bekanntlich liegt die Nutzleistung in der Last
von wo
Basierend auf diesem Zusammenhang wurde eine Tabelle der Werte der Ansprechschwelle Iz, des aktuellen Schutzsystems, für verschiedene Werte der Ausgangsleistung erstellt. Die Tabelle entspricht dem Fall, wenn jeder Verstärkerkanal von einem separaten Stabilisator gespeist wird (wenn beide Leistungsverstärker von einer gemeinsamen Quelle gespeist werden, sollte die Ansprechschwelle verdoppelt werden). Ungefähr können Sie Iз = (1,03...1,07)Imax annehmen.
Auf der Grundlage des oben Gesagten – und dies wird durch die Praxis bestätigt – können wir den Schluss ziehen, dass es unangemessen ist, beide Leistungsverstärker aus einer stabilisierten Quelle zu versorgen. Wichtig ist auch die Frage der Wahl der Art des Schutzsystems. Schutzgeräte mit Stromstabilisierung im Notbetrieb können hier nicht eingesetzt werden. Tatsache ist, dass bei geschlossenem Lastkreis in der Regel ein sehr großer Strom durch den Regeltransistor des Stabilisators fließt. Wenn Sie nicht sofort Maßnahmen zur Begrenzung ergreifen, ist ein thermischer Ausfall des Regeltransistors des Stabilisators und danach häufig auch der Ausgangstransistoren des Leistungsverstärkers möglich. Schutzgeräte mit geschlossenem Steuertransistor haben eine relativ geringe, aber durchaus ausreichende Geschwindigkeit. Es gibt zwei Arten solcher Geräte – mit Selbstrückstellung und mit „Trigger-Effekt“. Erstere führen den Stabilisator automatisch wieder in den Betriebsmodus zurück, nachdem die Ursache der Überlastung beseitigt wurde. Letztere lassen den Regeltransistor des Stabilisators geschlossen und er kann erst nach Beseitigung des Unfalls nur durch äußere Einwirkung in den Stabilisierungsmodus zurückgeführt werden. Unserer Meinung nach ist es unerwünscht, selbstrückstellende Geräte zum Schutz eines Leistungsverstärkers einzusetzen. Bei zyklischer Überlastung (z. B. beim Abspielen eines Soundtracks mit maximalem Pegel) wird der Verstärker aufgrund der periodischen Aktivierung des Schutzsystems zeitweise mit Strom versorgt. Dies führt zu einer wiederholten Wiederholung des Einschwingvorgangs im Verstärker, was zu dessen Ausfall führen kann. Bevorzugter sind Geräte mit „Trigger-Effekt“. Sie sind sehr effektiv beim Einrichten, Testen und Reparieren von Verstärkern, wenn die Wahrscheinlichkeit eines Notfalls recht hoch ist. Unter Berücksichtigung aller oben genannten Überlegungen wurde ein Stabilisator entwickelt, dessen Diagramm in Abb. dargestellt ist. 2.
Der Stabilisator erfolgt nach einer Kompensationsschaltung unter Verwendung eines Verbundtransistors im Steuerelement. Beide Arme des Stabilisators sind schaltungstechnisch identisch. Durch den Einsatz einer Zenerdiode D818B im Steuerelement, die über eine negative TKN-Stabilisierung verfügt, konnte die Temperaturdrift der Ausgangsspannung stark reduziert werden. Die Verwendung von Transistoren unterschiedlicher Struktur im Vergleichsgerät (VT4) und im Steuerelement (VT1) führt einerseits dazu, dass Stabilisator-Triggerschaltungen eingeführt werden müssen. Andererseits bietet diese Konstruktion auch einige Vorteile. Insbesondere benötigt das Schutzsystem nur einen kurzen Schaltimpuls, um das Stabilisatorstellelement zuverlässig zu schließen. Dieser Zustand ist sehr stabil und es ist nicht erforderlich, dass der Transistor des VT3-Schutzsystems nach seiner Auslösung ständig geöffnet ist. Der Startkreis ist ein Widerstand R3, der das Steuerelement überbrückt und über die Kontakte K1.1 des Zeitrelais angeschlossen ist (Abb. 3). Im Grundzustand (Stromversorgung stromlos) sind die Kontakte K1.1 und K1.2 des Relais K1 geschlossen. Nach dem Anlegen der Spannung startet der Stabilisator innerhalb von ca. 1 s. Das Relais zieht dann an, die Kontakte öffnen sich und der Auslösekreis wird getrennt.
Bei Überlastung oder Kurzschluss im Lastkreis öffnet der Spannungsabfall am Widerstand R7 den Transistor VT3 leicht. Aus diesem Grund beginnt der Transistor VT4 zu schließen, gefolgt von den Transistoren VT1 und VT2. Ein Spannungsabfall am Emitter des Transistors VT3 führt zu dessen noch stärkerem Öffnen und das Steuerelement schließt lawinenartig (Relais K1 bleibt eingeschaltet). Nachdem das Schutzsystem ausgelöst hat, sind die Ausgangsspannung und der Strom durch den Lastkreis sehr gering. Selbst wenn der Körper des Transistors VT80 auf 2 °C erhitzt wird, überschreiten sie nicht 2 mV bzw. 100 μA. Um den Stabilisator nach Beseitigung der Überlastungsursache in den Betriebsmodus zu versetzen, müssen Sie den Verstärker für kurze Zeit stromlos schalten. In Abb. Die Abbildungen 4 und 5 zeigen experimentell erhaltene grafische Abhängigkeiten der Ausgangsspannung und des Laststroms vom Lastwiderstand bei verschiedenen Werten der Ansprechschwelle des Schutzsystems.
Zur vollständigen Leistungsentkopplung ist für jeden Verstärkerkanal ein eigener Stabilisator vorgesehen. Die Gleichrichter basieren auf einer Vollwellen-Brückenschaltung mit glättenden kapazitiven Filtern. Der Gesamtstromübertragungskoeffizient der zusammengesetzten Transistoren VT1 und VT2 muss mindestens 70000 und der des Transistors VT4 mehr als 100 betragen. Um die Klarheit des Schutzbetriebs zu erhöhen, muss der statische Stromübertragungskoeffizient des Transistors VT3 mindestens betragen 150.
Die Transistoren VT2 und VT6 sind durch isolierende Dichtungen jeweils auf einem Kühlkörper mit einer Nutzfläche von 1000 cm2 installiert. Auf die Dichtungen wird beidseitig wärmeleitendes Gleitmittel aufgetragen. KPT-8 (GOST 19 783-74), wodurch der Wärmewiderstand des Transistorkörpers – Kühlkörper – deutlich reduziert werden konnte. Die Transistoren VT1 und VT5 sind auf Kühlkörpern aus Duraluminium-Eckprofil 15x15 mm mit einer Oberfläche von ca. 10 cm2 montiert. Der Stabilisator verwendet Abstimmwiderstände SP4-1. Kondensatoren C1, C2-KM-5, der Rest - K50-6. Die Widerstände R7, R20 sind drahtgewickelt. Anstelle des KT814V-Transistors können Sie KT816V, KT816G, KT626V, KT626D verwenden; statt KT827V - KT827B; statt KT315G - KT503G, statt KT503E - KT602B, KT603B, KT503B, KT503G, KT3102A - KT3102V, KT3102D, KT3102E; anstelle von KT815V - KT817V, KT817G, KT961A, KT807A, KT807B, KT801A, KT801B; anstelle von KT825V - KT825A, KT825B, KT825G; anstelle von KT361G - KT501E, KT501K, KT502B, KT502G, KT3107B, KT3107I; anstelle von KT502E - KT502G, KT502D, KT501M. Um einen Stabilisator einzurichten, benötigen Sie ein Voltmeter, ein Amperemeter, einen Lastwiderstand mit einer Leistung von 250...300 W (z. B. Rheostat RSP-2); Empfehlenswert ist außerdem ein Oszilloskop mit geschlossenem Eingang und einer Grenzfrequenz von mindestens 1 MHz. Alle Stabilisatorarme werden einzeln eingestellt. Starten Sie den Stabilisator zunächst ohne Last durch kurzzeitiges Zuschalten des Widerstands R3 und stellen Sie mit dem Trimmwiderstand R12 die gewünschte Ausgangsspannung ein. Der Rheostat wird auf maximalen Widerstand eingestellt und über ein Amperemeter an den Ausgang des Stabilisators angeschlossen. Wenn sich die Voltmeterwerte nicht verändert haben, liegt keine Selbsterregung vor. Andernfalls müssen Sie den Kondensator C1 auswählen. Das Schutzsystem wird eingerichtet, indem zunächst der Schieberegler des Trimmwiderstands R8 gemäß Diagramm auf die niedrigste Position gestellt wird. Durch Reduzieren des Lastwiderstands erreichen sie einen Amperemeterwert, der dem Schwellenwert entspricht. Anschließend bewegen sie den Schieberegler des Widerstands R8, bis der Schutz aktiviert wird. Der Rheostat wird in die Position des maximalen Widerstands zurückgebracht, die Stromversorgung des Stabilisators wird aus- und wieder eingeschaltet und der Lastwiderstand wird erneut reduziert, bis der Schutz aktiviert wird. Bei Bedarf wird die Position des Widerstandsschiebers R8 angepasst. Das Schutzsystem muss schnell eingerichtet werden, um den leistungsstarken Transistor des Steuerelements nicht zu überhitzen. Wiederholte Tests haben die hohe Zuverlässigkeit des Stabilisators und die Wirksamkeit des Schutzsystems gezeigt, was die Richtigkeit des Ansatzes beim Entwurf einer Stromversorgung für einen Leistungsverstärker bestätigt. Autoren: E. Mitskevich, I. Karpinovich
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