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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Labornetzteil 5...100 Volt, 200 Milliampere
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile In der Praxis eines Funkamateurs besteht von Zeit zu Zeit Bedarf an einer stabilisierten Konstantspannung, die über den herkömmlichen 5 ... 15 V liegt, die zur Stromversorgung von Geräten auf Mikroschaltungen verwendet werden. In solchen Fällen hilft das beschriebene Gerät. Quellspezifikationen
Eine hohe Stabilität wird durch die Verwendung des KR142EN19A-Chips als Quelle beispielhafter Spannung und Verstärker des Fehlanpassungssignals gewährleistet [1]. Der Stromversorgungskreis ist in Abb. dargestellt. 1. Sein Gleichrichter ist nach dem Schema aufgebaut, wobei die Spannung an den Dioden VD1 und VD2 verdoppelt wird, die durch die Kondensatoren C1 und C2 überbrückt werden, um das Schaltrauschen zu reduzieren. Um die Verlustleistung der Stabilisatortransistoren zu reduzieren, wird beim Betrieb im Bereich von 5 ... 55 V ein Teil der Sekundärwicklung des Transformators T1 durch den Schalter SA2 abgeschaltet.
Der Transistor VT2 dient als Stromgenerator. Die Spannung an seiner Basis wird durch die HL1-LED stabilisiert, der Kollektorstromwert (8 ... 9 mA) wird durch den Widerstand R2 eingestellt. Über einen Teiler der Widerstände R4-R8 wird ein Teil der Ausgangsspannung des Stabilisators dem Steuereingang der DA1-Mikroschaltung zugeführt. Wenn die Spannung hier weniger als 2,5 V beträgt, überschreiten der Anodenstrom der Mikroschaltung und der Kollektorstrom des Transistors VT1 0,4 mA nicht. Dank dieses Transistors, der nach einer Basisschaltung angeschlossen ist, überschreitet die Spannung an der Anode der DA1-Mikroschaltung 3,3 V nicht und die von ihr abgegebene Verlustleistung überschreitet nicht den zulässigen Wert. In diesem Modus fließt fast der gesamte Kollektorstrom des Transistors VT2 in die Basis des Transistors VT4 und öffnet diesen. Die Spannung am Ausgang des Stabilisators und am Steuereingang des DA1-Chips wächst. Wenn dieser 2,5 V erreicht, steigt der Anodenstrom DA1 und damit der Kollektorstrom des Transistors VT1 stark an, der Basisstrom des Transistors VT4 nimmt ab und die Spannung am Quellenausgang stabilisiert sich auf einem bestimmten Niveau durch das Verhältnis der Widerstände der Widerstände R4-R8. Die Ausgangsspannung wird stufenlos über einen variablen Widerstand R5 geregelt, das Einstellintervall wird über den Schalter SA2 gewählt. Der Transistor VT3 ist normalerweise geschlossen. Bei einem Anstieg des Laststroms und des Kollektorstroms des Transistors VT4 auf etwa 250 mA erreicht der Spannungsabfall am Widerstand R10 einen Wert, bei dem der Transistor VT3 öffnet und die HL1-LED überbrückt. Dies führt zu einer Verringerung der Kollektorströme der Transistoren VT2 und VT4. Dadurch wird der Ausgangsstrom des Stabilisators auf den oben genannten Wert begrenzt. Die Funktion des Strombegrenzers kann anhand einer Abnahme der Helligkeit der LED beurteilt werden. Wenn durch die Wirkung des Begrenzers die Spannung am Ausgang des Stabilisators auf etwa 2,7 V abfällt, fließt der durch den HL1R1-Kreis fließende Strom über die geöffnete VD4-Diode zur Last, wodurch sich der Gesamtstrom leicht erhöht durch. Wenn es keine VD4-Diode gäbe, würde sich aufgrund einer Änderung der Polarität der angelegten Spannung der Kollektorübergang des Transistors VT1 öffnen und der durch R1 fließende Strom würde zur Basis des Transistors VT4 fließen. Durch die Verstärkung durch den Transistor VT4 wäre der Anstieg des Laststroms viel größer. Es ist möglich, den Effekt der Stromerhöhung vollständig zu eliminieren, indem eine Diode verwendet wird, die im offenen Stromkreis enthalten ist und den Kollektor des Transistors VT1 mit der Basis des Transistors VT4 und dem Kollektor des Transistors VT2 verbindet. In diesem Fall können die Transistoren VT1 und VT2 jedoch nicht ohne isolierende Dichtungen auf einem gemeinsamen Kühlkörper installiert werden. Sie sollten über den Zweck der Dioden VD5 und VD6 sprechen. Angenommen, der Schalter SA2 befindet sich in der Position „50 ... 100 V“ und am Ausgang ist die Mindestspannung eingestellt (der Schieber des variablen Widerstands R5 befindet sich laut Diagramm in der oberen Position). Nach dem Umschalten des Schalters SA2 in die Stellung „5 ... 55 V“ liegt an den Widerständen R50-R7 eine Spannung von 6 V an, auf die der Kondensator C9 aufgeladen ist, außerdem mehr als die Hälfte davon (ca. 30). V) an den Steuereingang der DA1-Mikroschaltung. Letzterer wird nicht ausfallen, aber durch die internen Schaltkreise des Mikroschaltkreises fällt diese Spannung auf seine Anode und auf den Emitter des Transistors VT1, wodurch dieser geschlossen wird. Dadurch fließt der gesamte Kollektorstrom des Transistors VT2 in die Basis des Transistors VT4 und am Ausgang des Stabilisators erscheint die maximal mögliche Spannung. Leider ist dieser Zustand stabil und der Stabilisator wird nicht in der Lage sein, ihn von alleine zu verlassen. Die Diode VD5 dient dazu, eine solche kritische Situation zu beseitigen. Beim Öffnen begrenzt es die Spannung am Eingang des DA1-Chips auf einen akzeptablen Wert. Durch die richtige Wahl der Stabilisierungsspannung der Zenerdiode VD3 und der Werte der Widerstände R7 und R8 wird sichergestellt, dass die VD5-Diode im normalen Betriebsmodus geschlossen bleibt und die Funktion des Stabilisators nicht beeinträchtigt. Bei einer starken Änderung der Position der Bedienelemente in Richtung einer Verringerung der Ausgangsspannung ist eine Situation möglich, in der aufgrund der langsamen Entladung des Kondensators C7 die Spannung am Emitter des Transistors VT4 „nicht mithält“. mit der Spannung an seiner Basis. Es besteht die Gefahr eines Durchbruchs des Emitterübergangs des Transistors durch eine in entgegengesetzter Richtung angelegte Spannung. Die Diode VD6 verhindert diesen reversiblen, aber unerwünschten Durchschlag. Der Kondensator C7 wird über den Stromkreis VD6, VT1, R3, DA1 entladen. Dank des Widerstands R3 überschreitet der Entladestrom 100 mA nicht. Das Netzteil verwendet einen einheitlichen Transformator TPP271-127/220-50 [2] mit einer Gesamtleistung von 60 W. Solche Transformatoren geringerer Leistung haben zu große aktive Wicklungswiderstände, um in der vorgeschlagenen Vorrichtung zu funktionieren. Um die Spannung an den Sekundärwicklungen des Transformators zu reduzieren, werden die Ausgänge seiner Primärwicklungen auf nicht standardmäßige Weise angeschlossen. Wenn Sie den Transformator selbst herstellen, sollten Sie sich an den Angaben in Abb. orientieren. 1 Leerlaufspannung der Sekundärwicklungen. Die Querschnitte der Wicklungsdrähte müssen so groß sein, dass die Wicklungswiderstände in etwa denen des angegebenen Transformators entsprechen: 1-9 - 56 Ohm, 13-16 -2,3 Ohm, 17-18 -1,3 Ohm. Alle Festwiderstände im Gerät sind C2-23 oder MLT der entsprechenden Leistung, R5 ist PPP-40. Die Kondensatoren C1 und C2 sind aus Keramik für eine Spannung von mindestens 160 V, beispielsweise ist KM-5 der TKE-Gruppe nicht schlechter als M1500. C3, C4, C7 - importierte Analoga von K50-35, C6 - KM-5 oder KM-6, C5 und C8 - K73-17 für eine Spannung von 250 V. Dioden 1N4007 haben ein inländisches Analogon - KD243Zh, Sie können jedes verwenden Dioden für eine Spannung von mindestens 200 V und einen Strom von 300 mA. Anstelle von KD509A können Sie beliebige Dioden mit einem zulässigen Impulsstrom von mindestens 300 mA einbauen. Der Stromübertragungskoeffizient h21e für alle leistungsstarken Transistoren muss mindestens 30 betragen, und dieser Parameter des VT4-Transistors sollte bei einem Kollektorstrom von 200 mA überprüft werden. Die Ersatztransistoren VT1, VT2 und VT4 müssen mit einer maximalen Kollektor-Emitter-Spannung von mindestens 160 V und einem zulässigen Kollektorstrom von mindestens 100 mA (VT1 und VT2) und 1 A (VT4) ausgewählt werden. Transistor VT3 – jede Silizium-PNP-Struktur mit geringer Leistung. LED HL1 – jedes sichtbare Leuchten. Um den Kollektorstrom des Transistors VT2 unverändert zu lassen, wenn die HL1-LED grün oder gelb leuchtet, müssen Sie möglicherweise den Wert des Widerstands R2 leicht erhöhen. Der KR142EN19A-Chip kann durch einen importierten analogen TL431 ersetzt werden. Der Hauptteil der Stromversorgungsteile ist auf einer 50x75 mm großen Leiterplatte aus 1,5 mm dickem Fiberglas untergebracht (Abb. 2, Ansicht von der Seite der Leiterbahnen). Es enthält außerdem einen gemeinsamen Rippenkühlkörper für die Transistoren VT1 und VT2 mit den Abmessungen 20 x 24 x 38 mm. Der VT4-Transistor ist auf einem separaten Rippenkühlkörper mit den Maßen 36x100x140 mm verbaut. Die VD6-Diode ist direkt an die Anschlüsse dieses Transistors angelötet.
Es empfiehlt sich, das zusammengebaute Gerät zum ersten Mal über einen im Labor einstellbaren Spartransformator an das Netzwerk anzuschließen, an dessen Ausgang vorläufig eine Nullspannung eingestellt ist. Der Schieber des variablen Widerstands R5 muss sich in der Position des minimalen Widerstands befinden, der Schalter SA2 - in der Position „5 ... 55 V“. An den Quellenausgang ist ein Voltmeter angeschlossen, das dafür sorgt, dass beim Drehen des Spartransformatorgriffs in Richtung zunehmender Spannung die Voltmeterwerte ansteigen, bei Erreichen von etwa 5 V jedoch auf diesem Niveau bleiben. Wenn ja, können Sie die Eingangsspannung auf den Nennwert von 220 V bringen und die Spannung an einigen Elementen des Geräts überprüfen. An der Kathode der Zenerdiode VD3 sollte sie nahe ihrer Stabilisierungsspannung (3,9 V) liegen, am oberen Anschluss des Widerstands R7 sollte sie laut Schaltung etwa 3,3 V betragen. Der Spannungsabfall am Widerstand R2 sollte etwa 1,1 V betragen. Wenn er größer ist, muss der Wert des angegebenen Widerstands erhöht werden, damit der durch ihn fließende Strom innerhalb von 8 ... 9 mA liegt. Die Widerstände R4, R6, R8 werden in der folgenden Reihenfolge ausgewählt. Mit dem SA2-Schalter in der Stellung „5 ... 55 V“ wird die maximale Spannung am Quellenausgang über den variablen Widerstand R5 eingestellt. Der Widerstand R8 wird so gewählt, dass er etwas über 55 V liegt. Der Schieber des Widerstands R5 wird in eine andere Extremposition bewegt und durch die Wahl des Widerstands R6 beträgt die Ausgangsspannung etwas weniger als 5 V. Anschließend wird Schalter SA2 eingestellt auf die Position „50 ... 100 V“ stellen und Widerstand R4 auswählen, um die vorgegebenen Grenzwerte für die Einstellung der Ausgangsspannung durch Widerstand R5 zu erreichen. Überprüfen Sie unbedingt den Betrieb des Netzteils bei maximaler Belastung. Wenn in irgendeinem Bereich bei maximaler Ausgangsspannung ein Anstieg des Laststroms zu einem Abfall dieser Spannung führt, liegt dies an einer unzureichenden Spannung an der entsprechenden Sekundärwicklung oder einem zu hohen Widerstand der Wicklungen. Ein Milliamperemeter zur Steuerung des Ausgangsstroms kann in den Drahtbruch eingebaut werden, der vom Emitter des Transistors VT4 zu anderen Schaltungselementen (außer der VD6-Diode) führt. Da in diesem Fall neben dem Laststrom auch der Teilerstrom R4-R8 durch das Gerät fließt, sollte bei eingeschalteter Quelle, aber im Betrieb ohne Last, der Milliamperemeterzeiger mit der Stellschraube auf Null gestellt werden. Das Gerät kann mit einem Schalter für die Höhe der Ausgangsstrombegrenzung ergänzt werden (Abb. 3). Der Widerstandswert des eingebrachten Schaltungsteils aus den Widerständen R10-R13 muss so bemessen sein, dass an ihm an der Stromgrenze eine Spannung von ca. 0,6 V abfällt.
Der Spannungsstabilisator lässt sich nach obigem Diagramm für jedes Einstellintervall der Ausgangsspannung mit einer Obergrenze von 50 ... 500 V einfach berechnen. Transistoren (außer VT3) sollten mit etwa der eineinhalbfachen Spannung gewählt werden Marge im Verhältnis zur Maximalleistung. Der Stromgenerator am Transistor VT1 sollte einen Strom erzeugen, der ungefähr dem 1,2-fachen des maximalen Ausgangsstroms des Stabilisators, geteilt durch den Koeffizienten h21e des Transistors VT4, entspricht. Bei einem Nennausgangsstrom von mehr als 1 A ist ein Verbundtransistor als VT4 erforderlich. Ströme durch Widerstand R1 und Teiler R4-R8 können im Bereich von 4 bis 10 mA ausgewählt werden. Ist der Stabilisator für eine feste oder eng einstellbare Ausgangsspannung ausgelegt, können die Dioden VD4 und VD6 entfallen. Literatur
Autor: S. Biryukov, Moskau
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