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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Leistungsstarker bipolarer Spannungsstabilisator für UMZCH. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Überspannungsschutz Der Autor bietet einen bipolaren Versorgungsspannungsstabilisator an, der für Verstärker mit einer Leistung von bis zu 50-100 W pro Kanal geeignet ist. Das Gerät besteht aus leistungsstarken Feldeffekttransistoren, die bei mehreren kurzfristigen Stromüberlastungen arbeiten können. Der Einsatz solcher Stabilisatoren ist bei Verstärkern mit hoher Empfindlichkeit gegenüber Änderungen und Welligkeiten der Versorgungsspannung weitgehend gerechtfertigt, was insbesondere für einfache Verstärker ohne allgemeine Rückkopplung charakteristisch ist. Wie Sie wissen, verwenden einige Designs eine separate Stromquelle, um die leistungsstarke Ausgangsstufe des UMZCH mit Strom zu versorgen, und der Rest des Verstärkers wird von einem Spannungsstabilisator gespeist. Die meisten dieser Netzteile sind unstabilisiert und bestehen aus zwei Vollweggleichrichtern (für Spannungen positiver und negativer Polarität) mit einem Mittelpunkt mit Glättungskondensatoren. Diese ungeregelte Spannung wird vom Rest des Verstärkers nicht genutzt, wenn dieser über zusätzliche Komponenten und einen Signalquellenschalter verfügt (ein vollständiger, „integrierter“ Verstärker). Darüber hinaus verringert die in den meisten UMZCHs verwendete allgemeine Rückkopplung die Empfindlichkeit gegenüber Versorgungsspannungswelligkeiten erheblich. Und wenn die Tiefe der Gesamtrückkopplung gering oder nicht vorhanden ist, können durch akustische Systeme Schwankungen der Versorgungsspannung gehört werden. Eine grundlegende Möglichkeit, Welligkeit und Instabilität zu unterdrücken, besteht darin, die Ausgangsstufen des Verstärkers mit einer stabilisierten Spannung zu versorgen. Allerdings stößt die Verwendung integrierter Stabilisatoren auch auf eine Reihe von Problemen. Tatsache ist, dass solche Stabilisatoren einen relativ großen Spannungsabfall aufweisen. Darüber hinaus verfügen sie meist über eingebaute Strom- und Leistungsbegrenzer, die die Vorteile des Stabilisators im Allgemeinen zunichte machen können. Sie können natürlich einen integrierten Hochleistungsstabilisator verwenden (z. B. mit einem Ausgangsstrom von 10 A), aber die Kosten sind meiner Meinung nach inakzeptabel. Eine Alternative zur Lösung dieses Problems könnte der Einsatz leistungsstarker Feldeffekttransistoren im Versorgungsspannungsstabilisator sein. Diese Transistoren sind übrigens kostengünstig und haben einen niedrigen Leerlaufwiderstand (Hundertstel Ohm) und einen maximalen Strom von bis zu 70 ... 100 A, was es ermöglicht, Stabilisatoren mit einem sehr geringen Spannungsabfall zu entwerfen (nicht mehr als 0,25 V) bei einem Strom von bis zu 20 A . Die Parameter des beschriebenen Stabilisators sind wie folgt. Bei einer Ausgangsspannung von 27 V erreicht sein maximaler Strom 4,5 A. Bei einem solchen Laststrom überschreitet die minimale Betriebsspannung zwischen Eingang und Ausgang 0,25 V nicht. Die Differenz zwischen der Ausgangsspannung des Stabilisators ohne Last und der Spannung bei ein Laststrom von 4,5 A beträgt nicht mehr als 0,15 V, bei einem Strom von 6 A beträgt dieser Unterschied nicht mehr als 0,16 V. Solche Parameter des Stabilisators werden durch die darin verwendeten leistungsstarken Feldeffekttransistoren gewährleistet - IRF4905 (p-Kanal) mit einem maximalen Drainstrom von 74 A und einem offenen Kanalwiderstand von 0,02 Ohm und IRL2505 (n-Kanal) mit a entsprechender Strom von 104 A und einem Widerstand von 0,008 Ohm.
Ein bipolarer Stabilisator besteht aus zwei unabhängigen Spannungsquellen positiver und negativer Polarität (Abb. 1). Der obere Teil der Schaltung bezieht sich auf den Stabilisator mit positiver Polarität und der untere Teil bezieht sich auf den Stabilisator mit negativer Polarität. Zur besseren Vergleichbarkeit unterscheidet sich die Nummerierung der entsprechenden Elemente nur in den Präfixen 1 und 2. Zunächst zu einigen Merkmalen des Stabilisators. Es enthält drei kritische Elemente – die Kondensatoren C2 und C3 und eine Zenerdiode VD1. Die im Diagramm angegebenen Kapazitätswerte der Kondensatoren C2 und C3 stellen gewissermaßen einen Kompromiss dar: Bei ihrer Reduzierung besteht die Möglichkeit einer Selbsterregung des Stabilisators. Eine Erhöhung ihrer Kapazität auf 1 µF führt dazu, dass Welligkeiten, die in der gleichgerichteten Spannung immer vorhanden sind, in den Ausgang des Stabilisators eindringen. Nun ein paar Worte dazu, warum die VD1-Zenerdiode (BZX55-C7V5) mit einer Stabilisierungsspannung von 7,5 V gewählt wurde. Es empfiehlt sich, eine Zenerdiode zu wählen, deren Differenzwiderstand minimal ist (dies beeinflusst die Eigenschaften des gesamten Stabilisators). Von allen Zenerdioden der BZX55-Serie haben die Zenerdioden BZX7-C55V7 und BZX5-C55V8 den niedrigsten Differenzwiderstand (2 Ohm). Wenn die Eingangsspannung des Stabilisators weniger als 20...25 V beträgt, empfiehlt es sich, eine Zenerdiode mit einer Spannung von nicht mehr als 3,3 V zu verwenden (z. B. BZX55-C3V3). Die negative Polaritätsstabilisierungsschaltung mit geringfügigen Änderungen wurde von [1] entlehnt und wurde von mir bereits einmal zur Steuerung der Drehzahl einer Bohrmaschine (mit einer Stromreserve von 20...30 A) verwendet. Im Vergleich zur Schaltung aus [1] ist in der Schaltung in Abb. 1 wurden die Werte einiger Kondensatoren und Widerstände geändert, eine Zenerdiode VD2 wurde hinzugefügt, um das VT2-Gate vor Durchschlag zu schützen, und eine Zenerdiode (VD1) wurde für eine andere Stabilisierungsspannung (7,5 V) verwendet. Die positive Polaritätsstabilisatorschaltung ist ein Spiegelbild der negativen Polaritätsstabilisatorschaltung. Anstelle eines n-Kanals wird ein p-Kanal-Feldeffekttransistor IRF4905 in einem TO-220 (VT2)-Gehäuse anstelle eines Bipolartransistors verwendet der pnp-Struktur - ein Transistor der npn-Struktur BC337-40 oder KT503B (VT1), und die Last des Parallelstabilisators DA1 (TL431CZ im TO-92-Gehäuse) ist in seinem Anodenkreis enthalten. Obwohl dieser Lastanschluss geringer ist Bekanntlich kommt es am häufigsten bei Schaltnetzteilen für Computer vor. Ein paar Hinweise, wie der beschriebene Stabilisator für den Einsatz bei einer Versorgungsspannung von +/-35...45 V modifiziert werden kann. In diesem Fall muss der Widerstandswert des Widerstands R4 (620 Ohm) auf 0,9...1 erhöht werden kOhm, so dass der Strom durch den Stabilisator DA1 (TL431CZ) die Hälfte seines maximalen Stroms von 50 mA nicht überschreitet. Anstelle eines komplementären Transistorpaars BC327/BC337 (Uke max = 45 V, Iktah = 0,8 A, PKmax = 0,6 W) sollte ein Paar mit einer etwas höheren Spannung Uke max verwendet werden. zum Beispiel 2SA1284/2SC3244 (UK3max = 100 V, lKmax = 0,5 A, PKmax = 0,9 W). Es empfiehlt sich, Feldeffekttransistoren auf Kühlkörpern mit großer Kühlfläche zu installieren. Hinzu kommt, dass zum Einstellen der erforderlichen Stabilisierungsspannung die Werte der Widerstände R5, R6 und R7 geändert werden müssen. Für eine Stabilisierungsspannung von 7,5 V empfiehlt sich der Einsatz einer Zenerdiode (BZX55-C7V5). Ich empfehle den Kauf des TL431CZ-Chips von National Semiconductor, Texas Instruments, Vishay, Motorola. Alle Widerstände außer dem Trimmer R6 (SPZ-19A) haben eine Leistung von 0,25 W, Keramikkondensatoren – für eine Spannung von 50 V.
Da ich zwei bipolare Stabilisatorplatinen benötigte (eine für jeden Kanal des UMZCH), habe ich mit dem Programm Sprint Layout 5.0 die Leiterplatte ausgelegt (Abb. 2), ihre Zeichnung auf Pauspapier gedruckt, das zum Drucken mit einem Laserdrucker vorgesehen ist, und habe es mit der von mir in [2, 3] beschriebenen Methode gemacht. Das Aussehen der montierten Platine ist in Abb. 3 dargestellt
Um die Funktion des Stabilisators zu testen, habe ich drei Digitalmultimeter verwendet, von denen zwei die Eingangs- und Ausgangsspannungen des Stabilisators maßen und das dritte im Amperemeter-Modus seinen Ausgangsstrom maß. Hier muss hinzugefügt werden, dass das Diagramm in Abb. 4 wurde zum Testen eines positiven Spannungsstabilisators verwendet. Die Eigenschaften eines negativen Spannungsstabilisators wurden auf ähnliche Weise getestet.
Als Last (R1) wurde ein Keramikwiderstand SQP mit einer Leistung von 20 W und einem Widerstand von 1 Ohm und als R2 ein PE-75-Widerstand mit einer Leistung von 75 W und einem Widerstand von 5 Ohm verwendet. Somit entsprach der Gesamtlastwiderstand (6 Ohm) des Stabilisators einer Gesamtleistung von 95 W. und der Strom beträgt 4,5 A. Beim Testen des Stabilisators habe ich als Stromquelle ein modifiziertes stabilisiertes Netzteil B5-47 verwendet, bei dem die Ausgangsspannung (bis 30 V) bei einem Laststrom von bis zu 4-5 A (bis zu 3 A ohne) bereitgestellt wird Änderung). Um die Strombegrenzung auf 4,59 A zu erhöhen, müssen Brücken zwischen den Kontakten 23, 24, 26 und 50 im Fernbedienungsanschluss an der Rückwand des Geräts installiert und der maximale Stromwert auf 2,99 A eingestellt werden Frontblende Die Ergebnisse der Funktionstests der Stabilisatoren bestätigten deren Parameter vollständig. Die Stabilisatoren verfügen über eine erhebliche Stromreserve und die Belastungsleistung jedes Stabilisators entspricht 121,5 W, also insgesamt 243 W. Wenn die Leistung eines Verstärkerkanals P = 35 W und der Lastwiderstand R = 4 Ohm beträgt, beträgt die Amplitude der Signalspannung U " 17 V und der Strom lm = 4,25 A. Dies bedeutet, dass der Stabilisator vorhanden ist bipolar und besteht aus Stabilisatoren positiver und negativer Polarität, jeder von ihnen muss einen maximalen Strom von 4,25 A liefern. Wenn die Ausgangsspannung des Stabilisators 27 V beträgt und der Strom in der Last 4,25 A beträgt, entspricht das Lastäquivalent einem Widerstand ReKB = 6,35 Ohm. Aus diesem Grund wurde der Stabilisator-Lastwiderstand von 6 Ohm gewählt. Beim Test wurde auch ein echter Netzgleichrichter mit hohem Strom und hoher Welligkeit verwendet (Speicherkondensator mit einer Kapazität von 10000 μF und Gleichrichterdioden DSS 60-0045V (Uobp = 45 V, lmax = 60 A, Upr = 0,35). V/10 A), über eine Brückenschaltung verbunden. Der beschriebene Stabilisator ist auch gegen kurzzeitige Überlastungen beständig. Ich habe es verwendet, um die Drehzahl einer Bohrmaschine einzustellen, bei der der Motoranlaufstrom 20 A erreicht. Somit verfügt der Stabilisator über eine erhebliche Stromreserve, sodass er mit großen Kühlkörpern und in leistungsstärkeren UMZCH verwendet werden kann. Jetzt ein paar Worte zum Einbau und zur Einstellung des Stabilisators im Verstärker Zunächst müssen mit einem Oszilloskop die Mindestwerte der Versorgungsspannung der Ausgangsstufen des UMZCH bei maximaler Last ausgewertet werden. Schließen Sie dazu einen Widerstand mit einem Nennwert gleich dem Wechselstromwiderstand (4 oder 8 Ohm) und einer Leistung, die dem Maximum für den UMZCH entspricht, an den Ausgang des UMZCH an. Legen Sie ein Signal mit einer Frequenz von 34... an. 20 Hz vom Generator 30 zum Verstärkereingang und stellen Sie mit dem Lautstärkeregler den Signalpegel entsprechend der maximalen Verstärkerleistung ein. Als nächstes müssen Sie den minimalen Absolutwert (unter Berücksichtigung der Welligkeitsamplitude) der Versorgungsspannungen bestimmen und die Stabilisierungsspannung mit dem Trimmwiderstand R6 in jedem der Stabilisatoren auf etwa 1 V weniger als diesen Mindestwert einstellen. Bevor ich in jedem der Kanäle des Verstärkers („Idol U-001“) zwei Platinen solcher Stabilisatoren einbaute, habe ich die KD208A-Dioden (Unp = 1 V/1.5 A) in den Brückengleichrichtern der Netzteile durch MBR10100-Schottky-Dioden ersetzt (Unp = 0,45 V/1,5 A) und KD209A-Dioden in einem 30-V-Spannungsstabilisator mit HER503-Dioden. Außerdem wurde die Kapazität der Glättungskondensatoren verdoppelt (sowohl in den Gleichrichtern der Endstufen als auch im 30-V-Stabilisator). Nach dem Einbau der Stabilisatoren in das Gehäuse und dem Einschalten des Verstärkers muss die Balance der Ausgangsstufen für Gleichstrom und anschließend der Ruhestrom leistungsstarker Transistoren überprüft und eingestellt werden Nachdem ich die Betriebsarten der Transistoren der Ausgangsstufen des UMZCH mit installierten Stabilisatoren angepasst hatte, stellte ich selbst bei maximaler Empfindlichkeit und ohne Eingangssignal eine spürbare Abnahme des Hintergrunds fest. Literatur
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