Лабораторный источник постоянного напряжения и тока

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

тот лабораторный источник питания радиоаппаратуры - результат практической деятельности небольшой группы ребят из подросткового радиотехнического клуба "Радар" (г. Пенза). Он представляет интерес для тех, кто занимается разработкой аппаратуры на операционных усилителях и современных микросхемах, требующих одно- и двуполярного напряжения питания, регулируемого в достаточно широком диапазоне.

Особенностью этого лабораторного источника питания является узел защиты. Известно, что для некоторых микросхем, рассчитанных на питание от источника двуполярного напряжения, недопустима ситуация, когда одно из них отсутствует. Для исключения таких ситуаций в предлагаемом блоке предусмотрена система защиты, блокирующая работу любого из плеч питающего устройства при замыкании в другом плече. После устранения причины замыкания источник питания автоматически переходит в нормальный режим работы.

Технические характеристики устройства

• Пределы регулирования выходного напряжения, В......+1,25...18
• Интервал регулирования ограничения тока нагрузки, А......0,01...1,2
• Уровень пульсаций в режиме источника тока при Iн=0,1 А, мВ......10
• Напряжение порога срабатывания устройства блокировки, В......1

Параметры устройства в режиме источника напряжения соответствуют справочным данным на используемые в нем микросхемные стабилизаторы напряжения [1, 2].

Конструктивно оно состоит из двух функционально законченных блоков: двуполярного источника питания нагрузок и узла защиты от замыкания, смонтированных на отдельных печатных платах.

Схема первого из этих блоков показана на рис. 1. Обмотки II и III сетевого трансформатора Т1, диодные мосты VD1 - VD4 и VD5 - VD8 образуют источник двуполярного нестабилизированного напряжения +23...24 В, питающего все узлы и блоки устройства. Источником питания микросхемы DA1 по ее минусовому выводу служит стабилизатор напряжения R11VD14, а микросхемы DA3 - стабилизатор R1VD9.

По функционированию и схемотехнике оба плеча источника питания симметричны, поэтому более подробно рассмотрим работу лишь одного из них - плюсового.

Нестабилизованное однополярное напряжение (не более +25 В), пульсации которого сглаживают конденсаторы С1 и С2, через измерительный резистор R5, входящий в измерительный мост, образованный резисторами R2.1 - R5 и стабилитронами VD10 и VD11, подается на вход (вывод 2) микросхемного стабилизатора DA2 с выходным напряжением, регулируемым переменным резистором R10. Питание измерительного моста обеспечивает источник тока, выполненный на полевом транзисторе VT1.

Пока выходной ток стабилизатора меньше установленного значения, падение напряжения на резисторе R5 мало, напряжение на прямом выходе DA1 больше, чем на инверсном, и на выходе 6 ОУ напряжение близко к +21 В. Диоды HL1 и VD13 закрыты и не оказывают влияния на работу стабилизатора DA2.

Если выходной ток становится равным пороговому значению, установленному резистором R2.1, в работу включается измерительный мост. ОУ DA1 переходит в линейный режим, при котором выполняется равенство

UR2.1 + UR3 = UR5 + Uст VD10.

В таком случае выходное напряжение плеча будет зависеть от напряжения на выходе ОУ, который в свою очередь отслеживает падение напряжения на резисторе R5, т. е. ток нагрузки, при котором выполняется указанное выше равенство. Следовательно, при выполнении соотношений R3/R4 = 1 и Uст VD10 = Uст VD11

Iн = R2.1/R4.Uст VD11/R5.

Этой упрощенной формулой можно воспользоваться, если возникнет необходимость пересчитать параметры измерительного моста с учетом имеющейся элементной базы или иных требований. Для более точного отслеживания меньших токов нагрузки сопротивление резистора R5 желательно увеличить. При этом соответственно снизится верхний предел ограничения тока нагрузки.

Принципиально так работает и минусовое плечо источника питания.

Схема блока защиты устройства от замыкания на его выходе или в нагрузке приведена на рис. 2. При подаче на его входы двуполярного выходного напряжения транзисторы VT4 и VT7 открываются и тем самым шунтируют: транзистор VT4 - цепь, образованную светодиодом HL3, резистором R25 и излучающим диодом оптрона U1, а транзистор VT7 - цепь HL4, R29 и светодиод оптрона U2. Транзисторы VT3 и VT6 в это время закрыты. Такое состояние элементов этих цепей системы защиты соответствует работе устройства без замыканий в его внешних цепях.

Предположим, что замыкание произошло в нагрузке, подключенной к выходу плюсового плеча источника питания. В таком случае транзистор VT4 закрывается. Это приводит к открыванию транзистора VT6 (через стабилитрон VD24 и резистор R30), что исключает взаимную блокировку системы защиты. Транзистор VT7 после блокировки минусового плеча остается открытым током, поступающим в его базу через резистор R27 и диод VD23. Одновременно открываются светодиод HL3, сигнализируя о возникновении замыкания в цепи +Uвых, и излучатель оптрона U1. В результате резко возрастает ток фотодиода этого оптрона, открывается транзистор VT8 и током коллектора блокирует работу стабилизатора DA4 минусового плеча устройства.

Так работает и аналогичная часть блока защиты при замыкании в нагрузке минусового плеча устройства. Порог же срабатывания блока защиты по напряжению определяется суммарным падением напряжения на диоде VD19 (VD22), эмиттерном переходе транзистора VT4 (VT7), резисторе R20 (R26) и в нашем случае составляет примерно 1 В. Повысить напряжение срабатывания можно заменой диодов соответствующими стабилитронами и подбором резисторов R20 и R26 по надежному открыванию транзисторов VT4, VT7.

Поскольку напряжение на выходе блокированных стабилизаторов DA2 и DA4 не превышает 1,3 В, резисторы R21, R23, R24, диод VD20, стабилитрон VD21 и транзистор VT3 плюсового плеча, а также аналогичные элементы минусового плеча можно исключить, так как взаимной блокировки плеч не произойдет. Предусмотрены же эти элементы для случая, когда необходимо повысить (для минусового плеча - уменьшить) напряжение порога срабатывания защиты. При этом желательно предусмотреть отключение от него и питающего напряжения %10 В. Иначе невозможно установить выходное напряжение меньшее, чем значение порога срабатывания, поскольку блок защиты будет фиксировать замыкание в нагрузке и блокировать противоположное плечо. Блок питания будет работать и без системы защиты.

Его печатная плата выполнена из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Размещение деталей показано на рис. 3. Все постоянные резисторы - МЛТ, переменные R2.1 и R2.2 - сдвоенный резистор СП3-4аМ группы А, R10 и R17 - той же группы А, но одинарные. Оксидные конденсаторы С1, С2 и С5, С6 - К50-35, С4 и С8 - серии К53, C3 и С7 - любые керамические, например КМ-6. Диоды КД208А (VD1-VD8) заменимы на аналогичные серии КД226, а КД105А (VD12, VD18) - на любые из серий КД208, КД209, КД226, диоды VD13 и VD17 - любые маломощные кремниевые. Номинальное напряжение стабилизации стабилитронов VD10, VD11 и VD15, VD16 (Д818Е или серии КC190) можно выбрать в пределах 9...11 В с минимальным тепловым дрейфом.

Полевые транзисторы VT1 и VT2 (КП303 с буквенным индексом А, В, Ж или И) желательно отобрать по начальному току стока - в пределах 2...4 мА.

Сетевой трансформатор Т1, использованный в устройстве от разобранного блока питания зарубежного производства. Подойдет любой другой, в том числе самодельный, обеспечивающий на каждой из его вторичных обмоток переменное напряжение 17...18 В при токе нагрузки не менее 1,4 А.

Стабилитроны VD11 и VD15 расположены со стороны печатных проводников платы. Стабилизаторы DA2 и DA4 установлены на ребристые теплоотводы, которые винтами укреплены на печатной плате со стороны других деталей. Для лучшего теплового контакта стабилизаторы предварительно покрыты слоем теплопроводной пасты.

Налаживание основного блока устройства производится при отключенном блоке защиты и состоит в тщательной проверке монтажа и всех соединений и, если надо, подгонке напряжений, обеспечивающих работу микросхем, и настройке измерительного моста.

Сразу после подключения устройства к сети следует прежде всего измерить напряжение на фильтрующих конденсаторах С1, С2 и С5, С6, сглаживающих пульсации двуполярного выпрямителя, и стабилитронах VD9, VD14, обеспечивающих питанием ОУ DA1 и DA3. Напряжение на конденсаторах не должно превышать +25 В, а на стабилитронах - быть в пределах +9,5...10,5 В. При вращении валов резисторов R10 и R17 напряжения на соответствующих выходах плеч блока питания должны плавно изменяться от 1,25 до 18 В, а светодиоды HL1 и HL2 при этом не гореть. Максимальные значения этих напряжений устанавливают подборкой резисторов R8 и R18.

Функционирование измерительных мостов плеч устройства контролируют высокоомным вольтметром постоянного тока, подключая его к входным выводам ОУ DA1 и DA3. Напряжение на инверсном входе каждого из ОУ (относительно общего провода) должно быть отрицательнее напряжения на неинвертирующем входе. Разница в уровнях этих напряжений будет изменяться пропорционально сопротивлениям резисторов R2.1 и R2.2 "Ограничение Iвых". При равенстве напряжений устройство должно переключаться из режима источника напряжения в режим источника тока (или наоборот).

Начального значения ограничения тока нагрузки (0,01 А) добиваются подбором соответствующих резисторов (R3 и R13) измерительных мостов при положении вала переменного резистора R2 в положении минимального сопротивления.

Печатная плата блока защиты, размещение деталей на ней и подключение к плате блока питания изображены на рис. 4. Все резисторы - МЛТ-0,25. Транзистор VT3 - любой из серии К361, а VT6 - любой из серии КТ315. Коэффициент передачи тока базы транзисторов КТ3102Е (VT4, VT5) и КТ3107К (VT7, VT8) должен быть не менее 400.

Монтажные платы блока питания, скрепленные наподобие этажерки (рис. 5), и сетевой трансформатор размещены в корпусе с внутренними размерами 210x90x90 мм из пластин текстолита толщиной 5 мм.

Все элементы и органы управления блоком, а также гнезда-зажимы для подключения нагрузок и заземления вынесены на лицевую панель корпуса (рис. 6).

Там же находится и вольтметр постоянного тока (PV1 на рис. 7), позволяющий контролировать напряжение на выходе любого из плеч блока питания.

Мощность, рассеиваемая микросхемами DA2 и DA4, не должна превышать 10 Вт. Это ограничивает максимальный выходной ток источника значением 1,2 А при выходном напряжении более +15 В. При меньшем выходном напряжении падение напряжения на указанных микросхемах увеличивается, допустимый выходной ток уменьшается и при выходном напряжении 1,25 В составляет 10/(24-1,25)=0,44 А. Каждую пару стабилитронов VD10, VD11 и VD15, VD16 можно заменить на один стабилитрон на напряжение 10...15 В. Половину напряжения стабилитрона для подачи на неинвертирующие входы ОУ DA1 и DA3 при этом следует получить с помощью делителя из двух одинаковых резисторов сопротивлением 68 кОм, включенных так, как стабилитроны на схеме рис. 1. Применение термостабильных стабилитронов не оправдано, поскольку таковыми они являются лишь при рабочем токе 10 мА, а здесь ток через них значительно меньше.

При работе блока в режиме стабилизации напряжения при выходном напряжении 1,25 В закрывающее смещение на светодиодах HL1 и HL2 составляет около 20 В, что для них недопустимо. Поэтому последовательно с каждым из них следует включить любой маломощный кремниевый диод или просто не устанавливать резисторы R9 и R19. Стабилитроны VD21 и VD24 для надежного закрывания транзисторов VT3 и VT6 должны иметь гарантированно большее напряжение стабилизации, чем VD9 и VD14, поэтому лучше использовать их с индексами Г или Д. Для того чтобы транзисторы VT5 и VT8 не открывались обратными токами неосвещенных фотодиодов U1.2 и U2.2, их переходы база-эмиттер следует зашунтировать резисторами 510...680 кОм.

Литература

1. Нефедов А., Головина В. Микросхемы КР142ЕН12. - Радио, 1993, № 8, с. 41, 42; 1994, № 1, с. 45.
2. Нефедов А., Головина В. Микросхемы КР142ЕН18А, КР142ЕН18Б. - Радио, 1994, № 3, с. 41, 42.
3. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники, том 1. - М.: Мир, 1986.

Автор: А.Музыков, г.Пенза

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Водка из воды и воздуха 08.11.2019 Нью-йоркская компания Air Co. разработала рецепт водки, состоящей лишь из воды и воздуха. Ни зерен, ни дрожжей - только электричество. Компания превращает углерод из воздуха в чистый этанол, электрически расщепляя воду на водород и кислород. Атомы углерода, кислорода и водорода затем повторно соединяются, образуя "экологически чистый" этанол. "Процесс происходит по тому же принципу, что и фотосинтез, но более эффективно", - объясняет технический директор Air Co. Стаффорд Шихан. Технология американцев упрощает производство водки и заодно очищает воздух, забирая углерод из внешней среды. Компания подсчитала, что одна бутылка водки очищает воздух, как семь больших деревьев. Другими словами, каждая бутылка удаляет полкилограмма углекислого газа, пишет CNBC. Аппарат Air Co., перерабатывающий воздух, занимает мало места и работает на солнечной энергии. Единственный побочный продукт при производстве - кислород. В отличие от других компаний, производящих водку, Air Co. не нужны гигантские поля для зерновых. Единственным минусом для потребителей может стать цена - 65 долларов за бутылку. Сначала ее будут продавать лишь в некоторых барах и ресторанах Нью-Йорка, а в 2020 году она доберется и до розничных продавцов. Представители CNBC попробовали продукт Air Co. - говорят, водка как водка. По вкусу не отличить от обычной. Однако на одной водке Air Co. не остановится. Компания собирается выпускать парфюмерию и чистящие средства для дома, добавляя в них этанол, произведенный с помощью электричества.

Другие интересные новости:

▪ Растительная икра из водорослей и семян чиа

▪ Малопотребляющий инструментальный усилитель INA828

▪ Электрический сноуборд Cyrusher

▪ Плохой сон усиливает атеросклероз

▪ DVD-R диск высокой плотности

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта ВЧ усилители мощности. Подборка статей

▪ статья Основы анатомии. История и суть научного открытия

▪ статья Когда мир оказывался на пороге ядерной войны из-за технических ошибок? Подробный ответ

▪ статья Менеджер гостиницы. Должностная инструкция

▪ статья Замазка для водопроводных труб. Простые рецепты и советы

▪ статья Стабилитрон в роли балласта. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026