Лабораторный блок питания 5...100 вольт, 200 миллиампер

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

В практике радиолюбителя время от времени возникает необходимость в стабилизированном постоянном напряжении, превышающем традиционные 5...15 В, применяемые для питания аппаратуры на микросхемах. В таких случаях поможет описываемое устройство.

Технические характеристики источника

• Интервалы выходного напряжения, В......5...55, 50...100
• Максимальный выходной ток, мА......200
• Уровень ограничения выходного тока, мА......250
• Пульсации выходного напряжения, мВ, не более......10
• Нестабильность выходного напряжения при изменении напряжения сети в пределах 190...240 В и выходного тока 0...200 мА, %, не более......0,1

Высокая стабильность обеспечена применением в качестве источника образцового напряжения и усилителя сигнала рассогласования микросхемы КР142ЕН19А[1].

Схема источника питания приведена на рис. 1. Его выпрямитель собран по схеме с удвоением напряжения на диодах VD1 и VD2, которые для снижения уровня коммутационных помех зашунтированы конденсаторами С1 и С2. Чтобы уменьшить мощность, рассеиваемую на транзисторах стабилизатора, при работе в интервале 5...55 В отключают часть вторичной обмотки трансформатора Т1 переключателем SA2.

Транзистор VT2 служит генератором тока. Напряжение на его базе стабилизировано светодиодом HL1, значение тока коллектора (8...9 мА) задает резистор R2. Через делитель из резисторов R4-R8 часть выходного напряжения стабилизатора поступает на управляющий вход микросхемы DA1. Если напряжение здесь менее 2,5 В, анодный ток микросхемы и коллекторный ток транзистора VT1 не превышают 0,4 мА. Благодаря этому транзистору, включенному по схеме с общей базой, напряжение на аноде микросхемы DA1 не превышает 3,3 В, а рассеиваемая ею мощность не выходит за допустимое значение.

В этом режиме почти весь коллекторный ток транзистора VT2 поступает в базу транзистора VT4, открывая последний. Напряжение на выходе стабилизатора и на входе управления микросхемы DA1 растет. Когда последнее достигнет 2,5 В, анодный ток DA1, а с ним и коллекторный ток транзистора VT1 резко возрастет, ток базы транзистора VT4 уменьшится и напряжение на выходе источника будет стабилизировано на уровне, определяемом соотношением сопротивлений резисторов R4-R8. Плавно регулируют выходное напряжение переменным резистором R5, интервал регулировки выбирают с помощью переключателя SA2.

Транзистор VT3 нормально закрыт. Но при увеличении тока нагрузки и коллекторного тока транзистора VT4 примерно до 250 мА падение напряжения на резисторе R10 достигает значения, при котором транзистор VT3 открывается, шунтируя светодиод HL1. Это приводит к уменьшению коллекторных токов транзисторов VT2 и VT4. В результате выходной ток стабилизатора оказывается ограниченным указанным выше значением. О срабатывании ограничителя тока можно судить по уменьшению яркости свечения светодиода.

Когда в результате действия ограничителя напряжение на выходе стабилизатора снизится примерно до 2,7 В, текущий по цепи HL1R1 ток пойдет в нагрузку через открывшийся диод VD4, несколько увеличивая суммарный протекающий через нее ток. Если бы диода VD4 не было, в результате изменения полярности приложенного напряжения открылся бы коллекторный переход транзистора VT1 и ток, текущий через R1, направился бы в базу транзистора VT4. В результате усиления транзистором VT4 приращение тока нагрузки было бы гораздо большим.

Имеется возможность полностью устранить эффект увеличения тока с помощью диода, включенного в разрыв цепи, соединяющей коллектор транзистора VT1 с базой транзистора VT4 и коллектором транзистора VT2. Но в таком случае транзисторы VT1 и VT2 нельзя будет устанавливать на общий теплоотвод без изолирующих прокладок.

Следует рассказать о назначении диодов VD5 и VD6. Предположим, переключатель SA2 находится в положении "50...100 В", а на выходе установлено минимальное напряжение (движок переменного резистора R5 - в верхнем по схеме положении). После перевода переключателя SA2 в положение "5...55 В" напряжение 50 В, до которого заряжен конденсатор С7, оказывается приложенным к резисторам R6-R9, причем более его половины (около 30 В) - к управляющему входу микросхемы DA1. Последняя из строя не выйдет, но по внутренним цепям микросхемы это напряжение попадет на ее анод и на эмиттер транзистора VT1, закрывая последний. В результате весь коллекторный ток транзистора VT2 потечет в базу транзистора VT4 и на выходе стабилизатора появится максимально возможное напряжение. К сожалению, это состояние устойчиво и самостоятельно стабилизатор выйти из него не сможет.

Диод VD5 служит для исключения подобной критической ситуации. Открываясь, он ограничивает напряжение на входе микросхемы DA1 допустимым значением. Правильный выбор напряжения стабилизации стабилитрона VD3 и номиналов резисторов R7 и R8 гарантирует, что в нормальном рабочем режиме диод VD5 остается закрытым и не влияет на работу стабилизатора.

При резком изменении положения органов управления в сторону уменьшения выходного напряжения возможна ситуация, когда за счет медленной разрядки конденсатора С7 напряжение на эмиттере транзистора VT4 "не поспевает" за напряжением на его базе. Возникает опасность пробоя эмиттер-ного перехода транзистора напряжением, приложенным к нему в обратном направлении. Диод VD6 предотвращает этот обратимый, но нежелательный пробой. Конденсатор С7 разряжается по цепи VD6, VT1, R3, DA1. Благодаря резистору R3 ток разрядки не превышает 100 мА.

В блоке питания применен унифицированный трансформатор ТПП271-127/220-50 [2] с габаритной мощностью 60 Вт. Подобные трансформаторы меньшей мощности имеют слишком большие для работы в предлагаемом устройстве активные сопротивления обмоток. Для некоторого уменьшения напряжения на вторичных обмотках трансформатора выводы его первичных обмоток соединены нестандартным образом. При самостоятельном изготовлении трансформатора следует ориентироваться на указанные на рис. 1 напряжения холостого хода вторичных обмоток. Сечения обмоточных проводов должны быть достаточно большими, чтобы сопротивления обмоток были примерно такими же, как у указанного трансформатора: 1-9 - 56 Ом, 13-16 -2,3 Ом, 17-18 -1,3 Ом.

Все постоянные резисторы в устройстве - С2-23 или МЛТ соответствующей мощности, R5 - ППЗ-40. Конденсаторы С1 и С2 - керамические на напряжение не менее 160 В, например, КМ-5 группы ТКЕ не хуже М1500. C3, С4, С7 - импортные аналоги К50-35, С6 - КМ-5 или КМ-6, С5 и С8 - К73-17 на напряжение 250 В. Диоды 1N4007 имеют отечественный аналог - КД243Ж, можно использовать любые диоды на напряжение не менее 200 В и ток 300 мА. Вместо КД509А можно установить любые диоды с допустимым импульсным током не менее 300 мА.

Коэффициенты передачи тока h21э у всех мощных транзисторов должны быть не менее 30, причем этот параметр транзистора VT4 следует проверять при токе коллектора 200 мА. Замену транзисторам VT1, VT2 и VT4 нужно подбирать с предельным напряжением коллектор-эмиттер не менее 160 В и допустимым током коллектора не менее 100 мА (VT1 и VT2) и 1 A (VT4). Транзистор VT3 - любой кремниевый маломощный структуры p-n-p. Светодиод HL1 - любой видимого свечения. Чтобы сохранить неизменным коллекторный ток транзистора VT2 при установке светодиода HL1 зеленого или желтого цвета, придется, возможно, немного увеличить номинал резистора R2. Микросхему КР142ЕН19А можно заменить импортным аналогом TL431.

Основная часть деталей источника питания размещена на печатной плате размерами 50x75 мм из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм (рис. 2, вид со стороны печатных проводников). На ней же находится общий ребристый теплоотвод транзисторов VT1 и VT2 размерами 20x24x38 мм. Транзистор VT4 устанавливают на отдельном ребристом теплоотводе размерами 36x100x140 мм. Диод VD6 припаивают непосредственно к выводам этого транзистора.

Подключать собранное устройство к сети в первый раз желательно через лабораторный регулируемый автотрансформатор, на выходе которого предварительно установлено нулевое напряжение. Движок переменного резистора R5 должен находиться в положении минимального сопротивления, переключатель SA2 - в положении "5...55 В". К выходу источника подключают вольтметр и убеждаются, что по мере вращения рукоятки автотрансформатора в сторону увеличения напряжения показания вольтметра растут, но, дойдя приблизительно до 5 В, остаются на этом уровне. Если это так, можно довести входное напряжение до номинальных 220 В и проверить напряжение на некоторых элементах устройства. На катоде стабилитрона VD3 оно должно быть близким к напряжению его стабилизации (3,9 В), на верхнем по схеме выводе резистора R7 - приблизительно 3,3 В. Падение напряжения на резисторе R2 должно составлять около 1,1 В, если оно больше, следует увеличить номинал указанного резистора таким образом, чтобы текущий через него ток был в пределах 8...9 мА.

Резисторы R4, R6, R8 подбирают в следующем порядке. При переключателе SA2, находящемся в положении "5...55 В", устанавливают с помощью переменного резистора R5 максимальное напряжение на выходе источника. Подбирают резистор R8 таким образом, чтобы оно было немного больше 55 В. Переводят движок резистора R5 в другое крайнее положение и, подбирая резистор R6, добиваются выходного напряжения немного меньше 5 В. Затем переводят переключатель SA2 в положение "50... 100 В" и подбирают резистор R4, добиваясь указанных пределов регулировки выходного напряжения резистором R5.

Следует обязательно проверить работу источника питания с максимальной нагрузкой. Если на каком-либо диапазоне при максимальном выходном напряжении увеличение тока нагрузки приводит к снижению этого напряжения, дело в недостаточном напряжении на соответствующей вторичной обмотке или слишком большом сопротивлении обмоток.

Миллиамперметр для контроля выходного тока можно включить в разрыв провода, идущего от эмиттера транзистора VT4 к другим элементам схемы (кроме диода VD6). Так как через прибор в этом случае, кроме тока нагрузки, будет течь и ток делителя R4-R8, стрелку миллиамперметра следует установить на ноль корректирующим винтом при включенном, но работающем без нагрузки источнике. Устройство можно дополнить переключателем уровня ограничения выходного тока (рис. 3). Сопротивление введенной части цепи резисторов R10-R13 должно быть таким, чтобы при предельном токе на ней падало напряжение около 0,6 В.

Стабилизатор напряжения по приведенной схеме нетрудно рассчитать на любой интервал регулировки выходного напряжения с верхним пределом 50...500 В. Транзисторы (кроме VT3) следует выбрать примерно с полуторакратным запасом по напряжению относительно максимального выходного. Генератор тока на транзисторе VT1 должен выдавать ток примерно в 1,2 раза больше максимального выходного тока стабилизатора, деленного на коэффициент h21э транзистора VT4. При расчетном выходном токе более 1 А в качестве VT4 необходим составной транзистор. Токи через резистор R1 и делитель R4-R8 могут быть выбраны в пределах 4...10 мА. Если стабилизатор проектируют на фиксированное или регулируемое в небольших пределах выходное напряжение, диоды VD4 и VD6 можно не устанавливать.

Литература

1. Янушенко Е. Микросхема КР142ЕН19. - Радио, 1994, № 4, с. 45, 46.
2. Сидоров И. Н., Мукосеев В. В., Христинин А. А. Малогабаритные трансформаторы и дроссели. Справочник. - М.: Радио и связь, 1985, 416 с.

Автор: С.Бирюков, г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Планктон против пластика 09.03.2018 Научное исследование показало, что крошечный зоопланктон способен переваривать микроскопические волокна пластика (размером менее пяти миллиметров), прежде чем вывести их обратно в окружающую среду в еще меньшей форме. Автор исследования Аманда Доусон (Amanda Dawson) обнаружила это явление, работая над проектом, с микрошариками - полиэтиленовый пластик, который часто используется в косметических средствах, таких как скрабы для лица, - чтобы проверить их токсичное влияние в специальном аквариуме с крилем. "Мы поняли, что криль действительно разрушает пластик, это было потрясающе, - сказала исследовательница из Университета Гриффит в Австралии. - Пока трудно сказать каковы будут последствия, но в теории, пластмассы в океане уже деградируют и становятся более хрупкими, крилю будет с ними еще легче справиться". Проблема загрязнения пластиком широко распространена и ситуация быстро ухудшается. Ежегодно более восьми миллионов тонн попадают в океан, нанося колоссальный ущерб морским экосистемам и убивая примерно один миллион морских птиц, сто тысяч морских млекопитающих и неописуемое количество рыб.

Другие интересные новости:

▪ HP поставит производство 3D-принтеров на поток

▪ Скорые поезда - не самые лучшие

▪ Умная кровать Ford

▪ Жидкий азот поможет развитию космического туризма

▪ Влияние речи робота на доверие к нему людей

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Стабилизаторы напряжения. Подборка статей

▪ статья Универсальная свободнолетающая модель. Советы моделисту

▪ статья Как растут деревья? Подробный ответ

▪ статья Сторож (охранник) в баре. Должностная инструкция

▪ статья Простой регулятор напряжения для автомобиля. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Трехполосный громкоговоритель с головкой W21 ЕХ 001. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026