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无线电电子与电气工程百科全书 带诊断功能的实验室电源。 无线电电子电气工程百科全书
选择了吸引人的电子设备的方案后，每个无线电爱好者首先在操作中进行尝试。 然后你可以制作你喜欢的设备或（有经验）对其进行额外的改进。 在这两种情况下，都需要电源。 你可以买它或者买彩票中奖，但最好是自己制作。 同时，无线电业余爱好者的实验室将配备不仅具有基本功能而且还具有附加有用功能的设备。 以电源为例，让我们尝试追踪设计和制造业余无线电电子设备的整个过程。 输出电压恒定。 但必须处理它的严重性。 基本上，上述所有电路都使用12V电压。然而，KR1156EU5微电路与其他微电路一样，可以在其他电压下工作。 因此，实验工作电源应提供更宽范围的输出电压。 如果能监管一下就更好了。 接下来，您需要解决的问题是，在什么限度内改变输出电压？ 本书介绍的 KR1156EU5 芯片知识将对此有所帮助。 它的最小工作电压为3V。大多数设备的标称电压为12V。因此，电源必须提供3至12V的输出电压？ 我们不要急于下结论，而是要放眼更广阔的视野。 需要留有余量，特别是因为微电路允许您在更高的电源电压下工作（毕竟，它可以高达 40 V）。 此外，如果您使用 KR1436AP1 微电路进行实验，您可能不仅需要 12 V 的电压，还需要高达 27 V 的电压。 但我们不会瞄准这么大的值，而是将源的输出电压范围限制在 3 至 15 V。这不仅可以为模拟微电路（例如运算放大器和低频放大器）提供电源，还可以为运算放大器和低频放大器等模拟微电路提供电源。还有数字微电路，TTL 和 CMOS。 现在我们需要决定负载电流。 大多数考虑的设备消耗小电流（大约 10 ... 50 mA）。 它们可以由现成的低功耗适配器供电。 不过，我们不会仅限于这样的电流，而是会让设备“用于增长”，更加强大。 确定了电源输出电压的主要参数后，我们再来看看它的结构，即考虑它应该由哪些主节点和辅助节点组成。 由于我们公寓的电源是交流电网络，增加了危险源，因此需要隔离变压器。 它也被称为权力。 为了转移（转换）网络的能量，这是必要的。 这是它的主要功能。 此外，变压器将网络中的高电压 (220 V) 转换为低次级电压 (12 ... 15 V)。 但为了给电子设备供电，需要恒定的电压，并且需要合适的转换器。 因此，需要一个次级交流转直流整流器。 整流后的纹波电压被滤波器平滑掉。 最简单的滤波器是传统的大电容器。 电源的一部分已被识别——这是变压器、整流器和滤波器。 由于电源电压不稳定，有急剧的跳变和缓慢的下降，这对于电子电路来说是不可接受的，因此需要一个提供稳定电源电压的节点。 它被称为稳定器。 如您所知，它们是脉冲和线性的。 给定范围 - 实验工作 - 电源应该能够调节输出电压。 正如预期的那样，在原型设计和测试过程中可能会出现错误，因此必须采取保护措施来保护电源和负载免受危险操作条件的影响。 电子设备中最常用的一种此类措施是限流。 在这种情况下，有必要对负载电流进行限制，以便在超过负载电流甚至短路（短路）的情况下电源不会出现故障（甚至烧毁）。 还希望能够设置特定的电流限制。 即使有保护电路，电源长时间过载也是危险的。 因此，需要有一个额外的单元来提示危险模式（通过声音或光信号）。 因此我们决定采用带保护的网络稳定单路电源的结构。 让我们再次列出它的节点：
下一个任务是确定我们设备的元素基础。 将通过哪些要素及其运行模式来确保实现我们项目的主要目标 - 为业余无线电工作提供电源电压。 我们已知的KR1156EU5型微电路在脉冲降压稳定器模式下可以很好地提供所需的输出参数（3 ... 12 V，0,1 ... 0,5 A）。 为负载供电所需的几瓦功率将由 TP112 类型的统一变压器“拉动”。 其额定功率为 7,2 W，专为 PCB 设计。 这些变压器可用于一系列输出电压，并且很有可能为我们的情况选择合适的变压器。 输出电压可连续或步进调节。 为了方便起见，我们选择逐步的方式来设置输出电压。 轻按按钮 - 您始终知道向负载提供的电压。 作为开关(调整体)，可以使用P2K型的分段按钮开关。 同样，我们构造一个负载限流节点。 我们还使用 P2K 应用逐步切换。 KR1156EU5微电路的使用经验告诉我们，将输出电压降低到超出允许范围的指示器也可以在此基础上设计。 确定了设计电源的主要节点和元件基础后，就可以绘制其框图。 方案如图所示。 5.14与我们的项目相当一致。
该电路中的主要部件是带有全波整流器和滤波器的网络（隔离）变压器以及稳压器（SN）。 在稳定器的输出端，欠压指示器 (PV) 亮起。 这里还提供了两个控制节点：限制电流（R1）和输出电压（R3）。 为业余无线电实验室开发的具有必要功能的电源框图也确定了设计的特点。 毕竟，电源的设计应该提供使用时的便利性。 还必须确保出现故障时能够快速修复。 事实上，电源需要不间断运行以及性能损失后最短的恢复时间。 在这种情况下，设备的模块化设计是完全可以接受的。 其独特之处在于变压器和滤波电容（最大的元件）和其他节点（SN、PPN等）安装在一块公共板上。 每个节点都位于单独的印刷电路板上。 如有必要，可以将每个节点与公共板断开并进行修复。 为了获得整个结构的最小体积，节点的印刷电路板应垂直放置在公共板上。 它们甚至可以安装在特殊插槽中。 模式切换是由开关 L2K 执行的这一事实也推动了这一决定。 由于安装在印刷电路板上，它们似乎“躺在”上面，占据了很大的面积。 因此，将带有P2K的板子垂直放置，按钮朝上，会导致整个板子占用的面积减少。 这样，装置的体积就会被合理地填充。 总费用有最低限额。 各个节点的板的尺寸一方面由公共板（宽度）决定，另一方面由P2K开关和变压器的高度（高度）决定。 根据我们设备的框图，在带有变压器、整流器和滤波电容的主板上安装了以下组件：
为了扩展电源的功能，您可以另外提供一块带有线性稳压芯片的板卡。 这将使您拥有可独立调节的第二个电压。 此外，在此输出处，电压将具有较低水平的纹波，这在使用声音放大设备时是必要的。 综上所述，总费用将具有如图5.15所示的形式。 XNUMX。 大型变压器通过两个自攻螺钉固定在板上，并提供安装孔。 此外，焊接到电路板上的变压器绕组的引线也产生了额外的紧固作用。
如果可能的话，可以使用特殊触点来完成网络线的连接。 从图中可以清楚地看出电源的网络部分是如何构建的。 5.14。 主节点——稳压器（SN）——的方案如图 5.16 所示。 XNUMX。
CH是根据基于KR1156EU5微电路的脉冲降压稳定器的方案制作的。 这里有条件地表明可以改变限制电流（R1）的值并调整输出电压（R3）。 使用调节元件 (R1) 设置限制电流或最大负载电流。 开关和一组电阻器的详细图如图 5.17 所示。 XNUMX。
电路由开关SA1-SA3<П2К)和电阻器R5-R10组成。 这种电路的特点是使用相同额定值的所有电阻器（R≤1 欧姆）。 当电阻 R600 为 1 欧姆时，所有开关闭合时的最大负载电流（大约 0,5 mA）。 因此，电流将等于 300 mA（SA1 打开）、150 mA（SA1 和 SA2 打开）、100 mA（SA1、SA2 和 SA3 打开）。 开关。 P2K应该有一个独立的固定装置，然后你可以按多个按钮。 按下的按钮的其他组合也是可能的，这将对应于其他限制电流。 由读者决定这些额外的限制电流值。 应该注意一个特点。 该图有跳线 1-3。 它旨在排除维修工作期间的危险模式以及未安装的电流控制板和意外电源电压。 由于跳线串联连接到稳定器的输入电路，如果不存在，开关降压调节器板将断电。 开关降压稳压器的输出电压由反馈分压器上臂中的电阻器 (R3.1) 进行调节。 它也是用 P2K 开关和电阻制成的。 这些电阻值的计算方式使得输出电压可以以 1 V 为步长变化。通过选择电阻值的比率（R13: R14: R15: R16），您可以使用更少的部件来实现根据二元法则：1-2-A-8。 因此，在分压电阻的帮助下，其电路如图所示。 5.18中，CH和PPN都可以设置分频器上臂的值。 在这种情况下，输出电压可以具有 3 至 18 V 的值。 电阻范围为 1,8 kΩ 至 16,8 kΩ (1,8 kΩ + 15 kΩ)。
我们只是补充一下，该图不仅显示了 SN 的分频器，还显示了 PPN 的分频器。 我们稍后会回顾他的工作。 跳线 1-2 还旨在防止在没有带分压器的电路板和意外供电的情况下进行危险操作。 可接受的电阻值比率预先决定了开关的相应工作。 例如，您需要将输出电压设置为 5 V。当所有开关闭合（SA4、SA5、SA6 和 SA7）时，输出应为 3 V。因此，您需要添加 5 - 3 = 2 V，即SA5 必须开路，且电路中包含 R15 = 2 kΩ。 输出处的其他必要电压也以类似方式设置。 由于开关是配对的，因此另一个分频器也发生了变化。 它是为 PSI 设计的，并以相同的方式和相同的电阻比制成。 让我们考虑一下输出电压下降指示器的方案，如图 5.19 所示。 XNUMX。
欠压指示器的主要部分是KR1156EU5微电路。 它工作在脉冲发生器模式。 让我们简要考虑一下这个辅助诊断节点的功能。 微电路的比较器将电源（输入5处）的不稳定电压与参考电压源的稳定电压进行比较。 根据这些电压的比率，控制微电路的其他组件的操作。 如果电源电压正常（5脚电位超过1,25V），比较器将输出晶体管转为非导通状态。 红色 LED (HL2) 熄灭。 当电压下降时，比较器切换，内部振荡器开始工作。 输出晶体管交替从打开到关闭，红色 LED 周期性闪烁。 通过它的电流设定电阻器 R21。同时，出现声音信号，因为。 开关晶体管时，压电 BF1 开始发出咔嗒声。 因此，电子设备（压降指示器）持续监控电源的输出电压，并在过载时电压下降时通过光和声音信号引起注意。 当超过设定的负载电流并触发中压保护电路时，这是可能的。 此外，在CH 输出无输出电压的情况下，该指示灯也将工作。 因此，如果在维修工作期间意外未安装带有分区电阻的板（且 CH 板断电），则声音信号将引起您的注意。 实现了预期的功能，并考虑了实验室电源的布局。 现在我们需要设计位于单独印刷电路板上并通过变压器安装在主板上的节点。 开关降压稳压器板（图 5.20）距离整流器最近。 这减少了负载电流流过的导体的长度。 为了减少纹波，增加稳压器的稳定性，该板除了主滤波电容（C1）外，还增加了一个电容C2（由两个C2'和C2”组成）。因此，该板的总体尺寸为减少。如果使用一个电容器，则电路板的高度会更高。
该电路板设计的另一个特点是存储滤波器扼流圈采用 DM (DPM) 型圆柱形小型统一扼流圈制成。 为了获得所需的电感，最多串联 3 个 DM 型扼流圈。 HL1 LED上的输出电压指示灯可以安装在电源外壳的前面板上，并通过电线连接到开关稳压器板。 负载电流限制是使用与图 5.21 所示电路板上的开关一起放置的分区电阻器来设置的。 XNUMX。 MV 输出电压和 PSU 的拾取电压使用分段可切换电阻器进行设置，其详细信息位于图 5.22 所示的电路板上。 XNUMX。 开关。 P2K水平安装在板上的孔中，不使用螺钉固定，而是通过焊接固定。 分压器上臂的电阻以铰接方式安装在P2K端子上。 在这种情况下，每个分压器的电阻位于不同的一侧，并通过电线连接到电路板。 最后，公共板上还有一个用于降低 CH 输出电压的指示灯，其元件位置如图 5.23 所示。 XNUMX。 BF1 压电发射器直接焊接到电路板上。 HL2 LED 指示电源的危险操作模式，可以安装在外壳的正面，并用电线连接到电路板。
将印刷电路板固定在公共板上有两种选择。 首先，您可以在专门设计用于直接连接到印刷电路板 (SNP14) 的通用板上安装连接器。 其次（这种方法更简单），可以使用厚度为0,8-1,0毫米的非绝缘镀锡铜线制成的支架垂直固定各个节点。 它被焊接到板上并在两侧弯曲。 然后将所有支架安装到公共板的孔中并焊接。 第二种方法的一个显着缺点是显而易见的：永久连接不允许您快速断开故障单元以进行维修操作。 尽管其复杂性，第一种方法（带有连接器）更适合复杂版本的实验室电源。 如果您想添加低纹波的稳定电压输出，则需要安装另一块带有线性稳压器的板。 它可能是一个正电压调节器。 然而，通常也需要负电压，例如为运算放大器芯片供电。 因此，您还需要一个地方来安装带有负电压稳定器芯片的板。 为了方便起见，您还可以使用分区电阻来应用固定输出电压的安装。 当电源的设计不具有有限的功能，而是通过逐步现代化来增加功能时，设计还应该提供适当的功能。 在这个问题上的远见以及用于安装额外节点板的主板尺寸的增加将使修改电源以在需要时增加所执行的功能变得相对容易。 我们的电源版本的制造必须从选择所需组件开始。 他们的名单在表中给出。 5.4. 所有必要的无线电组件都集中在这里，但分为各个节点的板。
制造的下一阶段是验证所有无线电元件。 如果满足此条件，则组装后设备将正常工作，您将不必浪费时间因低质量元件而进行故障排除并拆卸它们。 当然，还需要印刷电路板。 根据图 1,5 所示的草图，它们由 5.24 毫米厚的镀箔单面 Textolite 制成。 5.28-XNUMX。 印刷电路板的使用有助于无线电元件的安装，但其制造与某些技能和化学品的使用相关。 您可以选择另一种更便宜、更简单的方式。 仔细观察印刷电路板草图上的导体图，可以发现安装很简单，可以通过铰链方式进行。 此外，例如，变压器、P2K 开关和其他元件上的硬引线的存在也促进了这一点。 它们可以成功地用于元件之间的直接连接以及固定安装导体。 将元件安装到板上后，有必要仔细检查安装是否正确（特别是极性元件）和连接质量。 确保没有错误后，即可进行电源制造的下一步。 它包括对每个板的自主检查。 您应该从一般费用开始。 将电源电压施加到变压器的初级绕组后，有必要测量滤波电容器两端的直流电压。
在确保该部分装置工作正常后，需要进行另一次负载测试。 为此，将 27 欧姆 (2 W) 电阻器连接到整流器输出，以提供 0,4 ... 0,6 A 的负载电流，并再次检查输出电压。 其值应约为 12 V。 确认整流板工作正常后，可用于检查中压板的运行情况。 但在向CH施加电压之前，需要在连接微电路6和7引脚的板的触点之间放置跳线，即排除负载限流电阻（R1）。 还需要安装临时输出分压器（用于反馈）。 应使用 6,8 kΩ 的电阻代替微电路引脚 3.1 和 CH 输出之间的电阻 R5 完成所有这些准备操作后，您可以施加输入电压并检查 CH 在 RH = 200 欧姆（即小负载电流 (ln - 40 mA)）下的运行情况。 该电阻的功率必须至少为 0,5 瓦。 在此模式下，我们测量 CH 的输出电压，其值应约为 V。 下一步是检查负载变化时输出电压的稳定性。 为此，我们与负载电阻并联相同的电阻（200 欧姆），即我们得到 RH = 100 欧姆。 在这种情况下，负载电流将加倍，约为 80 mA。 再次测量输出电压后，您需要确保它根据微电路的参数而变化，并且整个组件工作正常。 现在我们需要检查分区电阻板。 这可以使用万用表（数字测试仪）来完成。 确定按下某个按钮时，设备测得的电阻总值与设计值相符后，即可将该板设置为通用。 接下来，他们同样检查带有负载限制电流控制元件（R5-R10）的电阻的电路板，并将其安装在公共电路板上。 当所有三块板安装在一块公共板上时：稳压器、分段分压器和负载限制电流控制元件，然后您可以对完全组装的 ISN 的功能进行全面检查，而无需网络部件。 这可以通过可选的稳压电源来完成。 为了简化测试，我们电源的网络部分可以这样用，但必须考虑到有些参数（例如电压稳定性）无法检查。 检查组装电源的顺序如下：
现在仍然需要加强外壳内的公共板组件并连接到输出端子。 最后确保所有参数都正常后，您就可以开始使用电源了。 作者：科尔佐夫 I.L.
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