实验室恒压恒流源。方案、说明

实验室直流电压电流源

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无线电设备的实验室电源是青少年无线电工程俱乐部“雷达”（奔萨）的一小群人实践活动的结果。对于那些使用运算放大器和现代微电路开发设备的人来说，这些设备需要单极和双极电源电压，并且可以在相当宽的范围内调节。

该实验室电源的一个特点是保护节点。众所周知，对于一些设计为由双极性电压源供电的微电路来说，缺少其中之一的情况是不可接受的。为了消除这种情况，所提出的单元提供了一种保护系统，当电源设备的任何臂中存在短路时，该保护系统阻止另一臂的操作。一旦短路原因消除，电源自动恢复正常运行。

该设备的技术特征

输出电压调节限制，V......+1,25...18
负载电流限制控制间隔，A......0,01...1,2
In=0,1 A 时电流源模式下的纹波电平，mV......10
阻断装置的阈值电压，V......1

该装置在电压源模式下的参数与其所使用的微电路稳压器的参考数据相对应[1, 2]。

在结构上，它由两个功能完整的模块组成：双极负载电源和电路保护单元，安装在单独的印刷电路板上。

第一个块的方案如图 1 所示。 1. 网络变压器 T1 的绕组 II 和 III、二极管电桥 VD4 - VD5 和 VD8 - VD23 形成双极不稳定电压源 + 24 ... 1 V，为设备的所有节点和模块供电。 DA11微电路负端的电源为R14VD3稳压器，DA1微电路为R9VDXNUMX稳压器。

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在操作和电路设计方面，电源的两个臂是对称的，因此我们将仅更详细地考虑其中一个臂（正极臂）的操作。

不稳定的单极性电压（不超过 +25 V）通过测量电阻器 R1 馈送，该电压的纹波由电容器 C2 和 C5 平滑，测量电阻器 R2.1 包含在测量电桥中，由电阻器 R5 - R10 形成稳压二极管VD11和VD2连接到具有输出电压的微电路稳定器DA2的输入端（引脚10），可调可变电阻器R1。测量电桥由场效应晶体管 VTXNUMX 上的电流源供电。

当稳压器的输出电流小于设定值时，电阻R5两端的压降较小，正向输出DA1处的电压大于反相输出处的电压，运放输出6处的电压为接近+21V。二极管HL1和VD13关闭，不影响稳定器DA2的工作。

如果输出电流等于电阻器 R2.1 设置的阈值，则测量电桥开启。 OU DA1 进入线性模式，其中等式

UR2.1 + UR3 = UR5 + 设置 VD10。

在这种情况下，臂的输出电压将取决于运算放大器输出端的电压，运算放大器又监视电阻器 R5 两端的压降，即满足上述等式时的负载电流。因此，当比率 R3/R4 = 1 且 Ust VD10 = Ust VD11 时

In = R2.1/R4.Ust VD11/R5。

如果需要重新计算测量电桥的参数，并考虑可用的元件基础或其他要求，则可以使用此简化公式。为了更准确地跟踪较低负载电流，需要增加电阻器 R5 的电阻。在这种情况下，负载电流限制的上限将相应减小。

原则上，电源的负臂也是这样工作的。

该装置的输出或负载短路保护单元图如图 2 所示。 4. 当双极性输出电压施加到其输入端时，晶体管 VT7 和 VT4 打开并从而分流：晶体管 VT3 是由 HL25 LED、电阻器 R1 和光耦合器 U7 的发光二极管以及晶体管 VT4 组成的电路。 VT29是电路HL2、R3和光耦发光二极管U6。此时晶体管VTXNUMX和VTXNUMX截止。保护系统的这些电路的元件的这种状态对应于设备在其外部电路中没有短路的情况下的操作。

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假设短路发生在连接到电源正极臂输出的负载中。此时，晶体管VT4截止。这导致晶体管VT6打开（通过稳压二极管VD24和电阻器R30），从而消除了保护系统的相互阻断。晶体管VT7在阻断负肩之后仍然保持开路电流通过电阻器R27和二极管VD23流入其基极。同时，HL3 LED 打开，表明 + Uout 电路和光耦合器 U1 的发射极发生短路。结果，该光耦合器的光电二极管的电流急剧增加，晶体管VT8打开，集电极电流阻断器件负臂的稳定器DA4的工作。

当设备的负臂在负载中短路时，保护单元的类似部分就是这样工作的。电压保护单元的工作阈值由 VD19 (VD22) 二极管、VT4 (VT7) 晶体管的发射结、R20 (R26) 电阻器两端的总压降决定，在我们的例子中约为 1 V。通过用适当的齐纳二极管替换二极管并选择电阻器R20和R26以可靠地打开晶体管VT4、VT7来提高工作电压。

由于阻断的稳定器DA2和DA4的输出端电压不超过1,3V，正臂的电阻器R21、R23、R24、二极管VD20、齐纳二极管VD21和晶体管VT3以及负臂的类似元件可以被消除，因为不会发生手臂的相互阻挡。这些元件是为需要增加（对于负臂 - 减少）保护阈值电压的情况而提供的。在这种情况下，建议断开%10V的电源电压。否则，不可能将输出电压设置为低于工作阈值，因为保护单元会检测到负载短路。并挡住对面的手臂。电源无需保护系统即可工作。

其印刷电路板由单面箔玻璃纤维制成。零件的放置如图所示。 3、所有恒定电阻均为MLT，变量R2.1和R2.2为A组双联电阻SP3-4aM，R10和R17为同一A组，但为单电阻。氧化物电容器 C1、C2 和 C5，C6 - K50-35，C4 和 C8 - K53 系列，C3 和 C7 - 任何陶瓷电容器，例如 KM-6。二极管 KD208A (VD1-VD8) 可替换为类似的 KD226 系列和 KD105A (VD12、VD18) - 任何 KD208、KD209、KD226 系列，二极管 VD13 和 VD17 - 任何低功率硅二极管。齐纳二极管 VD10、VD11 和 VD15、VD16（D818E 或 KC190 系列）的额定稳定电压可在 9...11 V 范围内选择，热漂移最小。

实验室直流电压电流源

建议根据初始漏极电流（1...2 mA 范围内）选择场效应晶体管 VT303 和 VT2（KP4，字母索引为 A、B、F 或 I）。

网络变压器T1，装置中所用的电源由拆装而来。任何其他的都可以，包括自制的，在其每个次级绕组上提供 17...18 V 的交流电压，负载电流至少为 1,4 A。

齐纳二极管VD11和VD15位于电路板印刷导体的一侧。稳定器DA2和DA4安装在肋状散热器上，用螺钉从其他部件的侧面将其固定在印刷电路板上。为了更好的热接触，稳定器预先涂有一层导热膏。

设备主单元的调整是在保护单元关闭的情况下进行的，包括仔细检查安装和所有连接，如有必要，调整确保微电路运行的电压并设置测量电桥。

设备接入网络后，应首先测量滤波电容C1、C2和消除双极性整流器纹波的C5、C6以及提供电源的稳压二极管VD9、VD14上的电压。到运算放大器 DA1 和 DA3。电容器上的电压不应超过+25V，齐纳二极管上的电压应在+9,5...10,5V范围内。旋转电阻器R10和R17的轴时，电源臂相应输出处的电压应电压从 1,25 平稳变化到 18 V，LED HL1 和 HL2 不亮。这些电压的最大值通过选择电阻器R8和R18来设置。

该器件臂的测量电桥的操作由高阻直流电压表控制，将其连接到运算放大器 DA1 和 DA3 的输入端子。每个运算放大器反相输入端的电压（相对于公共线）必须比非反相输入端的电压更负。这些电压电平的差异将与电阻器 R2.1 和 R2.2“限制 Iout”的电阻成比例地变化。当电压相等时，器件必须从电压源模式切换到电流源模式（反之亦然）。

负载电流限制的初始值（0,01A）是通过选择合适的测量电桥电阻器（R3和R13）来实现的，其中可变电阻器R2的轴位于最小电阻的位置。

保护单元的印刷电路板、其上零件的放置以及与电源板的连接如图4所示。 0,25. 所有电阻均为MLT-3。晶体管 VT361 - K6 系列中的任何一个，VT315 - KT3102 系列中的任何一个。晶体管KT4E（VT5、VT3107）和KT7K（VT8、VT400）的基极电流传输系数必须至少为XNUMX。

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像书柜一样固定的电源电路板（图5）和网络变压器放置在内部尺寸为210x90x90毫米的外壳中，外壳由5毫米厚的PCB板制成。

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该装置的所有元件和控制装置以及用于连接负载和接地的插座夹均位于机箱的前面板上（图 6）。

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还有一个直流电压表（图 1 中的 PV7），它允许您控制电源任何臂的输出电压。

实验室直流电压电流源

DA2和DA4芯片的功耗不得超过10W。这将输出电压超过 +1,2 V 时源的最大输出电流限制为 15 A。输出电压较低时，这些微电路上的压降会增加，允许的输出电流会降低，并且输出电压为 1,25 V 时为 10 / (24-1,25, 0,44) = 10 A。每对齐纳二极管 VD11、VD15 和 VD16、VD10 可以用一个齐纳二极管代替，电压为 15 ... 两个相同电阻的分压器，电阻为1 kOhm，作为齐纳二极管连接在图 3 的电路中。 68. 使用热稳定齐纳二极管是不合理的，因为它们仅在 1 mA 的工作电流下有效，而此时通过它们的电流要小得多。

当该单元工作在输出电压为1,25V的稳压模式时，LED HL1和HL2上的闭合偏压约为20V，这是它们无法接受的。因此，任何小功率硅二极管都应该与它们中的每一个串联，或者干脆不安装电阻R9和R19。为了可靠地关闭晶体管VT21和VT24，稳压二极管VD3和VD6必须保证比VD9和VD14更高的稳定电压，因此最好使用指数G或D。为了使晶体管VT5和VT8不被由未点亮的光电二极管 U1.2 和 U2.2 的反向电流打开，它们的基极-发射极结应与 510 ... 680 kOhm 电阻器并联。

文学

Nefedov A.、Golovina V. 芯片 KR142EN12。 - 广播，1993 年，第 8 期，第 41 页42、1994； 1 年，第 45 期，第 XNUMX 页。 XNUMX.
Nefedov A.、Golovina V. 微电路 KR142EN18A、KR142EN18B。 - 广播，1994 年，第 3 期，第 41 页42、XNUMX。
Horowitz P.，Hill W. 电路的艺术，第 1 卷。- M .：Mir，1986 年。

作者：A.Muzykov，奔萨

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