带OU的强大实验室电源。方案、说明

带 OU 的强大实验室电源。无线电电子电气工程百科全书

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可能没有一个无线电爱好者没有将实验室电源作为第一个设计之一。每个无线电爱好者在做实验、制作个人设备时，肯定会面临电源的问题。碰巧的是，在为任何设计制作了电源后，在花费大量时间和金钱在文献中寻找合适的电路和细节的同时，新手设计师确信他的设备不能与该装置很好地配合。这种情况经常发生在那些无线电业余爱好者身上，他们在没有实验室源的情况下无法正确确定其设备稳定工作的电源电压范围或实际消耗的电流。在设备调整过程中，有必要这样做，从外部源向它们供电，这将为调整输出电压及其在负载电流大变化时的高稳定性提供宽阔的限制。

此外，此类电源必须具有针对过载或输出短路的高速保护。

流行的无线电技术文献不断强调电源的设计，并反复描述值得注意的实验室来源。然而，其中一些要么提供不足的负载电流，但其他参数优良，要么包含许多稀缺部件，要么难以配置。因此，并不是每个无线电爱好者，尤其是初学者都可以重复它们。

与大多数类似设备一样，所述电源的效率不超过50%。重复时，您将不得不努力缠绕电源变压器。然而，电路的相对简单性和足够高的输出参数、调谐增益、重量和尺寸具有一定的优势。

该电源的主要特点：

输出电压 .... 0...30 V；
电源电压从 200 到 240 V 变化时的稳定系数....... 1000；
最大负载电流....... 2 A；
温度不稳定............ 2 mV /°C;
I n.max ....... 2 mV 处的纹波幅度；
输出阻抗....... 0,02 欧姆。

电源(图1)由串联调节元件(晶体管VT2-VT4)的主补偿稳定器、反馈电路中的放大器(微电路DA1、晶体管VT1)、辅助参数稳定器(齐纳二极管VD11-VD14、VD19)和过载保护装置(晶体管VT5、VT6)组成。在补偿稳定器中，输出电压是来自整流器的电压与调节晶体管两端的压降之间的差。

图1（点击放大）

设计一种输出电压在较宽范围内平滑变化且负载电流较大的稳定器的愿望与调节晶体管上释放大量热功率相关。因此，在模块中使用了整流电压的阶跃变化。为此，使用 SA2 开关的 SA5 部分向由二极管 VD2.1-VD2 组成的主整流器提供来自电源变压器的分段次级绕组 III 的电压。同时开关SA2（SA2.2和SA2.3部分）切换稳定器控制级的电阻器。在这种情况下，输出电压可以以3V为单位以41个步长变化，并且在每个步长内使用电阻器R2平滑地变化。因此，在按照共集电极电路连接的主调节晶体管VT4-VT20上的最大负载电流下，功耗不超过3瓦。晶体管VT4和VT10并联，因此它们各自的功耗不超过42瓦。这些晶体管的发射极包括电阻器 R43 和 RXNUMX，用于均衡它们的电流。

为了减小电源的整体尺寸和重量，增加安装的紧凑性，使用了散射面积小于必要的散热器。同时，电源在最大负载电流下长期运行期间，晶体管会被加热至 60 ... 70°C。

如果电源要在接近最大的负载电流下长时间工作，则应使用耗散面积为800 ... 1000 cm2的散热器。

反馈信号放大器组装在运算放大器(op-amp)DA1上，DA6由二极管VD9-VD11组成的辅助整流器供电。运算放大器的电源电压由两个串联的参数稳定器稳定，第一个稳定器由齐纳二极管VD12、VD3和电阻器R13构成，第二个由齐纳二极管VD14、VD4和电阻器R14构成。由VD19齐纳二极管稳定的电压也用于为参考电压源供电，该参考电压源由具有低稳定电压温度系数的VD21齐纳二极管和电阻器RXNUMX制成。

通过使用分压器 R22-R41 改变提供给运算放大器反相输入的参考电压，您可以改变稳定器的电压。

为了获得超过运算放大器最大输出电压的电源输出电压，在晶体管VT1上使用放大器。电阻R11限制运算放大器的输出电流。通过电阻器 R19、R20 上的分压器，该单元的部分输出电压被馈送到运算放大器的非反相输入端。随着稳定器输出电压的任何随机变化，运算放大器输入端的电压差会发生变化，集电极 VT1 上的电压也会相应变化，从而改变调节晶体管的状态，从而使该单元的输出电压返回到其先前的值。电容器 C5-C7、C9、C10 在整个输出电压和负载电流范围内消除高频块自激。

为了保证电源的输出电压接近于0，晶体管VT3、VT4的基极通过电阻R8提供由电阻R6两端的分压电流R7、R7形成的截止电压。如果没有这个电压，就不可能获得小于1…1,5V的单元输出电压。其原因是晶体管VT2-VT4的集电极电流在其基极零电压时的最终值。

VD17R14电路用于加速电容器C12和连接到单元的容性负载的放电，同时设置较低的单元输出电压电平。在这种情况下，电容器C12沿电路放电至晶体管T1集电极上建立的电压：电容器C12的正极端子、电阻器R12、晶体管VT1的发射极-集电极结、二极管VD17、电阻器R14、电容器C12的负极端子。

电子过流保护装置是在晶体管VT5、VT6上制作的。在开路极性中，由电阻器 R12 上的负载电流产生的电压降施加到晶体管 VT5 的发射极结。同时，来自电阻器 R15 的闭合电压（由电阻器 R17 调节）被提供给同一转换。一旦负载电流超过规定水平，VT5 就会轻微打开，从而打开晶体管 VT6。后者反过来又会进一步打开 VT5——这个过程像雪崩一样进行。结果，两个晶体管都完全打开，并且负极性信号通过二极管VD10和电阻器R18提供给运算放大器的输入端18，该信号的绝对值超过输入端9处的信号。运算放大器的输出端产生负极性电压，从而打开晶体管VT1。此时，调节元件（晶体管VT2-VT4）截止，机组输出电压接近于0。同时，“过载”信号灯H2亮。

要将模块恢复到原始状态，您需要将其关闭几秒钟，然后再次打开。电源变压器的绕组IV、二极管VD1上的辅助整流器、电容器C1和二极管VD10用于消除当电源关闭时在该单元的输出处出现来自主整流器的升高的电压。这是可能的，因为电容器 C2 的放电速度比电容器 C3 快。在这种情况下，运算放大器的电源电压消失得更快，因此晶体管VT1被锁定，并且在电容器C3两端的电压消失之前控制元件被解锁。

电容器C3的正极通过晶体管VT1的发射结连接到二极管VD10的阳极，但二极管VD3在电源接通时不影响其工作，因为它被电容器C1两端电压与电容器C1两端电压之间的电压差形成的正电压闭合。由于电源变压器的绕组III和IV的输出电压之和对电容器C1充电，后者总是更大。为了确保这一条件，有必要观察如图所示的绕组 III 和 IV 的极性。电源关闭后，电容C1通过电阻R10迅速放电，电容C3两端的电压使VD1二极管开通，后者通过电阻R1进入三极管VT1的基极。晶体管VT3解锁，关闭控制元件。在这种情况下，负载电压保持接近于零，直到电容器C1通过晶体管VT9和电阻器RXNUMX完全放电。

电阻R2加速了电容C2的放电，消除了关断第一瞬间单元输出电压的浪涌，而电容C1还没有来得及放电，二极管VD10和晶体管VT1还没有开通。此时浪涌的出现与运算放大器输入端电压的不均匀变化及其输出端出现正跳变有关。

电容C4、电阻R5和二极管VD16用于消除电源接通时输出电压的浪涌，以及防止接通瞬间大容性负载而引起保护跳闸。在接通后的初始时刻，电容C4分两路缓慢充电：通过电阻R5、通过电阻R9和VD16二极管。此时，晶体管VT2基极的电压等于开路二极管VD16两端的电压降与电容器C4两端的电压之和。该电压以及电源输出处的电压将随着电容器 C4 两端的电压而增长，直到稳定器进入稳定状态。接下来，VD16二极管截止，电容C4仅通过电阻R5充电到滤波电容C3上的最大电压，对电源的进一步工作没有任何影响。二极管VD15用于在设备关闭时加速电容器C4的放电。

除电源变压器、强大的控制晶体管、开关SA1-SA3、保险丝座FU1、FU2、灯泡H1、H2、指针式仪表、输出连接器和平滑输出电压调节器外，所有元件均放置在印刷电路板上（图2）。

带运算放大器的强大实验室电源
Ris.2

元件位置如图 3 所示，电源外观如图 4 所示。

带运算放大器的强大实验室电源
Ris.3

带运算放大器的强大实验室电源
Ris.4

P210A晶体管安装在外壳背面的针形散热器上，有效散热面积约为600 cm2。箱体底部安装散热器处钻有直径8毫米的通风孔。外壳盖的固定方式与散热器之间保持约0,5厘米宽的气隙。为了更好地冷却控制晶体管，建议在外壳上钻通风孔。

外壳中央固定有一个电源变压器，旁边右侧的一块 5x2,5 厘米硬铝板上固定有一个 P214A 晶体管。该板通过绝缘套管与本体绝缘。主整流器的二极管 KD202V 安装在用螺钉固定在印刷电路板上的硬铝板上。该板安装在电源变压器上方，零件朝下。

电源变压器采用环形磁带磁路 OL 50-80/50 制成。初级绕组包含 960 匝 PEV-2 0,51 电线。绕组II和IV的输出电压分别为32V和6V，初级绕组上的电压为220V。它们包含140匝和27匝PEV-2 0,31电线。绕组 III 采用 PEV-2 1,2 线绕制，包含 10 节：下面的一节（根据图表） - 60 匝，其余各 11 匝。这些部分的输出电压分别等于14V和2,5V。电源变压器还可以缠绕在另一个磁路上，例如，缠绕在TV UNT 47/59等的杆上。这种变压器的初级绕组被保留，次级绕组被重绕以获得上述电压。

电源方面，可以使用P210、P216、P217、GT4系列晶体管代替P806A晶体管。可以使用 P214-P213 系列中的任何一个来代替 P215A 晶体管。 MP26B 晶体管可替换为 MP25、MP26 系列中的任何一个，P307V 晶体管可替换为 P307 - P309、KT605 系列中的任何一个。二极管D223A可用二极管D223B、KD103A、KD105替代；二极管 KD202V - 允许电流至少为 2 A 的任何强大二极管。您可以使用该系列中的任何其他齐纳二极管来代替 D818A 齐纳二极管。

开关 SA2 - 小型饼干型 11P3NPM。在第二个块中，该开关的两个部分的触点并联，用于切换电源变压器的部分。当电源接通时，开关SA2的位置应在负载电流不超过0,2 ... 0,3 A时改变。如果负载电流超过规定值，则为防止开关触点产生火花和烧毁，只有在关闭后才能改变设备的输出电压。用于平滑调节输出电压的可变电阻器的选择应取决于电阻对“A”型发动机的旋转角度的依赖，并且最好是电线。微型白炽灯泡 HCM-1 V-2 mA 用作信号灯 H9、H60。

任何指针装置均可用于指针完全偏转电流高达 1 mA 且前部尺寸不超过 60X60 mm 的情况。必须记住，电源输出电路中包含分流器会增加其输出阻抗。器件箭头总偏差的电流越大，分流器的电阻就越大（前提是器件的内阻是同级的）。为防止器件对电源输出阻抗的影响，工作时应将开关SA3设置为测量电压（图中上部位置）。在这种情况下，器件的分流器闭合并从输出电路中排除。

建立电源归结为检查安装的正确性、选择控制级的电阻器以在要求的范围内调节输出电压、设置保护操作电流以及选择指针表的电阻器Rsh和Rd的阻值。在设置电源之前，焊接短跳线而不是分流器。

设置该单元时，将其连接到网络，将开关 SA2 和电阻器 R41 的滑块（见图 1）设置到与最大输出电压相对应的位置（图中的上部位置）。然后，通过选择电阻器R22，将电源输出处的电压设置为30V。可变电阻器R41也可以使用51...120欧姆范围内的不同值。在这种情况下，电阻器 R23-R40 的标称电阻选择为比电阻器 R5 的电阻小 10 ... 41%。

接下来，配置保护装置。为此，焊接 VD18 二极管的一个端子，并将一个电阻为 5 ... 10 欧姆且功率至少为 25 瓦的电阻器连接到模块的输出。然后设置单元的输出电压，使得通过外部设备控制的电阻的电流为2,5A。通过调节电阻R17，在此电流下激活保护。完成设置后，将 VD18 二极管焊接到位。为了使保护在最小电源电压下可靠运行，选择了电阻器 R16。类似雪崩的过程取决于它，导致晶体管 VT5 和 VT6 解锁。

重复供电时，应记住从电阻R24到公共线的导线必须直接连接到印刷电路板，而不是连接到Rsh分流器或PA1指针表的端子。否则，当连接负载时，设备的输出电压可能会升高。该增加在最大负载电流下可以达到0,3…0,5V，取决于连接电阻器R12、R20的连接点与电容器C 12 和分流器Rsh的连接点的导线的长度和直径。发生这种情况是因为负载电流在电线上形成的压降与参考电压串联施加到运算放大器的反相输入端。

使用一根直径为1毫米的锰铜丝或康铜丝作为分流器。设置分流器时，将开关SA3切换到“电流”位置，焊上一根锰铜线代替之前安装的跳线后，才接通电源。否则，指针式仪表 PA1 可能会出现故障。在这种情况下，外部设备与负载串联，负载可以是设计用于 5 ... 10 W 耗散功率的 10 ... 50 欧姆电阻。通过改变电源的输出电压，将负载电流设置为 2 ... 2,5 A，并通过减少或增加锰铜线的长度，获得与 PA1 仪表相同的读数。每次操作改变分流器长度之前，不要忘记关闭电源。

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