Простой лабораторный блок питания 0-24В (КТ801, КТ803)
В радиолюбительской практике всегда необходим лабораторный источник питания с широким диапазоном выходных напряжений и достаточным запасом тока нагрузки.
Предлагается одна из таких несложных конструкций, позволяющая подключать несколько разных устройств одновременно. При ремонте, разработке либо моделировании радиолюбительских конструкций иногда возникает необходимость иметь несколько источников питания.
Предлагаемый блок питания позволяет получить четыре ступени регулируемого стабилизированного напряжения, плюс четыре ступени фиксированного нестабилизированного напряжения.
Также есть возможность одновременно подключать нагрузку по переменному току выборочно от 6 до 28 В. В радиолюбительской литературе встречается много схем (конструкций) лабораторных источников питания с большим диапазоном регулируемого выходного напряжения и большим максимальным током нагрузки.
Однако авторы всегда обходят вниманием тот факт, что чем меньше выходное напряжение, тем, соответственно, меньше и максимальный выходной ток.
Это связано с тем, что чем больше разница между входным и выходным напряжением при одном и том же токе нагрузки, тем большая мощность, рассеиваемая транзистором. Так, например, при входном напряжении 20 В и выходном 15 В падение напряжения на транзисторе составит 5 Вт.
При токе нагрузки 5 А на транзисторе будет выделяться мощность 25 Вт. Если же установить выходное напряжение 5 В при неизменном входном, падение напряжения на транзисторе составит 15 В.
Соответственно, при том же токе нагрузки, равном 5 А, на транзисторе будет выделяться уже 75 Вт мощности, что потребует увеличения площади охлаждающего радиатора, либо применения более мощного силового транзистора.
Чтобы не превысить мощность, рассеиваемую транзистором в данном примере (25 Вт), ток нагрузки при выходном напряжении 5 В не должен превышать 1,66 А.
Чтобы получить максимальный ток нагрузки при уменьшении выходного напряжения, необходимо снижать входное напряжение, выполнив отводы от вторичной обмотки трансформатора.
Схема
Предлагаемая схема (рис. 1) позволяет получить четыре ступени регулируемого стабилизированного выходного напряжения с возможностью получения максимального тока на каждой ступени.
Входное напряжение переключается с помощью SA2.1, SA3.1, в качестве которых используются тумблеры. Преимущество использования тумблеров — малые габариты (по сравнению с галетными переключателями), возможность коммутировать большие токи, двумя тумблерами можно получить четыре варианта выходного напряжения.
Рис. 1. Принципиальная схема лабораторного блока питания.
При изменении входного напряжения потребуется изменять и источник опорного напряжения для каждой ступени. В качестве источника опорного напряжения используется стабилитрон VD2, который питается от отдельного выпрямителя, выполненного на диодной сборке VDS1, подключенного к дополнительной обмотке трансформатора.
Такое подключение стабилитрона улучшает стабильность выходного напряжения при изменении тока нагрузки.
Опорное напряжение со стабилитрона через делители R2…R5, переключатели SA2.2, SA3.2 и потенциометр R11 поступает на базу VТ1.
Наличие отдельного выпрямителя и делителя R2…R5 позволяет обойтись одним стабилитроном для получения четырех ступеней опорного напряжения. SA2 и SA3 на схеме показаны в нижнем положении, варианты выходных напряжений — на рис. 2.
Рис. 2. Переключатели режимов напряжений.
На тиристоре VS1 выполнена защита стабилизированного блока питания от КЗ в нагрузке. В цепь нагрузки включен резистор R12, при превышении определенного тока падающее на нем напряжение поступает на управляющий электрод VS1, который открывается, шунтируя опорное напряжение на потенциометре R11.
В результате транзисторы VТ1…VT3 запираются, напряжение на выходе пропадает. Для возврата защиты в исходное состояние необходимо кратковременно нажать кнопку SB1.
Из-за высокого быстродействия защиты при подключении нагрузки, имеющей на входе емкость (начиная от 1,5.
..2 мкФ), из-за броска зарядного тока происходит ложное срабатывание защиты.
В этом случае необходимо сначала подключить нагрузку, и лишь потом выставить нужное напряжение. Полностью отключить защиту можно с помощью SB2, при этом функцию защиты выполняет только предохранитель FU2 (расположен на передней панели). С клеммы XS6 снимается регулируемое стабилизированное напряжение.
Клемма XS7 подключена к выходу диодного моста VD1 …VD4, напряжение на ней не стабилизировано, и зависит от положения переключателей SA2.1, SA3.1. Здесь можно подключать нагрузку, не требующую стабильности напряжения, защита от КЗ в нагрузке — предохранитель FU2.
Вольтметр РV1 контролирует выходное стабилизированное напряжение, амперметр РА1 — ток нагрузки как стабилизированного, так и нестабилизированного напряжения.
Со вторичной обмотки трансформатора выведены клеммы XS1…XS4, напряжение с которых можно использовать для подключения низковольтного паяльника либо лампы подсветки. Лампа HL1, расположенная на передней панели, индицирует включенное состояние блока питания.
Настройка
Настройка схемы заключается в подборе величины резистора R12, который одновременно выполняет роль шунта амперметра РА1, на максимальный ток отсечки защиты (обычно тиристоры имеют большой разброс по чувствительности), подбору дополнительных резисторов R10, R14 в цепи приборов РА1, РV1 для калибровки показаний шкал приборов.
В авторском варианте при номинале резистора R12 0,2 Ом ток отсечки равнялся 8 А, шкала РА1 — 2,5 А, шкала РV1 — 25 В. Также желательно подобрать резисторы делителей R3, R4, R5 для того, чтобы в крайнем верхнем по схеме положении потенциометра R11 максимальные напряжения на каждом пределе соответствовали заданным.
Детали
Трансформатор ТV1 выполнен на Ш-образном сердечнике сечением 5×2,5 см. Сетевая обмотка I — 836 витков ПЭВ-1 диаметром 0,31 мм, вторичная обмотка II: 6 В — 25 витков, 10В — 42 витка, 12 В — 50 витков ПЭВ-1 диаметром 1,0 мм. Дополнительная обмотка III (40 В) — 155 витков ПЭВ-1 диаметром 0,2 мм. Тумблеры SA1 — ТП1-2, SA2, SA3 — Т3.
В качестве приборов РА1 и PV1 использованы микроамперметры М5-2 с током отклонения 300 мА. Резистор R12 выполнен из отрезка нихромового провода диаметром 1,5 мм.
Транзистор VТ3 установлен на литом радиаторе, диоды VD1…VD4 — на отдельных П-образных радиаторах (рис. 3), остальные детали — на печатной плате размером 100×70 мм. Транзистор VТ1 можно заменить на КТ815, VТ2 — КТ817, VТ3 — КТ808, КТ819.
Блок питания выполнен в корпусе размером 190x140x90 мм (рис. 4). Для улучшения охлаждения на левой боковой стенке корпуса (со стороны расположения радиатора транзистора VТ3), а также на задней стенке просверлены отверстия диаметром 7 мм.
Для получения большего выходного тока необходимо применить трансформатор ТV1 большей мощности, увеличить емкость конденсаторов С2, С3 и, возможно, применить более мощный транзистор VТ3.
Несмотря на простоту конструкции, для автора блок питания уже много лет является неизменным помощником, а тиристорная защита многократно спасала от аварийных режимов не только блока питания, но и в испытуемых устройствах.
В. Кандауров. п. Камышеваха, Луганская обл. Украина. РМ-09-17.
Радиолюбительский блок питания
А.Добуш г.Винница
Рано или поздно перед радиолюбителем возникает проблема изготовления универсального блока питания (БП), который пригодился бы на «все случаи жизни». То есть имел достаточную мощность, надёжность и регулируемое в широких пределах выходное напряжение, к тому же защищал нагрузку от «чрезмерного потребления» тока при испытаниях и не боялся коротких замыканий.
Предлагается, по мнению автора, наиболее удовлетворяющий этим
условиям достаточно простой для повторения БП, обеспечивающий
стабилизированное напряжение 1,5-24 В при выходном токе до ЗА.
Кроме того, он может работать в режиме источника тока с возможностью
плавной регулировки тока стабилизации в пределах 10-100 мА или
с фиксированными значениями тока 0,1 А, 1 А, 3 А.
Рассмотрим схему БП (см. рис.1). Основой её является традиционная схема стабилизатора напряжения, «сердцем» — микросхема КР142ЕН12, которая в настоящее время доступна широкому кругу радиолюбителей. В качестве силового трансформатора выбран довольно мощный унифицированный накальный трансформатор ТН-56, который имеет четыре вторичные обмотки с допустимым током 3,4 А и напряжением каждой 6,3 В. В зависимости от требуемого выходного напряжения переключателем SA2 подключаются две, три или четыре последовательно соединённые обмотки. Это необходимо для уменьшения мощности, рассеиваемой на регулирующем элементе, а, следовательно, повышения КПД устройства и облегчения температурного режима. Действительно, в самом неблагоприятном режиме, при максимальной разности между входным и выходным напряжениями (конечно, если выходное напряжение соответствует диапазону, указанному переключателем SA2) и максимальном токе 3 А рассеиваемая на регулирующем элементе мощность составит:
Pрасс.
max = (UВх.max
— 2Uvd — UВых.min)
* Imax (1)
Pрасс.max = (12,6 — 2 * 0,7 — 1,5) *
3 = 29,1 Вт,
где UВх.max — максимальное входное действующее напряжение данного диапазона; UВых.min — минимальное выходное напряжение данного диапазона; Uvd — падение напряжения на диоде выпрямительного моста. Легко проверить, что без разделения выходного напряжения на диапазоны рассеиваемая регулирующим элементом мощность достигает 70 Вт.
Переменное напряжение выпрямляется диодным мостом VD1-VD4 и
сглаживается на конденсаторе C5. Предохранитель FU2 защищает
трансформатор при выходе из строя диодов выпрямителя. Транзисторы
VT1, VT2 служат для увеличения выходного тока БП и облегчения
режима работы интегрального стабилизатора DA1.
Резистором R1
задаётся ток через DA1, открывающий VT2:
IDA1 = UБЭVT2 / R1 = 0,7 / 51 = 0,014 А, (2)
где UБЭVT2 — открывающее напряжение эмиттер-база
транзистора VT2. При токе 14 мА микросхема DA1 может работать
без радиатора. Для повышения стабильности выходного напряжения
регулирующее напряжение снимается с линейки резисторов R2-R4,
подключенной к выходу микросхемы и подаётся на «управляющий» вывод
01 DA1 через развязывающий диод VD6. Регулировка выходного напряжения
осуществляется резисторами: R4 — «ГРУБО» и R3 — «ТОЧНО». Стабилизатор
тока выполнен на DA1, токозадающих резисторах R5-R9 и развязывающем
диоде VD7. Выбор необходимого дискретного тока стабилизации осуществляется
переключателем SA3.
R = 1.35 / Iстаб, (3)
Р = I² * R, (4)
где I — ток стабилизации диапазона; R — сопротивление резистора.
Реально мощность токозадающих резисторов из соображения надёжности
сознательно увеличена. Так резистор R8 типа С5-16В выбран мощностью
10 Вт. В режиме стабилизации тока (переключатель SA3 в положении
«3 А») на резисторе рассеивается мощность 3,8 Вт.
Дополнительные удобства при работе с БП обеспечивает вольтметр
pV, в качестве которого используется микроамперметр типа М95
с током полного отклонения 0,15 мА.
Сопротивление резистора R11 подбирается так, чтобы конечному значению шкалы соответствовало напряжение 30 В. Также можно использовать любую другую измерительную головку с током полного отклонения до 1,5 мА, подобрав токоограничительный резистор R11.
В качестве переключателей SA2, SA3 используются галетные — типа 11ПЗНМП. Для увеличения допустимого коммутируемого тока эквивалентные выводы трёх галет запараллелены. Фиксатор установлен в зависимости от количества положений.
Конденсатор C5 сборный и состоит из пяти параллельно включенных конденсаторов типа К50-12 ёмкостью 2000 мкф x 50 В.
Транзистор VT1 установлен снаружи на радиаторе площадью 400
см². Его можно заменить на КТ803А, КТ808А, VT2 может быть
заменён на КТ816Г.
Пару транзисторов VT1, VT2 можно заменить
одним КТ827А, Б, В или Д (При такой замене диод
VD5 можно исключить, т.к. он уже имеется внутри транзистора.
A.K.). Диоды VD6, VD7 любые, лучше германиевые с меньшим
прямым падением напряжения и допустимым обратным напряжением
не менее 30 В. Диоды VD1 — VD4 типа КД206А, КД202А, Б, В или
аналогичные устанавливаются на радиаторах.
При самостоятельном изготовлении трансформатора TV1 можно руководствоваться
методикой, описанной в [З]. Габаритная мощность трансформатора
должна быть не менее 100 Вт, лучше 120Вт. При этом можно будет
домотать ещё одну обмотку напряжением 6,3 В. В этом случае добавится
ещё один диапазон 24 — 30 В, что обеспечит при токе нагрузки
3 А диапазон регулирования выходного напряжения 1,5-30 В.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Нефёдов А.В., Аксёнов А.И., Элементы схем бытовой радиоаппаратуры.
Микросхемы: Справочник. — М: Радиосвязь, 1993.
2. Акимов Н.Н., Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели,
коммутационные устройства РЭА: Справочник. — Минск.: Беларусь,
1994.
3. Полупроводниковые приёмно-усилительные устройства: Справочник
радиолюбителя / Р.М.Терещук, К.М.Терещук. — Киев: Наукова думка,
1988.
транзисторов — как работает этот блок питания?
Думаю, еще никто не объяснил , как работает . Кто-то определил, что BJT действует как эмиттерный повторитель . Но это не как , а как топология ответ.
Поскольку вы спрашиваете, «чем это лучше, чем просто использование стабилитрона с резистором», я предполагаю, что вы уже понимаете секцию резистора и стабилитрона.
Остается объяснить только добавленный BJT.
Когда биполярный транзистор находится в активной области, падение Vbe не сильно меняется независимо от тока коллектора. Итак, если вы знаете напряжение на базе биполярного транзистора, тогда вы знаете также напряжение на эмиттере. Для кремниевых NPN BJT (большинство из них) это будет примерно на 0,7 В меньше базового напряжения. Таким образом, фиксация базы фиксирует эмиттер на несколько более низкое значение (пока мы игнорируем коллектор). Короче говоря, эмиттер примерно на «падение диода» меньше, чем база.
Теперь добавим коллектор. Это напрямую связано с блоком питания. Все это означает, что ток коллектора (если есть) может исходить прямо от шины питания с низким импедансом, а НЕ от вашего источника стабилитрона. Для этой схемы не очень важно, насколько высокое напряжение там существует — например, она работает примерно так же хорошо с 12 В, как и с 20 В. (За исключением раннего эффекта.) Единственным ограничением здесь является способность биполярного транзистора «выдерживать» напряжение на выводах коллектора и эмиттера.
Большинство биполярных транзисторов могут выдерживать напряжение 30 В и более, но вы всегда можете посмотреть его в таблице данных, чтобы быть уверенным — ищите напряжение пробоя VCE (или VCEO). Таким образом, коллектор просто привязан к нему, чтобы у него был готовый источник питания. тока от источника питания, который имеет большую токоподатливость.
Теперь нагрузка подключается к эмиттеру, а затем к земле. Это замыкает цепь от резистора к базе, затем к эмиттеру, через нагрузку там, а затем к земле, которая начинает подавать крошечный ток в нагрузку. Но этот ток также обеспечивает необходимый ток рекомбинации, чтобы обеспечить протекание гораздо большего (из-за значения BJT beta ) тока коллектора, который теперь ТАКЖЕ добавляется к току, выходящему из эмиттера в нагрузку. Таким образом, нагрузка теперь имеет гораздо большее соответствие току от цепи, получая большую часть лишнего от коллектора и почти ничего от базы. Это может быть разница в 100 и более раз. Так что хорошо здесь то, что схема стабилитрон+резистор равна еле загружается , хотя нагрузка требует много тока.
Предположим, нагрузке требуется 100 мА. Только в схеме стабилитрон + резистор все это должно проходить через резистор. И это добавит дополнительное падение напряжения на нем или же почти или полностью лишит стабилитрон тока, необходимого для поддержания его напряжения. Но при установленном биполярном транзисторе с коллектора может поступать 99 мА или даже 99,9 мА, минуя резистор стабилитрона. Тем не менее, возможно, 1 мА или, возможно, 0,1 мА все еще потребуется резистору стабилитрона для обеспечения базового рекомбинационного тока биполярного транзистора. Но это НАМНОГО меньше, и это почти наверняка не приведет к голоданию стабилитрона. (Они часто работают при токе 10 мА, что делает подачу базового тока биполярного транзистора от 0,1 мА до 1 мА гораздо менее сложным, чем если бы вы рассматривали возможность подачи 100 мА от резистора стабилитрона!)
Фактически, путь коллектор-эмиттер биполярного транзистора обеспечивает большую часть необходимого тока, оставляя гораздо меньшую его часть для нагрузки резистора стабилитрона.
И это почти всегда хорошо здесь.
Также обратите внимание, что разница напряжений в 0,7 В, о которой я упоминал ранее, ДЕЙСТВИТЕЛЬНО немного зависит от тока коллектора. Так что регулирование не идеально. Если нагрузка требует 1 мА, а затем требует 100 мА, напряжение, которое она получает на эмиттере, немного сдвинется. Но хорошо здесь то, что изменение составляет всего около 60 мВ для каждого 10-кратного изменения тока нагрузки. Таким образом, даже при изменении от 1 мА до 100 мА напряжение на эмиттере сдвинется примерно на 120 мВ (поскольку между 1 мА и 100 мА есть два коэффициента 10). Часто это вполне терпимо и составляет хорошо блок питания для многих применений.
РЕДАКТИРОВАТЬ: @DewaldSwanepoel:
Это действительно должен быть принятый ответ.
Хе-хе. Спасибо. Я пытался на самом деле ответить на вопрос, а не просто доказать, что я могу распознать закономерность. Немного разницы. Но ОП выбирает.
Не могли бы вы пояснить, как можно было бы выбрать значение резистора и конкретный биполярный транзистор для вашего приложения?
Каждый стабилитрон будет иметь спецификацию в спецификации для требуемого рабочего тока.
(Или диапазон рабочих токов.) Отклонение от рекомендуемых значений означает, что само напряжение стабилитрона может больше не соответствовать другим спецификациям, поэтому лучше использовать его по назначению.
Предположим, вы выбрали 1N4735A, который является стабилитроном \$6.2\:\textrm{V}\$. Он протестирован при \$41\:\textrm{мА}\$, но на диаграмме показаны кривые для токов от \$5\:\textrm{мА}\$ до \$20\:\textrm{мА}\$. Это говорит о том, что вы должны использовать его в одном из них. Импеданс стабилитрона обычно немного улучшает (хорошо), если вы используете их горячее или с немного большим током.
Также будет базовый ток для BJT при полной нагрузке. Или ни одного, если нет. Предположим, что BJT должен выдерживать нагрузку в $200\:\textrm{mA}\$. Допустим, шина напряжения равна \$12\:\textrm{V}\$, поэтому BJT, возможно, придется сбрасывать \$7\:\textrm{V}\$ через \$V_{CE}\$. Затем, возможно, придется рассеять до \$1,4\:\textrm{W}\$. И такие BJT могут показывать только \$\beta=50\$ или около того.
Таким образом, мы планируем базовый ток до \$4\:\textrm{мА}\$.
Таким образом, нам нужно обрабатывать базовый ток, изменяющийся от \$0\:\textrm{мА}\$ до \$4\:\textrm{мА}\$. Я бы порекомендовал выбрать, возможно, ток \$20\:\textrm{мА}\$ для стабилитрона. Таким образом, общий ток через резистор будет равен \$24\:\textrm{мА}\$, при этом все \$24\:\textrm{мА}\$ проходят через стабилитрон, когда биполярный транзистор не загружен, чтобы просто \$24\:\textrm{мА}\$ $20\:\textrm{mA}\$ через стабилитрон при максимальной нагрузке BJT. Это изменение невелико, поэтому опорное напряжение, которое BJT видит , должно выдержать, хорошо.
Таким образом, в этом случае резистор будет:
$$ R= \frac{12\:\textrm{V} — 6,2\:\textrm{V}}{24\:\textrm{мА}} \приблизительно 242\:\Omega$$
Можно выбрать либо \$220\:\Omega\$, либо \$270\:\Omega\$. Любой был бы в порядке.
Я видел, что в некоторых схемах используется Дарлингтон, но какие именно соображения?
Дарлингтон будет падать больше напряжения, попадая на эмиттер, так что ваш выбор напряжения стабилитрона должен учитывать это.
Основная другая деталь заключается в том, что Дарлингтону потребуется меньший базовый ток.
Предположим, что в приведенных выше обстоятельствах максимальный требуемый ток равен \$1\:\textrm{A}\$. В этом случае мы можем запланировать \$\beta\примерно 40\$, а базовый ток — \$25\:\textrm{мА}\$. Это намного больше, чем мы можем ожидать для того стабилитрона, о котором я упоминал. Это слишком много, чтобы иметь дело с. Итак, здесь мы можем выбрать Дарлингтон с \$\beta=500\$, что означает, что мы вернулись к базовому току, который составляет около \$2\:\textrm{мА}\$, что теперь совершенно нормально. Конечно, нам пришлось бы использовать более высокое напряжение стабилитрона, так что это был бы другой выбор стабилитрона. Но это идея.
Я бы предположил, что для диода вы просто хотите выбрать диод напряжение пробоя стабилитрона на 0,7 В выше желаемого выходное напряжение?
Грубо говоря, да. Вам действительно нужно выяснить, каким будет падение база-эмиттер в BJT или Darlington.
Более высокое соответствие току требует большего падения. Вы можете увидеть от \$600\:\textrm{mV}\$ до более чем \$900\:\textrm{mV}\$, в зависимости от BJT и обстоятельств. И значительно больше, чем у Дарлингтона. Используйте таблицы данных, чтобы оценить это.
Кроме того, есть ли у этой схемы преимущества перед простым использованием напряжения? регулятор как LM317?
Для большинства целей? Возможно нет. Но есть проблемы с доступностью, количеством поставщиков деталей, стоимостью, количеством сквозных отверстий (если это то, что вы делаете) и другими факторами, которые могут заставить вас сделать выбор в пользу одного из них. Одна вещь, которую вы получаете здесь, — это контроль над выбранным вами BJT. Но вы также можете добавить BJT вокруг LM317. Так что, возможно, LM317 все же выиграет.
транзисторов — Пытаюсь сократить до одного силового ключа в цепи с двумя источниками питания
Я работаю над проектом небольшого сундука с сокровищами, который будет открываться/закрываться, светиться и воспроизводить звуковые эффекты, когда вы пройти рядом с ним.
Я сделал небольшой прототип подключения каждого из компонентов по одному. Это определенно все еще продолжается, и я все еще новичок, когда дело доходит до электротехники, поэтому я не удивлюсь, если сделаю что-то неправильно.
Одна из вещей, которую я пытаюсь выяснить, это как добраться до одного выключателя питания. На данный момент у меня есть один выключатель питания прямо на плюсовой клемме каждой батареи.
Я подумал, что могу добавить NPN-транзистор к линии питания 9 В вместо физического ползункового переключателя, а затем поместить перемычку на положительную клемму 6 В сразу после ползункового переключателя. Идея заключалась в том, что когда я включаю 5 В, контакт затвора на транзисторе активируется и пропускает питание 9 В.
Я попытался подключить это и обнаружил, что напряжение на внешних ножках транзистора упало с ~9В до ~4В. Я знаю, что обычно происходит падение напряжения, когда более высокое напряжение проходит через транзистор, но из того, что я читал, обычно падение составляет 0,7 В, а не половину напряжения.
Я что-то упустил или неправильно понял?
Перед тем, как перейти к каждому пункту списка предложений, я хотел опубликовать обновленную версию электрической схемы с теоретическим NPN-транзистором и резистором для справки о том, что я пробовал раньше.
Ответы на вопросы и ответы на предложения
Спасибо за все ваши комментарии. Вот ответы на каждое из предложений или вопросов:
Почему бы просто не использовать двухполюсный выключатель
…вы также можете использовать двухполюсный однопозиционный переключатель (DPST)…
На самом деле я не знал, что такие существуют. После этого полезного исследования типов переключателей я определенно рассматриваю возможность добавления одного, но я хочу попробовать обойтись без него по определенной причине, о которой я не писал ранее. Я планирую использовать (все еще пытаюсь использовать) потенциометр, который одновременно служит выключателем, поэтому мощность и громкость контролируются одним компонентом.
