Source de tension et de courant continu de laboratoire

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Cette alimentation de laboratoire pour équipements radio est le résultat des activités pratiques d'un petit groupe de gars du club d'ingénierie radio pour adolescents "Radar" (Penza). Il intéresse ceux qui développent des équipements utilisant des amplificateurs opérationnels et des microcircuits modernes nécessitant des tensions d'alimentation unipolaires et bipolaires, réglables sur une plage assez large.

Une particularité de cette alimentation de laboratoire est l'unité de protection. On sait que pour certains microcircuits destinés à être alimentés à partir d'une source de tension bipolaire, une situation où l'un d'entre eux manque est inacceptable. Pour éliminer de telles situations, l'unité proposée prévoit un système de protection qui bloque le fonctionnement de l'un des bras du dispositif d'alimentation en cas de court-circuit dans l'autre bras. Une fois la cause du court-circuit éliminée, l’alimentation revient automatiquement à un fonctionnement normal.

Caractéristiques techniques de l'appareil

• Limites de régulation de la tension de sortie, V......+1,25...18
• Intervalle de contrôle de limitation de courant de charge, A......0,01...1,2
• Niveau d'ondulation en mode source de courant à In=0,1 A, mV......10
• Tension de seuil du dispositif de blocage, V......1

Les paramètres de l'appareil en mode source de tension correspondent aux données de référence pour les stabilisateurs de tension à microcircuit utilisés dans celui-ci [1, 2].

Structurellement, il se compose de deux blocs fonctionnellement complets : une alimentation de charge bipolaire et une unité de protection de circuit, montées sur des cartes de circuits imprimés séparées.

Le schéma du premier de ces blocs est présenté sur la Fig. 1. Les enroulements II et III du transformateur réseau T1, les ponts de diodes VD1 - VD4 et VD5 - VD8 forment une source de tension bipolaire non stabilisée +23...24 V, alimentant tous les composants et blocs de l'appareil. La source d'alimentation du microcircuit DA1 au niveau de sa borne négative est le stabilisateur de tension R11VD14, et le microcircuit DA3 est le stabilisateur R1VD9.

En termes de fonctionnement et de conception du circuit, les deux bras de l'alimentation sont symétriques, nous examinerons donc plus en détail le fonctionnement d'un seul d'entre eux - le positif.

Une tension unipolaire non stabilisée (pas plus de +25 V), dont les ondulations sont lissées par les condensateurs C1 et C2, est fournie à l'entrée (broche 5) du microcircuit via la résistance de mesure R2.1, qui est incluse dans la mesure pont formé de résistances R5 - R10 et de diodes Zener VD11 et VD2 stabilisateur DA2 avec tension de sortie contrôlée par la résistance variable R10. L'alimentation du pont de mesure est assurée par une source de courant à base de transistor à effet de champ VT1.

Alors que le courant de sortie du stabilisateur est inférieur à la valeur définie, la chute de tension aux bornes de la résistance R5 est faible, la tension à la sortie directe DA1 est supérieure à celle de la sortie inverse et à la sortie 6 de l'amplificateur opérationnel, la tension est proche de +21 V. Les diodes HL1 et VD13 sont fermées et n'affectent pas le fonctionnement du stabilisateur DA2.

Si le courant de sortie devient égal à la valeur seuil fixée par la résistance R2.1, le pont de mesure est activé. L'ampli-op DA1 passe en mode linéaire, dans lequel l'égalité

UR2.1 + UR3 = UR5 + Régler VD10.

Dans ce cas, la tension de sortie du bras dépendra de la tension à la sortie de l'ampli-op, qui à son tour surveille la chute de tension aux bornes de la résistance R5, c'est-à-dire le courant de charge auquel l'égalité ci-dessus est satisfaite. Ainsi, lorsque les relations R3/R4 = 1 et Ust VD10 = Ust VD11

In = R2.1/R4.Ust VD11/R5.

Cette formule simplifiée peut être utilisée s'il est nécessaire de recalculer les paramètres du pont de mesure en tenant compte de la base d'éléments existante ou d'autres exigences. Pour un suivi plus précis des courants de charge inférieurs, il est conseillé d'augmenter la résistance de la résistance R5. Dans ce cas, la limite supérieure de la limitation du courant de charge diminuera en conséquence.

En principe, le bras négatif de la source d'alimentation fonctionne également de cette façon.

Le schéma du bloc de protection de l'appareil contre les courts-circuits à sa sortie ou dans la charge est illustré à la Fig. 2. Lorsqu'une tension de sortie bipolaire est appliquée à ses entrées, les transistors VT4 et VT7 s'ouvrent et ainsi shuntent : le transistor VT4 est un circuit formé par la LED HL3, la résistance R25 et la diode électroluminescente de l'optocoupleur U1, et le transistor VT7 est le circuit HL4, R29 et la LED de l'optocoupleur U2. Les transistors VT3 et VT6 sont actuellement fermés. Cet état des éléments de ces circuits du système de protection correspond au fonctionnement de l'appareil sans court-circuit dans ses circuits extérieurs.

Supposons qu'un court-circuit se produise dans la charge connectée à la sortie du bras positif de la source d'alimentation. Dans ce cas, le transistor VT4 se ferme. Cela conduit à l'ouverture du transistor VT6 (via la diode Zener VD24 et la résistance R30), ce qui élimine le blocage mutuel du système de protection. Le transistor VT7, après avoir bloqué le bras négatif, reste ouvert avec un courant circulant dans sa base à travers la résistance R27 et la diode VD23. Dans le même temps, la LED HL3 s'ouvre, signalant l'apparition d'un court-circuit dans le circuit +Uout et l'émetteur optocoupleur U1. De ce fait, le courant de la photodiode de cet optocoupleur augmente fortement, le transistor VT8 s'ouvre et le courant du collecteur bloque le fonctionnement du stabilisateur DA4 du bras négatif de l'appareil.

C'est ainsi que fonctionne une partie similaire de l'unité de protection lorsque le bras négatif de l'appareil est court-circuité dans la charge. Le seuil de réponse de l'unité de protection contre la tension est déterminé par la chute de tension totale aux bornes de la diode VD19 (VD22), de la jonction émetteur du transistor VT4 (VT7), de la résistance R20 (R26) et est dans notre cas d'environ 1 V. Le la tension de réponse peut être augmentée en remplaçant les diodes par des diodes Zener appropriées et en sélectionnant les résistances R20 et R26 pour une ouverture fiable des transistors VT4, VT7.

Étant donné que la tension à la sortie des stabilisateurs bloqués DA2 et DA4 ne dépasse pas 1,3 V, les résistances R21, R23, R24, la diode VD20, la diode Zener VD21 et le transistor VT3 du bras positif, ainsi que des éléments similaires du bras négatif, peuvent être éliminé, car le blocage mutuel des bras ne se produira pas. Ces éléments sont prévus pour le cas où il est nécessaire d'augmenter (pour le bras négatif - diminuer) la tension du seuil de protection. Dans ce cas, il est conseillé de prévoir de débrancher la tension d'alimentation de %10 V. Dans le cas contraire, il est impossible de régler la tension de sortie en dessous de la valeur du seuil de fonctionnement, car l'unité de protection détectera un court-circuit dans la charge. et bloquez le bras opposé. L'alimentation fonctionnera sans système de protection.

Son circuit imprimé est constitué d'une feuille de fibre de verre simple face. L'emplacement des pièces est indiqué sur la Fig. 3. Toutes les résistances constantes sont MLT, les variables R2.1 et R2.2 sont des résistances doubles SP3-4aM du groupe A, R10 et R17 sont du même groupe A, mais simples. Condensateurs à oxyde C1, C2 et C5, C6 - K50-35, C4 et C8 - série K53, C3 et C7 - toute céramique, par exemple KM-6. Les diodes KD208A (VD1-VD8) sont remplaçables par des séries similaires KD226 et KD105A (VD12, VD18) - par l'une des séries KD208, KD209, KD226, les diodes VD13 et VD17 - par des diodes en silicium de faible puissance. La tension de stabilisation nominale des diodes Zener VD10, VD11 et VD15, VD16 (séries D818E ou KC190) peut être sélectionnée entre 9 et 11 V avec une dérive thermique minimale.

Il est conseillé de sélectionner les transistors à effet de champ VT1 et VT2 (KP303 avec la lettre index A, B, F ou I) en fonction du courant de drain initial - entre 2...4 mA.

Transformateur de réseau T1, utilisé dans l'appareil à partir d'une alimentation démontée de fabrication étrangère. N'importe quel autre fera l'affaire, y compris un fait maison, fournissant une tension alternative de 17...18 V sur chacun de ses enroulements secondaires avec un courant de charge d'au moins 1,4 A.

Les diodes Zener VD11 et VD15 sont situées sur le côté des conducteurs du circuit imprimé de la carte. Les stabilisateurs DA2 et DA4 sont installés sur des dissipateurs thermiques à ailettes, qui sont vissés sur le circuit imprimé depuis le côté des autres pièces. Pour un meilleur contact thermique, les stabilisants sont pré-revêtus d'une couche de pâte thermoconductrice.

Le réglage de l'unité principale de l'appareil s'effectue avec l'unité de protection éteinte et consiste à vérifier soigneusement l'installation et toutes les connexions et, si nécessaire, à ajuster les tensions qui assurent le fonctionnement des microcircuits et à mettre en place le pont de mesure.

Immédiatement après avoir connecté l'appareil au réseau, vous devez tout d'abord mesurer la tension sur les condensateurs de filtrage C1, C2 et C5, C6, qui lissent les ondulations du redresseur bipolaire, et les diodes Zener VD9, VD14, qui fournissent l'alimentation. aux amplis opérationnels DA1 et DA3. La tension sur les condensateurs ne doit pas dépasser +25 V et sur les diodes Zener doit être comprise entre +9,5...10,5 V. Lors de la rotation des arbres des résistances R10 et R17, les tensions aux sorties correspondantes des bras d'alimentation doivent passe en douceur de 1,25 à 18 V et les LED HL1 et HL2 ne s'allument pas. Les valeurs maximales de ces tensions sont fixées en sélectionnant les résistances R8 et R18.

Le fonctionnement des ponts de mesure des bras de l'appareil est contrôlé par un voltmètre DC à haute résistance, le connectant aux bornes d'entrée des amplificateurs opérationnels DA1 et DA3. La tension à l'entrée inverseuse de chaque ampli-op (par rapport au fil commun) doit être plus négative que la tension à l'entrée non inverseuse. La différence entre les niveaux de ces tensions changera proportionnellement aux résistances R2.1 et R2.2 « Limit Iout ». Lorsque les tensions sont égales, l'appareil doit passer du mode source de tension au mode source de courant (ou vice versa).

La valeur initiale de la limitation du courant de charge (0,01 A) est obtenue en sélectionnant les résistances appropriées (R3 et R13) des ponts de mesure avec la position de l'arbre de la résistance variable R2 en position de résistance minimale.

Le circuit imprimé de l'unité de protection, l'emplacement des pièces dessus et la connexion à la carte d'alimentation sont illustrés à la Fig. 4. Toutes les résistances sont MLT-0,25. Le transistor VT3 fait partie de la série K361 et VT6 est l'une des séries KT315. Le coefficient de transfert de courant de base des transistors KT3102E (VT4, VT5) et KT3107K (VT7, VT8) doit être d'au moins 400.

Les circuits imprimés de l'alimentation, fixés comme une bibliothèque (Fig. 5), et le transformateur réseau sont placés dans un boîtier aux dimensions intérieures de 210x90x90 mm constitué de plaques PCB de 5 mm d'épaisseur.

Tous les éléments et commandes de l'unité, ainsi que les pinces à douille pour connecter les charges et la mise à la terre, sont situés sur le panneau avant du boîtier (Fig. 6).

Il existe également un voltmètre DC (PV1 sur la Fig. 7), qui vous permet de contrôler la tension à la sortie de n'importe lequel des bras de l'alimentation.

La puissance dissipée par les puces DA2 et DA4 ne doit pas dépasser 10 W. Cela limite le courant de sortie maximum de la source à 1,2 A à une tension de sortie supérieure à +15 V. À une tension de sortie inférieure, la chute de tension sur ces microcircuits augmente, le courant de sortie admissible diminue et à une tension de sortie de 1,25 V c'est 10/(24-1,25, 0,44) = 10 A. Chaque paire de diodes Zener VD11, VD15 et VD16, VD10 peut être remplacée par une diode Zener pour une tension de 15...1 V. La moitié de la diode Zener la tension pour l'alimentation des entrées non inverseuses des amplificateurs opérationnels DA3 et DA68 doit être obtenue à l'aide d'un diviseur composé de deux résistances identiques d'une résistance de 1 kOhm, connectées de la même manière que les diodes Zener dans le schéma de la Fig. 10. L'utilisation de diodes Zener thermiquement stables n'est pas justifiée, car elles ne le sont qu'à un courant de fonctionnement de XNUMX mA, et ici le courant qui les traverse est bien moindre.

Lorsque l'unité fonctionne en mode stabilisation de tension avec une tension de sortie de 1,25 V, la polarisation de fermeture des LED HL1 et HL2 est d'environ 20 V, ce qui est inacceptable pour elles. Par conséquent, toute diode au silicium de faible puissance doit être connectée en série avec chacune d'elles, ou simplement ne pas installer les résistances R9 et R19. Afin de fermer de manière fiable les transistors VT21 et VT24, les diodes Zener VD3 et VD6 doivent avoir une tension de stabilisation garantie supérieure à celle de VD9 et VD14, il est donc préférable de les utiliser avec des indices G ou D. Pour que les transistors VT5 et VT8 ne soient pas ouvertes par les courants inverses des photodiodes U1.2 et U2.2 non éclairées, leurs jonctions base-émetteur doivent être shuntées avec des résistances de 510...680 kOhm.

littérature

1. Nefedov A., Golovina V. Microcircuits KR142EN12. - Radio, 1993, n°8, p. 41, 42 ; 1994, n° 1, p. 45.
2. Nefedov A., Golovina V. Microcircuits KR142EN18A, KR142EN18B. - Radio, 1994, n°3, p. 41, 42.
3. Horowitz P., Hill W. The Art of Circuitry, Volume 1. - M.: Mir, 1986.

Auteur : A.Muzykov, Penza

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