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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Puissant stabilisateur de tension bipolaire pour UMZCH. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Parasurtenseurs L'auteur propose un stabilisateur de tension d'alimentation bipolaire, adapté aux amplificateurs d'une puissance allant jusqu'à 50-100 W par canal. Le dispositif est constitué de puissants transistors à effet de champ capables de fonctionner sous de multiples surcharges de courant à court terme. L'utilisation de tels stabilisateurs est largement justifiée dans les amplificateurs très sensibles aux changements et aux ondulations de la tension d'alimentation, ce qui est particulièrement caractéristique des amplificateurs simples sans retour général. Comme vous le savez, pour alimenter le puissant étage de sortie de l'UMZCH, un certain nombre de modèles utilisent une source d'alimentation distincte et le reste de l'amplificateur est alimenté par un stabilisateur de tension. La plupart de ces alimentations sont non stabilisées et se composent de deux redresseurs double alternance (pour les tensions de polarité positive et négative) avec un point médian avec des condensateurs de lissage. Cette tension non régulée n'est pas utilisée par le reste de l'amplificateur s'il comporte des composants supplémentaires et un commutateur de source de signal (un amplificateur complet "intégré"). De plus, la rétroaction générale utilisée dans la plupart des UMZCH réduit considérablement la sensibilité aux ondulations de la tension d'alimentation. Et si la profondeur du feedback global est faible ou inexistante, des ondulations de tension d'alimentation peuvent être entendues à travers les systèmes acoustiques. Un moyen fondamental de supprimer l'ondulation et l'instabilité consiste à alimenter les étages de sortie de l'amplificateur avec une tension stabilisée. Cependant, l'utilisation de stabilisateurs intégrés se heurte également à un certain nombre de problèmes. Le fait est que de tels stabilisateurs ont une chute de tension relativement importante. De plus, ils disposent généralement de limiteurs de courant et de puissance intégrés, ce qui peut généralement annuler les avantages du stabilisateur. Vous pouvez bien sûr utiliser un stabilisateur intégré de forte puissance (par exemple, avec un courant de sortie de 10 A), mais son coût, à mon avis, est inacceptable. Une alternative pour résoudre ce problème pourrait consister à utiliser de puissants transistors à effet de champ dans le stabilisateur de tension d'alimentation. Ces transistors sont d'ailleurs peu coûteux et ont une faible résistance à canal ouvert (centièmes d'ohm) et un courant maximum allant jusqu'à 70... 100 A, ce qui permet de concevoir des stabilisateurs avec une très faible chute de tension (pas plus de 0,25 V) à un courant allant jusqu'à 20 A . Les paramètres du stabilisateur décrit sont les suivants. Avec une tension de sortie de 27 V, son courant maximum atteint 4,5 A. Avec un tel courant de charge, la tension minimale de fonctionnement entre l'entrée et la sortie ne dépasse pas 0,25 V. La différence entre la tension de sortie du stabilisateur sans charge et la tension à un courant de charge de 4,5 A ne dépasse pas 0,15 V, avec un courant de 6 A cette différence ne dépasse pas 0,16 V. Ces paramètres du stabilisateur sont assurés par les puissants transistors à effet de champ utilisés - IRF4905 (canal P) avec un courant de drain maximum de 74 A et une résistance à canal ouvert de 0,02 Ohm et IRL2505 (canal N), avec un courant correspondant de 104 A et une résistance de 0,008 Ohm.
Un stabilisateur bipolaire se compose de deux sources de tension indépendantes de polarité positive et négative (Fig. 1). La partie supérieure du circuit fait référence au stabilisateur de polarité positive et la partie inférieure fait référence au stabilisateur de polarité négative. Pour faciliter la comparaison, la numérotation des éléments correspondants ne diffère que par les préfixes 1 et 2. Tout d'abord, sur certaines caractéristiques du stabilisateur. Il contient trois éléments critiques : les condensateurs C2 et C3 et une diode Zener VD1. Les valeurs de capacité des condensateurs C2 et C3 indiquées dans le schéma sont en un sens un compromis : lorsqu'elles sont réduites, la possibilité d'auto-excitation du stabilisateur apparaît. L'augmentation de leur capacité à 1 µF conduit au fait que les ondulations, toujours présentes dans la tension redressée, pénètrent dans la sortie du stabilisateur. Quelques mots maintenant sur les raisons pour lesquelles a été choisie la diode Zener VD1 (BZX55-C7V5) avec une tension de stabilisation de 7,5 V. Il est conseillé de choisir une diode Zener dont la résistance différentielle est minime (elle affecte les propriétés de l'ensemble du stabilisateur). De toutes les diodes Zener de la série BZX55, les diodes Zener BZX7-C55V7 et BZX5-C55V8 ont la résistance différentielle la plus faible (2 Ohms). Si la tension d'entrée du stabilisateur est inférieure à 20...25 V, il est conseillé d'utiliser une diode Zener avec une tension ne dépassant pas 3,3 V (par exemple, BZX55-C3V3). Le circuit stabilisateur de polarité négative avec des modifications mineures a été emprunté à [1] et j'ai déjà été utilisé une fois pour contrôler la vitesse de rotation d'une perceuse (avec une réserve de courant de 20...30 A). Comparé au circuit de [1], dans le circuit de la Fig. 1, les valeurs de certains condensateurs et résistances ont été modifiées, une diode Zener VD2 a été ajoutée pour protéger la porte VT2 des claquages et une diode Zener (VD1) a été utilisée pour une tension de stabilisation différente (7,5 V). Le circuit stabilisateur de polarité positive est une image miroir du circuit stabilisateur de polarité négative. Au lieu d'un circuit à canal N, il utilise un transistor à effet de champ à canal P IRF4905 dans un boîtier TO-220 (VT2), au lieu d'un transistor bipolaire. de la structure pnp - un transistor de structure npn BC337-40 ou KT503B (VT1), et la charge du stabilisateur parallèle DA1 (TL431CZ dans le boîtier TO-92) est incluse dans son circuit anodique. Bien que cette connexion de charge soit moins connu, il est le plus courant dans les alimentations à découpage pour ordinateurs. Quelques remarques sur la façon dont le stabilisateur décrit peut être modifié pour être utilisé avec une tension d'alimentation de +/-35...45 V. Dans ce cas, la résistance de la résistance R4 (620 Ohms) doit être augmentée à 0,9...1. kOhm pour que le courant traversant le stabilisateur DA1 (TL431CZ) ne dépasse pas la moitié de son courant maximum de 50 mA. Au lieu d'une paire complémentaire de transistors BC327/BC337 (Uke max = 45 V, Iktah = 0,8 A, PKmax = 0,6 W), il convient d'utiliser une paire avec une tension Uke max légèrement supérieure. par exemple, 2SA1284/2SC3244 (UK3max = 100 V, lKmax = 0,5 A, PKmax = 0,9 W). Il est conseillé d'installer des transistors à effet de champ sur des dissipateurs thermiques avec une grande surface de refroidissement. Il faut également ajouter que pour régler la tension de stabilisation requise, vous devrez modifier les valeurs des résistances R5, R6 et R7. Il est conseillé d'utiliser une diode Zener pour une tension de stabilisation de 7,5 V (BZX55-C7V5). Je recommande d'acheter la puce TL431CZ auprès de National Semiconductor, Texas Instruments, Vishay, Motorola. Toutes les résistances, à l'exception du trimmer R6 (SPZ-19A), ont une puissance de 0,25 W, des condensateurs céramiques - pour une tension de 50 V.
Comme j'avais besoin de deux cartes stabilisatrices bipolaires (une pour chaque canal de l'UMZCH), à l'aide du programme Sprint Layout 5.0, j'ai disposé la carte de circuit imprimé (Fig. 2, imprimé son dessin sur du papier calque destiné à l'impression avec une imprimante laser, et je l'ai fait en utilisant la méthode décrite par moi dans [2, 3]. L'apparence de la carte montée est montrée sur la figure 3.
Pour tester le fonctionnement du stabilisateur, j'ai utilisé trois multimètres numériques, dont deux mesuraient les tensions d'entrée et de sortie du stabilisateur, et le troisième, en mode ampèremètre, mesurait son courant de sortie. Il faut ici ajouter que le diagramme de la Fig. 4 a été utilisé pour tester un stabilisateur de tension positif. Les propriétés d'un stabilisateur de tension négatif ont été testées de manière similaire.
Une résistance céramique SQP d'une puissance de 1 W avec une résistance de 20 Ohm a été utilisée comme charge (R1), et une résistance PE-2 d'une puissance de 75 W avec une résistance de 75 Ohm a été utilisée comme R5. Ainsi, la résistance de charge totale (6 Ohms) du stabilisateur correspondait à une puissance totale de 95 W. et le courant est de 4,5 A. Lors du test du stabilisateur, j'ai utilisé comme source d'alimentation une alimentation stabilisée modifiée B5-47, dans laquelle la tension de sortie (jusqu'à 30 V) est fournie à un courant de charge allant jusqu'à 4-5 A (jusqu'à 3 A sans modification). Pour augmenter la limite de courant à 4,59 A, il est nécessaire d'installer des cavaliers entre les contacts 23, 24, 26 et 50 dans le connecteur de télécommande situé sur la paroi arrière de l'appareil, et de régler la valeur de courant maximum à 2,99 A sur le panneau avant Les résultats des tests de fonctionnement des stabilisateurs ont pleinement confirmé leurs paramètres. Les stabilisateurs disposent d'une réserve de courant importante, et la puissance de charge de chaque stabilisateur correspond à 121,5 W, pour un total de 243 W. Si la puissance d'un canal d'amplificateur est P = 35 W et la résistance de charge est R = 4 Ohms, alors l'amplitude de la tension du signal U " est de 17 V et le courant lm = 4,25 A. Cela signifie que si le stabilisateur est bipolaire et se compose de stabilisateurs de polarité positive et négative, chacun d'eux doit fournir un courant maximum de 4,25 A. Si la tension de sortie du stabilisateur est de 27 V et le courant dans la charge est de 4,25 A, alors l'équivalent de charge correspond à une résistance ReKB = 6,35 Ohm. C'est pourquoi la résistance de charge du stabilisateur de 6 ohms a été choisie. Lors des tests, un véritable redresseur d'alimentation avec un courant élevé et un niveau d'ondulation élevé a également été utilisé (condensateur de stockage d'une capacité de 10000 60 μF et diodes de redressement DSS 0045-45V (Uobp = 60 V, lmax = 0,35 A, Upr = 10 V/XNUMX A), connecté via un circuit en pont. Le stabilisateur décrit résiste également aux surcharges à court terme. Je l'ai utilisé pour régler la vitesse de rotation d'une perceuse, dans laquelle le courant de démarrage du moteur atteint 20 A. Ainsi, le stabilisateur dispose d'une réserve de courant importante, lui permettant d'être utilisé avec de gros dissipateurs thermiques et dans des UMZCH plus puissants. mots sur l'installation et le réglage du stabilisateur dans l'amplificateur Tout d'abord, il faut évaluer, à l'aide d'un oscilloscope, les valeurs minimales de la tension d'alimentation des étages de sortie de l'UMZCH à charge maximale. Pour cela, connectez à la sortie de l'UMZCH une résistance d'une valeur nominale égale à la résistance AC (4 ou 8 Ohms) et d'une puissance correspondant au maximum de l'UMZCH. Appliquez un signal d'une fréquence de 34... 20 Hz du générateur 30 à l'entrée de l'amplificateur, et utilisez le contrôle du volume pour régler le niveau de signal correspondant à la puissance maximale de l'amplificateur. Ensuite, vous devez déterminer la valeur absolue minimale (en tenant compte de l'amplitude d'ondulation) des tensions d'alimentation et régler la tension de stabilisation avec la résistance d'ajustement R6 à environ 1 V de moins que cette valeur minimale dans chacun des stabilisateurs. Avant d'installer deux cartes de tels stabilisateurs dans chacun des canaux de l'amplificateur ("Idol U-001"), j'ai remplacé les diodes KD208A (Unp = 1 V/1.5 A) dans les ponts redresseurs des alimentations par des diodes Schottky MBR10100. (Unp = 0,45 V/1,5 A) et diodes KD209A dans un stabilisateur de tension 30 V avec diodes HER503. De plus, la capacité des condensateurs de lissage a été doublée (tant dans les redresseurs des étages de sortie que dans le stabilisateur 30 V). Après avoir installé les stabilisateurs dans le boîtier et allumé l'amplificateur, il est nécessaire de vérifier et d'ajuster l'équilibre des étages de sortie pour le courant continu, puis le courant de repos des transistors puissants Après avoir ajusté les modes de fonctionnement des transistors des étages de sortie de l'UMZCH avec les stabilisateurs installés, j'ai découvert une diminution notable du fond même à sensibilité maximale en l'absence de signal d'entrée. littérature
Auteur : A. Kuzminov
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