Alimentation de laboratoire puissante avec ampli-op. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

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Il n'y a probablement pas un radioamateur qui n'ait pas eu une alimentation électrique de laboratoire comme l'une de ses premières conceptions. Lorsqu'il mène des expériences et prototype des appareils individuels, chaque radioamateur est forcément confronté à un problème d'alimentation électrique. Il arrive qu'après avoir fabriqué une alimentation pour n'importe quelle conception, après avoir passé beaucoup de temps et d'argent à rechercher dans la littérature un circuit et des pièces appropriés, un concepteur novice est convaincu que son appareil ne fonctionne pas bien avec cette unité. Cela arrive souvent aux radioamateurs qui, sans source de laboratoire, ne peuvent déterminer correctement ni la plage de tensions d'alimentation à laquelle leurs appareils fonctionnent de manière stable, ni les courants pratiquement consommés par eux. Cela doit être fait lors de la configuration des appareils, en les alimentant à partir d'une source externe qui fournirait de larges limites pour ajuster la tension de sortie et sa grande stabilité avec de grands changements dans le courant de charge.

De plus, une telle source doit disposer d'une protection rapide contre les surcharges ou les courts-circuits en sortie.

La littérature populaire sur l'ingénierie radio couvre constamment la conception des alimentations électriques et a décrit à plusieurs reprises des sources de laboratoire remarquables. Cependant, certains d'entre eux soit fournissent un courant de charge insuffisant avec d'excellents autres paramètres, soit contiennent un certain nombre de pièces rares, soit sont difficiles à configurer. Leur répétition n’est donc pas accessible à tous les radioamateurs, notamment à un débutant.

L'efficacité de l'alimentation décrite, comme celle de la plupart des appareils similaires, ne dépasse pas 50 %. Si vous répétez cela, vous devrez travailler dur pour enrouler le transformateur de puissance. Cependant, la relative simplicité du circuit avec des paramètres de sortie suffisamment élevés, le gain en configuration, en poids et en dimensions offrent certains avantages.

Principales caractéristiques de l'alimentation :

• tension de sortie ....... 0...30 V;
• coefficient de stabilisation lorsque la tension secteur passe de 200 à 240 V ....... 1000 ;
• courant de charge maximal ...... 2 A;
• instabilité de température ....... 2 mV / ° C;
• amplitude d'ondulation à I n.max ....... 2 mV;
• impédance de sortie ....... 0,02 ohm.

L'alimentation (Fig. 1) se compose d'un stabilisateur de compensation principal avec connexion séquentielle d'un élément de commande (transistors VT2-VT4), d'un amplificateur dans le circuit de rétroaction (puce DA1, transistor VT1), de stabilisateurs paramétriques auxiliaires (diodes Zener VD11- VD14, VD19) et une protection contre les surcharges de l'appareil (transistors VT5, VT6). Dans les stabilisateurs compensateurs, la tension de sortie est la différence entre la tension provenant du redresseur et la chute de tension aux bornes du transistor de commande.

Fig.1 (cliquez pour agrandir)

Le désir de concevoir un stabilisateur avec une variation douce de la tension de sortie sur une large plage et un courant de charge important est associé à la libération d'une puissance thermique importante sur le transistor de commande. Pour cette raison, le bloc utilise une modification progressive de la tension redressée. Pour ce faire, la tension est fournie au redresseur principal, réalisé sur les diodes VD2-VD5, à partir de l'enroulement secondaire sectionné III du transformateur de puissance à l'aide de la section SA2.1 de l'interrupteur SA2. Parallèlement, l'interrupteur SA2 (sections SA2.2 et SA2.3) commute les résistances des étages de commande du stabilisateur. Dans ce cas, la tension de sortie peut être modifiée en dix étapes de 3 V et en douceur en utilisant la résistance R41 à chaque étape. En conséquence, au courant de charge maximal, une puissance ne dépassant pas 2 W est dissipée sur le transistor de commande principal VT4-VT20, connecté selon un circuit avec un collecteur commun. Les transistors VT3 et VT4 sont connectés en parallèle et, par conséquent, la puissance dissipée sur chacun d'eux ne dépasse pas 10 W. Les émetteurs de ces transistors comprennent des résistances R42 et R43, qui servent à égaliser leurs courants.

Pour réduire l'encombrement et le poids de l'alimentation et augmenter la compacité de l'installation, un radiateur avec une zone de dissipation plus petite que nécessaire a été utilisé. Dans ce cas, les transistors chauffent jusqu'à 60...70 °C lors d'un fonctionnement prolongé de l'alimentation au courant de charge maximum.

Si l'alimentation est destinée à fonctionner pendant une longue période avec des courants de charge proches du maximum, alors un radiateur avec une zone de dissipation de 800...1000 cm2 doit être utilisé

L'amplificateur de signal de rétroaction est monté sur un amplificateur opérationnel (OA) DA1, qui est alimenté par un redresseur auxiliaire réalisé à l'aide de diodes VD6-VD9. La tension d'alimentation de l'ampli-op est stabilisée par deux stabilisateurs paramétriques connectés en série, dont le premier est réalisé sur les diodes Zener VD11, VD12 et la résistance R3, et le second est réalisé sur les diodes Zener VD13, VD14 et la résistance R4. La tension stabilisée par la diode Zener VD14 est également utilisée pour alimenter la source de tension de référence, qui est réalisée sur la diode Zener VD19, qui a un faible coefficient de température de la tension de stabilisation, et la résistance R21.

En modifiant la tension de référence fournie à l'entrée inverseuse de l'ampli-op à l'aide d'un diviseur R22-R41, vous pouvez modifier la tension du stabilisateur.

Pour obtenir une tension de sortie de l'alimentation dépassant la tension de sortie maximale de l'ampli opérationnel, un amplificateur sur le transistor VT1 est utilisé. La résistance R11 limite le courant de sortie de l'ampli-op. Grâce à un diviseur sur les résistances R19, R20, une partie de la tension de sortie du bloc est fournie à l'entrée non inverseuse de l'ampli opérationnel. Avec tout changement aléatoire de la tension de sortie du stabilisateur, la différence entre les tensions aux entrées de l'amplificateur opérationnel change et, par conséquent, la tension au collecteur VT1, ce qui modifie l'état du transistor de commande de telle manière que la tension de sortie de l'appareil revient à sa valeur précédente. Les condensateurs C5-C7, C9, C10 éliminent l'auto-excitation de l'unité à hautes fréquences sur toute la plage de changements de tension de sortie et de courant de charge.

Pour garantir que la tension de sortie de l'alimentation est proche de 0, la tension de fermeture générée par le courant diviseur R3, R4 sur la résistance R8 est appliquée aux bases des transistors VT6, VT7 via la résistance R7. En l'absence de cette tension, il ne serait pas possible d'obtenir une tension de sortie de l'unité inférieure à 1...1,5 V. La raison en est la valeur finale du courant de collecteur des transistors VT2-VT4 à tension nulle à leurs bases.

Le circuit VD17R14 sert à accélérer la décharge du condensateur C12 et de la charge capacitive connectée au bloc tout en réglant la tension de sortie du bloc à un niveau inférieur. Dans ce cas, le condensateur C12 se décharge à la tension établie au collecteur du transistor T1 à travers le circuit : borne positive du condensateur C12, résistance R12, jonction émetteur-collecteur du transistor VT1, diode VD17, résistance R14, borne négative du condensateur C12 .

Le dispositif électronique de protection contre les surintensités est réalisé à l'aide des transistors VT5, VT6. La chute de tension créée par le courant de charge aux bornes de la résistance R12, en polarité d'ouverture, est appliquée à la jonction émetteur du transistor VT5. Dans le même temps, la même transition reçoit une tension de fermeture de la résistance R15, régulée par la résistance R17. Dès que le courant de charge dépasse un niveau prédéterminé, VT5 s'ouvre légèrement, ouvrant légèrement le transistor VT6. Ce dernier, à son tour, ouvrira encore plus le VT5 - le processus se déroule comme une avalanche. En conséquence, les deux transistors s'ouvrent complètement et un signal de polarité négative est reçu à l'entrée 10 de l'ampli opérationnel via la diode VD18 et la résistance R18, qui dépasse en amplitude le signal à l'entrée 9. À la sortie de l'ampli opérationnel, une tension de polarité négative est générée, ouvrant le transistor VT1. Dans ce cas, l'élément de régulation (transistors VT2-VT4) se ferme et la tension de sortie de l'appareil devient proche de 0. Simultanément, le voyant H2 « Surcharge » s'allume.

Pour remettre l'appareil dans son état d'origine, vous devez l'éteindre pendant quelques secondes et le rallumer. L'enroulement IV du transformateur de puissance, un redresseur auxiliaire sur la diode VD1, le condensateur C1 et la diode VD10 servent à éliminer l'apparition d'une augmentation de tension à la sortie de l'unité du redresseur principal lorsque l'alimentation est coupée. Ceci est possible car le condensateur C2 se décharge plus rapidement que le condensateur C3. Dans ce cas, la tension d'alimentation de l'ampli-op disparaît plus rapidement, ce qui signifie que le transistor VT1 est désactivé et que l'élément de commande est déverrouillé avant que la tension sur le condensateur C3 ne disparaisse.

La borne positive du condensateur C3 est connectée via la jonction émetteur du transistor VT1 à l'anode de la diode VD10, mais la diode n'affecte pas son fonctionnement à la mise sous tension, puisqu'elle est fermée par la tension positive formée par la différence entre la tension sur le condensateur C3 et la tension sur le condensateur C1. Cette dernière est toujours supérieure du fait de la charge du condensateur C1 par la somme des tensions de sortie des enroulements III et IV du transformateur de puissance. Pour garantir cette condition, il est nécessaire de respecter la polarité de commutation des enroulements III et IV comme indiqué sur le schéma. Après avoir coupé l'alimentation, le condensateur C1 se décharge rapidement à travers la résistance R1, la diode VD10 est ouverte par la tension sur le condensateur C3 et ce dernier est fourni à la base du transistor VT1 à travers la résistance R1. Le transistor VT1 se déverrouille, fermant l'élément de commande. La tension aux bornes de la charge est maintenue proche de zéro jusqu'à ce que le condensateur C3 soit complètement déchargé à travers le transistor VT1 et la résistance R9.

La résistance R2 accélère la décharge du condensateur C2 et élimine la surtension de la tension de sortie de l'appareil dès le premier instant où il est éteint, avant que le condensateur C1 n'ait le temps de se décharger et que les diodes VD10 et le transistor VT1 ne se soient pas ouverts. L'apparition d'une surtension à ce moment est associée à un changement inégal des tensions aux entrées de l'ampli-op et à l'apparition d'un saut positif à sa sortie.

Pour éliminer la surtension de sortie lors de la mise sous tension, ainsi que pour empêcher le déclenchement de la protection en cas de charge capacitive importante au moment de la mise sous tension, le condensateur C4, la résistance R5 et la diode VD16 sont utilisés. Au premier instant après la mise sous tension, le condensateur C4 est chargé lentement dans deux circuits : à travers la résistance R5 et à travers la résistance R9 et la diode VD16. Dans ce cas, la tension à la base du transistor VT2 est égale à la somme de la chute de tension aux bornes de la diode ouverte VD16 et de la tension aux bornes du condensateur C4. Cette tension, et donc la tension en sortie de l'alimentation, va augmenter en suivant la tension sur le condensateur C4 jusqu'à ce que le stabilisateur entre en régime permanent. Ensuite, la diode VD16 se ferme et le condensateur C4 est chargé uniquement via la résistance R5 jusqu'à la tension maximale sur le condensateur de filtrage C3 et n'a aucun effet sur le fonctionnement ultérieur de l'alimentation. La diode VD15 sert à accélérer la décharge du condensateur C4 lorsque l'appareil est éteint.

Tous les éléments, à l'exception du transformateur de puissance, des transistors de commande puissants, des interrupteurs SA1-SA3, des porte-fusibles FU1, FU2, des ampoules H1, H2, du compteur à cadran, des connecteurs de sortie et du régulateur de tension de sortie en continu, sont placés sur des circuits imprimés (Fig. 2).

Ris.2

L'emplacement des éléments est illustré à la Fig. 3., l'apparence de l'alimentation - à la Fig. 4.

Ris.3

Ris.4

Les transistors P210A sont montés sur un radiateur en forme d'aiguille installé à l'arrière du boîtier et présentant une surface de dissipation effective d'environ 600 cm2. Des trous de ventilation d'un diamètre de 8 mm sont percés dans le fond du boîtier où est fixé le radiateur. Le couvercle du boîtier est fixé de telle manière qu'un entrefer d'environ 0,5 cm de large soit maintenu entre lui et le radiateur. Pour un meilleur refroidissement des transistors de commande, il est recommandé de percer des trous de ventilation dans le couvercle.

Un transformateur de puissance est fixé au centre du boîtier, et à côté, sur le côté droit, un transistor P5A est fixé sur une plaque en duralumin mesurant 2,5x214 cm. La plaque est isolée du corps par des douilles isolantes. Les diodes KD202V du redresseur principal sont installées sur des plaques de duralumin vissées sur le circuit imprimé. La carte est installée au-dessus du transformateur de puissance avec les pièces vers le bas.

Le transformateur de puissance est réalisé sur un noyau magnétique à bande toroïdale OL 50-80/50. L'enroulement primaire contient 960 tours de fil PEV-2 0,51. Les enroulements II et IV ont des tensions de sortie de 32 et 6 V, respectivement, avec une tension sur l'enroulement primaire de 220 V. Ils contiennent 140 et 27 tours de fil PEV-2 0,31. L'enroulement III est enroulé avec du fil PEV-2 1,2 et contient 10 sections : le bas (selon le schéma) - 60 et le reste - 11 tours. Les tensions de sortie des tronçons sont respectivement de 14 et 2,5 V. Le transformateur de puissance peut également être enroulé sur un autre circuit magnétique, par exemple sur la tige des téléviseurs CNT 47/59 et autres. L'enroulement primaire d'un tel transformateur est conservé et les enroulements secondaires sont rembobinés pour obtenir les tensions ci-dessus.

Dans l'alimentation, au lieu des transistors P210A, vous pouvez utiliser des transistors des séries P216, P217, P4, GT806. Au lieu des transistors P214A, n'importe lequel des séries P213-P215. Les transistors MP26B peuvent être remplacés par n'importe lequel des séries MP25, MP26 et les transistors P307V par n'importe lequel des séries P307 - P309, KT605. Les diodes D223A peuvent être remplacées par des diodes D223B, KD103A, KD105 ; Diodes KD202V - toutes diodes puissantes avec un courant admissible d'au moins 2 A. Au lieu de la diode Zener D818A, vous pouvez utiliser n'importe quelle autre diode Zener de cette série.

Commutateurs SA2 - type biscuit de petite taille 11P3NPM. Dans le deuxième bloc, les contacts de deux sections de cet interrupteur sont mis en parallèle et servent à commuter des sections du transformateur de puissance. Lorsque l'alimentation est allumée, la position de l'interrupteur SA2 doit être modifiée pour des courants de charge ne dépassant pas 0,2...0,3 A. Si le courant de charge dépasse les valeurs spécifiées, alors pour éviter les étincelles et la brûlure des contacts de l'interrupteur, changez le tension de sortie de l'appareil seulement après l'avoir éteint. Des résistances variables pour un réglage en douceur de la tension de sortie doivent être sélectionnées avec une résistance en fonction de l'angle de rotation du moteur de type « A » et de préférence des résistances filaires. Des ampoules à incandescence miniatures NSM-1 V-2 mA ont été utilisées comme feux de signalisation H9, H60.

Tout dispositif de pointeur peut être utilisé avec un courant de déviation total du pointeur allant jusqu'à 1 mA et une taille de visage ne dépassant pas 60 x 60 mm. Il ne faut pas oublier que l'inclusion d'un shunt dans le circuit de sortie de l'alimentation augmente sa résistance de sortie. Plus le courant de déviation totale de l'aiguille de l'appareil est grand, plus la résistance du shunt est grande (à condition que les résistances internes des appareils soient du même ordre). Pour éviter que l'appareil n'influence la résistance de sortie de l'alimentation, le commutateur SA3 pendant le fonctionnement doit être réglé sur mesure de tension (la position supérieure du schéma). Dans ce cas, le shunt de l'appareil est fermé et exclu du circuit de sortie.

La configuration de l'alimentation revient à vérifier la bonne installation, à sélectionner les résistances des étages de contrôle pour ajuster la tension de sortie dans les limites requises, à régler le courant de réponse de la protection et à sélectionner les résistances des résistances Rsh et Rd pour le compteur à cadran. Avant de configurer l'alimentation, soudez un fil de liaison court au lieu d'un shunt.

Lors de la configuration de l'unité, celle-ci est connectée au réseau, l'interrupteur SA2 et la résistance R41 (voir Fig. 1) sont réglés sur la position correspondant à la tension de sortie maximale (la position supérieure du schéma). Ensuite, en sélectionnant la résistance R22, la tension à la sortie de l'alimentation est réglée sur 30 V. La résistance variable R41 peut également être utilisée avec une valeur différente dans la plage de 51...120 Ohms. Dans ce cas, la résistance nominale des résistances R23-R40 est sélectionnée pour être inférieure de 5 à 10 % à la résistance de la résistance R41.

Ensuite, configurez le dispositif de protection. Pour ce faire, dessoudez l'une des bornes de la diode VD18 et connectez une résistance d'une résistance de 5...10 Ohms d'une puissance d'au moins 25 W à la sortie du bloc. Ensuite, la tension de sortie de l'appareil est réglée de telle sorte que le courant traversant la résistance, contrôlée par un dispositif externe, soit de 2,5 A. En ajustant la résistance R17, la protection est activée à ce courant. Une fois la configuration terminée, soudez la diode VD18 en place. Pour un fonctionnement fiable de la protection à tension de réseau minimale, la résistance R16 est sélectionnée. Le processus de type avalanche qui conduit au déverrouillage des transistors VT5 et VT6 en dépend.

Lors de la répétition de l'alimentation, gardez à l'esprit que le fil allant de la résistance R24 ​​au fil commun doit être connecté directement au circuit imprimé, et non aux bornes du shunt Rsh ou du compteur à cadran PA1. Sinon, lorsqu'une charge est connectée, la tension de sortie de l'unité peut augmenter. Cette augmentation peut atteindre 0,3...0,5 V au courant de charge maximum, en fonction de la longueur et du diamètre du fil reliant le point de connexion des résistances R12, R20 au point de connexion du condensateur C 12 et du shunt Rsh. Cela se produit parce que la chute de tension qui se forme sur les fils à cause du courant de charge est appliquée en série avec la tension de référence à l'entrée inverseuse de l'ampli-op.

Un morceau de fil de manganin ou de constantan d'un diamètre de 1 mm est utilisé comme shunt. Lors du réglage du shunt, le commutateur SA3 est commuté sur la position « courant » et l'alimentation n'est allumée qu'après qu'un morceau de fil de manganèse ait été soudé à la place du cavalier précédemment installé. Sinon, le compteur à cadran PA1 pourrait tomber en panne. Dans ce cas, le dispositif externe est connecté en série avec la charge, qui peut être utilisée comme résistance avec une résistance de 5...10 Ohms, conçue pour une dissipation de puissance de 10...50 W. En modifiant la tension de sortie de l'alimentation, réglez le courant de charge sur 2...2,5 A et, en diminuant ou en augmentant la longueur du fil de manganèse, obtenez les mêmes lectures du compteur PA1. Avant chaque opération de modification de la longueur du shunt, il faut penser à couper l'alimentation électrique.

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