, Б Расположение деталей на плате питающего бло­ка и рисунок печатного монтажа

Транзисторные стабилизаторы напряжения с последо­вательным включением регулирующего транзистора (см. рис. 51 — 53) весьма чувствительны к перегрузкам по выходному току и особенно к коротким замыканиям (КЗ) нагрузки. При КЗ на базу регулирующего транзистора подается открывающее напряжение, достигающее по ве­личине опорного напряжения. В результате КЗ сопротив­ление регулирующего транзистора резко уменьшается, а его коллекторный ток существенно увеличивается. Обыч­но в таких условиях регулирующий транзистор (особенно если он работает в режиме, близком к предельно допу­стимому) выходит из строя в течение нескольких милли­секунд.

Казалось бы, для защиты транзистора в подобных ситуациях можно использовать плавкий предохранитель, рассчитанный так, чтобы при возникновении опасной пе­регрузки он расплавился раньше, чем выйдет из строя транзистор. Однако плавкие предохранители весьма инерционны и потому не могут обеспечить надежной за­щиты.

В современных -блоках питания, содержащих стабили­заторы с последовательным включением регулирующего транзистора применяют устройства защиты, исключаю­щие повреждение регулирующего транзистора при токо­вых перегрузках.

На рис. 54 приведена схема блока питания с устрой­ством защиты от КЗ, предложенная радиолюбителем Ю. Ахтямовым. Такой блок обеспечивает формирование стабилизированного напряжения, значение которого с помощью подстроечного резистора R3 может устанавли­ваться в пределах от 2 до 12В. Предельный ток нагрузки этого устройства составляет 400 мА. Поскольку подобная схема стабилизатора уже рассматривалась выше, остано­вимся на принципе работы узла защиты регулирующего транзистора ТЗ при токовых перегрузках.

В узел защиты входят: транзистор 77, диоды Д1 и Д2 и резистор RL Совместно с резистором R1 диоды Д1, Д2, работающие в качестве стабилизаторов, образуют параметрический стабилизатор с выходным напряжени­ем 1,7 В. Результирующее напряжение между базой и эмиттером транзистора Tlt равное алгебраической сум­ме выходного напряжения блока питания и напряжения на диодах Д1 и Д2, в рабочем режиме закрывает тран­зистор 77.
Поэтому в рабочем режиме на базу транзи­стора Т2 с переменного резистора R3 поступает опорное напряжение, которое задается стабилитроном ДЗ.

При коротком замыкании в цепи нагрузки эмиттер транзистрра 77 оказывается соединенным с общим про­водом устройства, а на базу этого транзистора подается отрицательное напряжение с диодов Д1 и Д2. Транзи­стор 77, таким образом, открывается и шунтирует ста­билитрон ДЗ; напряжение на коллекторе транзистора 77 резко уменьшается. При этом уменьшается также отрицательное напряжение на базе транзистора Т2 и составной регулирующий транзистор (Т2, ТЗ) стабили­затора практически закрывается: сопротивление участ­ка эмиттер — коллектор транзистора ТЗ резко увеличи­вается. Таким образом, ток короткого замыкания окажется ограниченным, и выход из строя транзистора ТЗ будет предотвращен.

Как только КЗ в цепи нагрузки будет ликвидирова­но, транзистор 77 вновь закроется, и работоспособность блока питания автоматически восстановится.

При повторении устройства рис: 54 можно исполь­зовать диоды типов Д7 или Д226 (Д4 — Д7) любой группы, а также Д104, Д223А (Д1 и Д2). Первичная об-мотка I трансформатора Tpl содержит 1210 (в секции Iа) и 910 (секция 16) витков провода ПЭЛ-1 0,17; вто­ричная обмотка II — 180 витков такого же провода, диаметр 0,49; экранирующая обмотка состоит из одного слоя провода ПЭЛ-1 0,2. Сердечник набран из пластин Ш18, толщина набора 30 мм.

Рис. 55. Схема блока питания на 4,5; 6,0; 7,5; 9,0 и 12 В (нагрузка до 350 мА) с защитой от перегрузок

 Транзистор ТЗ устанавливают на радиатрре с общей охлаждающей поверхностью порядка 200 см2. Осталь­ные детали стабилизатора напряжения монтируют на плате из текстолита толщиной 2 мм. Соединительные проводники желательно выполнить печатным способом, как показано на рис. 54, б. Диоды Д4 — Д7 и перемен­ный резистор R3 устанавливают на отдельной плате из гетинакса, которая крепится к корпусу блока питания.



Блок питания с защитой от перегрузок на фиксиро­ванные напряжения 4,5; 6,0; 7,5; 9,0 и 12 В при токе на­грузки до 350 мА.



Для питания промышленной и самодельной радио­ аппаратуры от сети переменного тока в стационарных условиях, а также для проведения экспериментальных работ необходим блок питания, который обеспечивал бы на выходе различные стабилизированные напряже­ния при достаточном токе нагрузки. Этим условиям удовлетворяет блок питания (БП), принципиальная схема которого приведена на рис. 55, а. На выходе тако­го блока можно получать фиксированные стабилизиро­ванные напряжения, равные 4,5; 6,0; 7,5; 9,0 и 12 В, при токе нагрузки до 350 мА. Незначительной перестройкой схемы блока можно добиться плавного изменения вы­ходного напряжения в пределах от 2 до 12 В при том же токе нагрузки.

Питание блока осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 или 127 В.

БП состоит из двухполупериодного выпрямителя, смонтированного по мостовой схеме на диодах Д1 — Д4 с емкостным фильтром СЗ на выходе, и транзисторного параметрического стабилизатора, выполненного на со­ставном транзисторе Т1, Т2 и стабилитроне Д6. Состав­ной транзистор работает в режиме эмиттерного повто­рителя. Его нагрузка подключена к выходу БП — разъ­ему Гн1.

Резистор R1 и стабилитрон Д6 образуют диодный параметрический стабилизатор напряжения. Опорное напряжение со стабилитрона Д6 поступает на делитель напряжения, образованный подстроечным резистором R2, одним из резисторов R3 — R6 и резистором R7. По­ложения переключателя В2 соответствуют различным значениям опорного напряжения, поступающего на вход составного эмиттерного повторителя (на базу транзи­стора 77) и, следовательно, формирующего на выходе БП нужное напряжение нагрузки — на разъеме Гн1, которое отличается от опорного на величину падения напряже­ния на эмиттерно-базовых переходах транзисторов 77 и Т2.

Принцип работы подобного стабилизатора, по суще­ству, подобен рассмотренному на рис. 50 и 51. При из­менении напряжения на нагрузке БП изменяется сме­щение на базе транзистора 77, который управляет сме­щением базы регулирующего транзистора Т2 таким образом, чтобы выходное напряжение на нагрузке вос­станавливалось до прежнего значения, близкого к опор­ному напряжению на резисторе R7 (за счет изменения сопротивления участка эмиттер — коллектор транзисто­ра T2t включенного последовательно с нагрузкой).



Фильтрующие конденсаторы СЗ и С4 уменьшают коэффициент пульсаций на выходе стабилизатора. Кон­денсаторы С1, С2, шунтирующие отдельные секции пер­вичной обмотки трансформатора, ослабляют помехи, про­никающие из сети переменного тока в цени нагрузки. Этой же цели служит электростатический экран в сило­вом трансформаторе Tpl между первичной и остальными обмотками.

Для предотвращения выхода из строя регулирующе­го транзистора Т2 при коротких замыканиях на выходе или при увеличении силы тока нагрузки сверх допусти­мого БП снабжен электронной схемой защиты, включа­ющей транзистор ТЗ, стабилитрон Д5 и резисторы R11 и R10.

Работает узел защиты следующим образом. Через ре­зистор R11 протекает весь ток нагрузки и на нем создает­ся падение напряжения, которое подается на базу транзи­стора ТЗ (полярность напряжения показана на схеме). На­пряжение на эмиттере транзистора ТЗ стабилизировано стабилитроном Д5, включенным в прямом направлении. Таким образом, между базой и эмиттером транзистора ТЗ действует разность напряжений, которая зависит от протекающего через резистор R11 тока. Если падение напряжения на резисторе R11 меньше прямого напряже­ния на стабилитроне Д5, транзистор ТЗ закрыт и систе­ма защиты бездействует. Когда же ток нагрузки превы­сит допустимый, напряжение на резисторе R11 станет больше напряжения на стабилитроне Д5, транзистор ТЗ откроется, шунтируя стабилитрон Д6, напряжение на котором довольно резко упадет. Благодаря этому ток через регулирующий транзистор Т2 ограничится и напря­жения на выходе БП практически не будет. После устранения причин превышения допустимого тока или ко­роткого замыкания на выходе БП вновь появится ста­билизированное напряжение, определяемое положением переключателя В2. Порог срабатывания системы защи­ты устанавливается подбором сопротивления резисто­ра R11.

При изготовлении подобного блока можно исполь­зовать транзисторы МП40, МП40А, МП41А, МП42А (Т1, Т3) со статическим коэффициентом передачи тока 50 — 60; транзисторы П214, П214А, П215 и им подобные (Т2); диоды Д226А, Д226Е, Д7А, Д7Б и другие (Д1 — Д4); стабилитроны Д808 — Д813 (Д5). Стабилитрон Д5 можно заменить также любым кремниевым диодом, на­пример серии Д226.


Все постоянные резисторы — МЛТ, подстроечный резистор — СП — 1, электролитические кон­денсаторы — К50-6. Переключатель В2 малогабаритный ПМ на 10 положений и одно направление (из десяти по­ложений используется в БП только пять). Вместо га-летного переключателя можно взять и клавишный, с шестью клавишами. Одна клавиша (В1) для включения сети должна быть с независимым включением, осталь­ные — с зависимым. При использовании клавишного переключателя с шестью клавишами отдельный пере­ключатель В1 не нужен.

Силовой трансформатор Tpl выполнен на сердечнике УШ16, набор 24 см. Секция la содержит 1402 витка про­вода ПЭВ-1 0,15, секция I6 — 1028 витков того же про­вода. Обмотка II содержит 210 витков ПЭВ-1 0,47, об­мотка III — 60 витков ПЭВ-1 0,13. Роль электростати­ческого экрана между сетевой и остальными обмотками выполняет один слой провода ПЭВ-1 0,15.

Один-два слоя тонкой вощеной бумаги могут слу­жить изолирующей прокладкой между обмотками транс­форматора и его электростатическим экраном.

В качестве трансформатора питания для этого БП подойдет также любой трансформатор от лампового приемника третьего класса с небольшой переделкой: следует увеличить в три раза количество витков обмот­ки накала (6,3 В), а остальные обмотки, кроме сетевой, удалить. Без переделок можно использовать силовые трансформаторы от транзисторных магнитофонов «Ро­мантик», «Яуза-20» и им подобным.

Конструкция БП может быть самой разнообразной. Ее габариты определяются в основном типами использу­емого переключателя и трансформатора питания. В дан­ном случае транзистор Т2 был4 установлен на универ­сальном литом ребристом радиаторе с эффективной площадью поверхности 300 см2. Такой радиатор позво­лил без перегрева транзистора нагрузить БП током, зна­чительно превышающим 350 мА. Максимальная сила тока нагрузки лимитировалась параметрами трансфор­матора Tpl.

Если все детали заведомо проверены на исправность и при монтаже не допущено ошибок, налаживание БП производят в такой последовательности.


От схемы от­ ключают транзистор ТЗ. Включив БП в сеть, убеждают­ся в наличии напряжения на выходе выпрямителя (СЗ). Затем с помощью миллиамперметра подбором резистора Rt устанавливают ток.в цепи стабилитрона Д6, равным 15 — 20 мА, и вольтметром проверяют напряжение на стабилитроне. Если оно окажется ниже 12,6 В, стаби­литрон заменяют другим (отдельные образцы стабили­тронов могут иметь разброс по напряжению стабилиза­ции от 11,5 до 14 В) и заново устанавливают ток в его цепи.

Значительный разброс напряжений стабилизации стабилитронов обусловливает необходимость подбора сопротивлений резисторов R3 — R6. Эту операцию про­изводят следующим образом. Установив переключатель В2 в положение «12 В», к выходу БП — разъему Гн1 подключают контрольный вольтметр и регулировкой подстроечного резистора R2 устанавливают на выходе напряжение 12 В. Затем переключатель ставят в поло--жение «9 В» и подбором резистора R3 добиваются по­лучения на выходе 9 В. Аналогично при установке на­пряжений 7,5; 6,0 и 4,5 В подбирают соответствующие им сопротивления резисторов R4, R5 и R6. Следует учесть, что при подборе резисторов R3 — R6 нельзя изменять положение движка установочного резистора R2.

Добившись необходимых значений фиксированных напряжений на выходе БП и проверив его работу под на­грузкой, подключают транзистор ТЗ, увеличивают ток нагрузки до 350 мА и подбором сопротивления резисто­ра R11 добиваются, - чтобы система защиты надежно сработала, о чем судят по резкому снижению напряже­ния на выходе БП или тока в нагрузке.

При желании иметь на выходе БП плавно изменяю­щееся напряжение, в устройстве производят следующие изменения. Элементы делителя — переключатель В2 и резисторы R2 — R7 исключают, параллельно стабили­трону Д6 включают переменный резистор сопротивле­нием 3,3 кОм рис. 55, б), а его движок (точка «в») со­единяют с базой транзистора Т1 (точкой «в»). С помо­щью такого переменного резистора R можно плавно из­менять значение выходного напряжения БП в пределах 2 — 12 В (отклонения возможны за счет начального со­противления переменного резистора R и напряжения ста­билитрона Д6).



Для удобства работы с таким блоком резистор R должен быть группы «А» (с линейной зависимостью из­ менения сопротивления от угла поворота движка) и иметь указатель, а также шкалу, проградуированную в значениях выходного напряжения.

Блок питания с защитой от перегрузок на в, 9, 12 или 6 — 12 В

Широкое распространение получили блоки питания с транзисторными стабилизаторами напряжения, содер­жащими усилители сигнала обратной связи. Подобные стабилизаторы, которые принято называть компенсаци­онными, имеют малое выходное сопротивление и позво­ляют получить на выходе блока напряжение, превыша­ющее опорное напряжение. Следует также отметить, что относительно простые по схемотехнике компенсационные стабилизаторы напряжения тем не менее способны обес­печивать высокие значения коэффициента стабили­зации.

На рис. 56 приведена схема блока стабилизированно­го питания, которая была описана в ряде зарубежных журналов. При использовании электрорадиоэлементов, номинальные значения которых соответствуют данным, указанным в табл. 9. Этот блок позволяет получить раз­личные значения питающих напряжений и допустимых выходных токов.

Как видно из принципиальной схемы, выпрямитель устройства выполнен на диодах Д1 — Д4 по мостовой схеме с фильтрующим конденсатором С1 на выходе. Стабилизатор напряжения состоит из регулирующего транзистора Т2, транзистора Т1 усилителя обратной свя­зи, стабилитрона Д5, диода Д6, резисторов Rl — R6 и конденсатора С2.

Опорное напряжение формируется стабилитроном Д5, включенным в цепь эмиттера транзистора 77. Требуемое значение тока стабилизации устанавливается подбором сопротивления резистора R5. Режим работы регулирую­щего транзистора Т2 задается напряжением на его базе, поступающим через резисторы R1 и R2. Включенные в цепь коллектора транзистора 77 эти резисторы являют­ся одновременно нагрузкой усилительного каскада. Кон­денсатор С2 предназначен для уменьшения уровня пульсаций напряжения на выходе устройства.


Переменный резистор R3 позволяет устанавливать требуемые значе­ния выходного напряжения. Диод Д6 совместно с рези-бтором R6 защищает регулирующий транзистор Т2 от повреждения в случаях короткого замыкания, или токо­вых перегрузок. Стабилизатор напряжения работает следующим образом.

Режим работы транзистора 77 определяется алгеб­раической суммой напряжения между точками «а — б» и опорного напряжения на стабилитроне Д5. При увели­чении напряжения на входе выпрямителя (~V1) или при уменьшении тока нагрузки напряжение на выходе стабилизатора (V2) будет стремиться увеличиться. Это приведет к увеличению отрицательного потенциала на базе транзистора 77, к росту его коллекторного тока и к соответствующему увеличению падения напряжения на резисторах R1 и R2. В результате этого напряжение на коллекторе транзистора 11 (т. е. напряжение смещения на базе транзистора Т2) уменьшится и сопротивление регулирующего транзистора Т2 возрастет. Падение на­пряжения на транзисторе Т2 увеличится, а выходное на­пряжение Vz останется практически неизменным.



Рис. 56. Блок питания:

а — принципиальная схема; б — расположение деталей на плате блока пита-» ния; в — рисунок печатного монтажа

Таблица 9

Данные стабилизированного выпрямителя

Напря­жение на вы­ходе выпря­мите­ля, В U1	Эыходное напряжение, В (U2)	Максималь­ная сила то­ка нагрузки, мА (Iн )	Номинальное значение элемента по схеме рис. 56, а .
Rl=R2i Ом	R3t Ом	R5, кОм	R6, Ом	С1, мкФ	С2, мкФ
10	6	250	1000	270	2,0	1,0	2000	30
10	6	1000	150	270	5,1	0,5	5000	100
15	9	200	1000	270	2,0	1,0	2000	30
14	9	750	330	270	5,1	0,5	5000 .	100
17	12	200	1500	270	2,0	1,0	2000	30
16	12	700	510	270	5,1	0,5	5000	100
19	6 — 12	250	1500	470	2,0	1,0	2000	30
16	6 — 12	700	510	470	5,1	0,5	5000	100

При увеличении же тока нагрузки или уменьшении напряжения на входе выпрямителя отрицательное напря­жение на базе транзистора Т1 и, следовательно, его кол­лекторный ток уменьшатся, отрицательное напряжение .на базе транзистора Т2 увеличится, а сопротивление этого транзистора и падение напряжения на нем умень­шатся, что приведет, в свою очередь, к увеличению на­пряжения на выходе стабилизатора до прежней величины.

Для защиты регулирующего транзистора Т2 от пере­грузки используется диод Д6 и резистор R6. С увеличе­нием нагрузки на стабилизатор падение напряжения на резисторе R6 (точки «г», «в») увеличивается, а следова­тельно, увеличивается напряжение, приложенное к диоду Щ6. Когда оно превысит значение, при котором откроется кремниевый диод Д6 (он используется в-качестве поро­гового элемента), его сопротивление в прямом направ­лении резко упадет и ток в цепи эмиттер — база тран­зистора Т2 уменьшится. Это приведет к практически полному закрыванию регулирующего транзистора Т2 и ограничению тока через него.

Значение тока нагрузки, при котором срабатывает узел защиты, определяется в основном величиной сопро­тивления резистора R6.

Для изготовления этого блока питания можно ис­пользовать силовой трансформатор от любого лампового приемника или магнитофона, подвергнув его предвари­тельно несложной доработке. Все обмотки трансформа­тора, кроме сетевой, удаляются. Предварительно опреде­ляют число витков nн обмотки накала ламп, рассчитан­ной на напряжение Vн (обычно 6,3 В). Затем выполняют вторичную обмотку, число витков которой рассчитывают по формуле

n2 = nнV1/Vн

где Vl — требуемое значение напряжения на входе вы­прямителя, определенное по табл. 9.

Диаметр провода вторичной обмотки выбирают в за­висимости от требуемого максимального тока нагрузки:

0,41 мм для Iн=200-250 мА; 0,67 м для Iн=700-750 мА и 0,77 мм для Iн= 1000 мА.

В устройстве можно применить транзисторы типов МП25,МП25А, МП25Б (77),атакжеП213,П214, ГТ403А, ГТ403Б, П210 и другие.


При выборе типа регулирующего транзистора (Т2) необходимо следить, чтобы допусти­мое постоянное напряжение между коллектором и эмит­тером транзистора превышало напряжение на входе ста­билизатора (Vi), а допустимый ток -коллектора Т2 в несколько раз превышал ток нагрузки (максимально допустимый) стабилизатора.

Диоды Д1 — Д4 применяются типов Д7Б или Д226Д при Iн=300 мА и Д302 при Iн=700-1000 мА, а диод Д6 — типа Д242 или Д231. Для стабилизации напряже­ния в цепи эмиттера транзистора Т1 применяют стаби­литрон (Д5), тип которого определяется требуемым вы­ходным напряжением устройства: KCI33A при F2=6 В и V2=б — 12 В; КС168А при V2=9 В и Д808 или Д814Д при V2 = 12 В.

Стабилизатор напряжения монтируют на печатной плате, выполненной из фольгированного гетинакса тол­щиной 2 мм. Размеры платы определяются типом ис­пользуемых деталей, конструкцией радиатора и т. п. Для уменьшения габаритных размеров устройства транзистор Т2 целесообразнее устанавливать вне печатной платы. Диоды Д1 — Д4 устанавливают на отдельной плате.

Вид печатной платы и размещение на ней деталей стабилизатора напряжения представлены на рис. 56, б, в.

Порядок налаживания аналогичных блоков питания уже рассматривался выше. Следует лишь учесть, что ре­комендованные отечественные транзисторы и диоды являются лишь приближенными аналогами зарубежных полупроводниковых приборов. Поэтому в процессе на--лаживания устройства возможно потребуется изменение номиналов отдельных резисторов. По указанным причи­нам повторение этого блока питания автор рекоменду­ет радиолюбителям, уже имеющим опыт в изготовлении более простых питающих устройств.


Содержание раздела

---

---