Стабілізований блок живлення УМЗЛ. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Блоки живлення

 Коментарі до статті

Сучасні УМЗЧ, маючи значну пікову вихідну потужність, що сягає часом до 200 Вт, висувають досить жорсткі вимоги до свого джерела живлення. Для них, як правило, необхідна двополярна напруга 2 X (30...40) при піковому струмі до 10 А в кожному плечі. Зазвичай у випрямлячі застосовують конденсатори, що згладжують, великої ємності, що доходить до 20000 мкФ і більше. Але навіть з ними просадки випрямленої напруги при піковому струмі навантаження досягають 2...3, що вимагає від УМЗЧ високого коефіцієнта придушення пульсацій напруги живлення. Автор пропонує оснастити блок живлення УМЗЧ стабілізатором, що забезпечує необхідну якість напруги живлення.

Останнім часом в аматорських конструкціях УМЗЧ все частіше мають випрямляч і блок конденсаторів великої ємності на платі підсилювача, зменшуючи цим довжину з'єднувальних проводів і падіння напруги на них. Іноді від блоку живлення вимагають, щоб при включенні напруга на його виходах плавно наростала (так званий "м'який старт"). При виникненні різних аварійних ситуацій, наприклад, замиканні у навантаженні УМЗЧ, несправності його вихідних транзисторів та інших перевантаженнях живлення УМЗЧ має бути автоматично вимкнено. Вирішити всі ці завдання дозволяє пропонований стабілізатор напруги живлення.

Основні технічні характеристики

• Вихідна стабілізована напруга,.......2x35
• Максимальний струм навантаження кожного плеча, А....... 9
• Струм спрацьовування тригерного захисту, А.......11
• Повний час спрацьовування захисту, мкс .......12
• Час наростання вихідної напруги від нуля до номінального значення, з......0,36
• Розмах пульсацій частотою 100 Гц на виході стабілізатора при струмі навантаження 5 А, мкВ.......80

За основу конструкції було взято пристрій зі статті "Стабілізатор напруги живлення УМЗЧ" В. Орешкіна ("Радіо", 1987 № 8, с. 31), схема якого показана на рис. 1. Незважаючи на простоту та високі технічні дані (коефіцієнт стабілізації більше 1000, автоматичне вимкнення при замиканні виходу, можливість кріплення силових транзисторів безпосередньо на тепловідведення без прокладок), такому стабілізатору притаманні деякі недоліки. Він нестійко запускається при великому струмі навантаження, а струм при замиканні виходу не нормований і залежить від коефіцієнтів передачі застосованих транзисторів, що іноді призводить до виходу з ладу.

Рис. 1. Схема стабілізатора напруги живлення УМЗЧ

За минулий час з'явилися нові електронні компоненти, стали доступні потужні польові транзистори, що спонукало автора поекспериментувати з комп'ютерною моделлю запропонованого В. Орєшкіним пристрою, яка була створена в симуляторі LTspice IV, і вдосконалити його. Схема блоку живлення, що народилася в результаті таких експериментів, зображена на рис. 2.

Рис. 2. Схема блока живлення (натисніть , щоб збільшити)

Насамперед було змінено ланцюг запуску стабілізатора, а біполярні транзистори замінили польовими. Зі схеми, представленої на рис. 1 видно, що транзистор VT2 зашунтований резистором R3 опором 470 Ом, через який протікає початковий струм зарядки конденсатора C2. Якщо навантаження невелике, вихідна напруга починає зростати, доки стабілізатор не увійде в режим стабілізації. При струмі навантаження менше I = U_вих/R3=19/470=40 мА, коли транзистор VT2 практично закритий, всі пульсації випрямленої напруги через резистор R3 проходять мінусове плече. При малому опорі навантаження струму через цей резистор може вистачити нормального запуску стабілізатора, може взагалі не запуститися.

У новому варіанті ланцюг запуску складається зі стабілітрону VD11 та резистора R22 в одному плечі та VD12 з R23 у другому (для симетрії). У процесі включення по досягненні значення напруги на конденсаторах, що згладжують C7-C10, рівного напрузі стабілізації стабілітронів VD11 і VD12, транзистори VT 11.1 і VT11.2 починають відкриватися. Слідом за ними відкриваються і силові транзистори VT9 та VT10. Напруга на виході стабілізатора наростає, а напруга між витоком та стоком транзисторів VT9 та VT10 зменшується. Коли напруга на стабілітронах VD11 і VD12 опуститься нижче за їх напругу стабілізації, струм через ці стабілітрони припиниться. Далі вони впливають працювати стабілізатора. Такий спосіб запуску надійний навіть за струму навантаження 9 А. Мінімальний струм навантаження практично дорівнює нулю.

Вихідна напруга плюсового плеча стабілізатора дорівнює сумі напруг стабілізації стабілізаторів VD13, VD15 і напруги відсічення транзистора VT11.1, а мінусового плеча - відповідно стабілізаторів VD14, VD16 і транзистора VT11.2. Для плавного запуску стабілізатора виявилося достатньо зашунтувати стабілітрони VD13-VD16 конденсаторами C23-C26. Швидкість зміни вихідної напруги на початок стабілізації дорівнює швидкості наростання напруги цих конденсаторах. При зазначених на схемі номіналах елементів час виходу стабілізатора режим - близько 360 мс. Осцилограми процесу його запуску, отримані на комп'ютерній моделі, показано на рис. 3.

Рис. 3. Осцилограми процесу запуску

Для зменшення розсіюваної на транзисторах VT9 і VT10 потужності витоку транзисторів VT 11.1 і VT 11.2 з'єднані не із загальним проводом, а з точками з'єднання стабілітронів та резисторів (відповідно VD15, R29 та VD16, R30). Тому потенціали витоків транзисторів VT11.1 і VT11.2 рівні напрузі стабілізації відповідних стабілітронів (6,2 за абсолютним значенням). Це дозволяє змінювати керуючу напругу на затворах транзисторів VT9 і VT10 не до 0, як у прототипі, а до плюс або мінус 6 В. При цьому напруга між витоком і стоком цих транзисторів на піках пульсацій може падати до 3 В і нижче без виходу з режим стабілізації.

Сказане ілюструють одержані комп'ютерним моделюванням осцилограми на рис. 4. Зелена – напруга на витоку транзистора VT10, синя – напруга на його затворі, червона – напруга на витоку транзистора VT11.2 (6,2 В), блакитна – струм навантаження мінусового плеча. Видно, що напруга на затворі транзистора VT10 лежить приблизно посередині між напругою на його витоку та на витоку транзистора VT11.2, а іноді опускається нижче 3 Ст.

Рис. 4. Осцилограми

У стабілізатор додано тригерний захист струму, спрацьовує при перевищенні струмом навантаження будь-якої гілки стабілізатора значення 11 А. Вона побудована на транзисторах VT3, VT5, VT7 в плюсовому плечі і VT4, VT6, VT8 - в мінусовому. Датчиками струму є резистори R11-R14, з'єднані попарно паралельно. Захист спрацьовує при падінні напруги на будь-якій парі резисторів більше 0,5...0,6 В, що відповідає поточному через них струму 11...12 А.

Після досягнення цього порога лавиноподібно відкриваються транзистори тригерних осередків VT3VT5 або VT4VT6 і відповідно транзистори VT7 і VT8. Останні, відкрившись, шунтують стабілітрони VD13 і VD14, різко знижуючи цим вихідну напругу. Резистори R21 і R24 обмежують струм колектора транзисторів при розрядці конденсаторів, включених паралельно стабілітронів. Світлодіоди HL1 та HL2 у базових ланцюгах транзисторів VT7 та VT8 сигналізують про спрацювання захисту. Струм через них при цьому не перевищує 6 мА.

Конденсатори С19 і С20 спільно з резисторами R17 і R18 утворюють фільтри нижніх частот, що підвищують стійкість до перешкод системи захисту. Збільшувати номінали цих конденсаторів понад 4700 пФ небажано, оскільки це збільшить час спрацьовування захисту та пікові струми через транзистори VT9 та VT10. Щоб захист спрацьовував одночасно в обох плечах стабілізатора, передбачений зв'язок між тригерними осередками через конденсатори C21 та C22.

Після спрацювання захисту транзистори VT9 і VT10 залишаються закритими до відключення пристрою від мережі живлення. Транзистори тригерних осередків закриються, а світлодіоди HL1 і HL2 згаснуть лише після розрядки конденсаторів, що згладжують С7-С10. Залишається одна проблема - забезпечити швидку розрядку конденсаторів, що згладжують, після відключення. Її вирішують вузли на транзисторах VT1 та VT2, однакові в обох каналах. Тому розглянемо лише вузол, встановлений у плюсовому каналі.

При включенні пристрою в мережу конденсатор C17 заряджається через діод VD9 до напруги приблизно рівного амплітуді напруги, що надходить з обмотки II трансформатора T1. Конденсатор С15 заряджається через резистор R5 і розряджається через діоди VD3, VD4 та діодний міст VD1. Потенціал затвора транзистора VT1 стає рівним потенціалу його початку або трохи нижче, тому транзистор закритий. Закритий стан транзистора VT1 зберігається протягом усього часу, доки подано напругу живлення. Після його вимкнення діоди VD3 та VD4 закриваються. Напруга затвор-витік транзистора завдяки резистори R5 зростає до напруги стабілізації стабілітрона VD7. Відкрившись, транзистор VT1 підключає резистори R3 та R7 паралельно конденсаторам C7 та С8, прискорюючи їх розрядку. Тривалість розрядки скорочується до 10...20 при піковому значенні розрядного струму 780 мА, цілком допустимого для використовуваних транзисторів.

На рис. 5 зображено креслення друкованих провідників плати розмірами 175x80 мм, на якій було зібрано описуваний блок живлення. Вона виготовлена ​​з фольгованого з двох сторін склотекстоліту завтовшки 1,5 мм. Товщина фольги – не менше 50...70 мкм, а краще – 110 мкм. Розміщення деталей на платі показано на рис. 6, її зовнішній вигляд – на рис. 7. Транзистори VT9 та VT10 змонтовані на умовно нижній стороні плати та закріплені на тепловідводі. Для доступу до гвинтів, що кріплять транзистори, на платі передбачені отвори.

Рис. 5. Креслення друкованих провідників плати

Рис. 6. Розміщення деталей на платі

Рис. 7. Зовнішній вигляд плати

В основному застосовані резистори для поверхневого монтажу типорозміру 0805, а резистори R27-R30 - типорозміру 2512 (потужністю 1 Вт). Резистори R1-R4, R7, R8 - МЛТ чи аналогічні імпортні. Резистори-датчики струму R11-R14 – KNP-100. Вони встановлені з обох сторін плати. Замість кожної пари цих резисторів можна застосувати по одному вдвічі меншого опору потужністю 1...2 Вт.

Конденсатори С1-С6, С8, С10-С14, С29, С30 - металоплівкові К73-17 на напругу не менше 63 В або їх імпортні аналоги. Конденсатори C19-C22 - керамічні для поверхневого монтажу типорозміру 0805 або 1206. Оксидні конденсатори C23-C26 - танталові типорозміри D або Е, С7 і C9 - алюмінієві серії LS фірми Jamicon, C27, C28 , решта - К31-32 або аналогічні імпортні.

Стабілітрони DL4751A і DL4735A можна замінити іншими з напругою стабілізації відповідно 30 ± 5% і 6,2 ± 5% в корпусі MELF. За відсутності діодних мостів GBJ2502 замість них можна встановити інші на струм 25 А з допустимою зворотною напругою не менше 100 В або зібрати кожен міст із чотирьох одиночних діодів з бар'єром Шоттки з відповідними параметрами. Заміна діодів RS1B - діоди тієї ж серії або будь-які малопотужні із зворотним напруженням не менше 60 В.

Польові транзистори IRFD024 можуть бути замінені іншими N-канальними з ізольованим затвором і допустимою напругою стік-виток 50...60, наприклад, IRFZ24, IRFZ34, IRFZ44, але потрібно коригування друкованої плати. Замість транзисторів BSS63 і BSS64 у вузлах захисту від перевантаження допустимо використовувати будь-які малопотужні біполярні транзистори загального застосування відповідної структури в корпусі SOT23 з максимальною напругою колектор-емітер не менше 50 В.

Як заміну транзисторам IRF1405 і IRF4905 слід підбирати потужні польові транзистори з ізольованим затвором, найбільшою швидкодією та великою крутістю характеристики. Необхідно також, щоб вони мали мінімальну граничну напругу витік-затвор.

Мікрозбирання з двох польових транзисторів з каналами різного типу провідності IRF7343 можна замінити на FDS4897C або FDS4559. Якщо зменшити вхідну та вихідну напругу стабілізатора відповідно до 30 В і 27 В, то можна застосувати мікроскладання IRF7319. Транзистори цих мікроскладань мають невелику (близько 1 В) і практично однакову за абсолютним значенням порогову напругу затвор-витік. Можна, звичайно, використовувати і окремі малопотужні польові транзистори з максимальною напругою сток-витік не менше 45 В, але при цьому різниця вихідної напруги плечей стабілізатора може стати більшою.

Правильно зібраний блок практично не потребує налагодження, але все ж таки перше включення бажано робити з лампою розжарювання потужністю 40...60 Вт, включеної послідовно з первинною обмоткою трансформатора T1. У момент включення вона повинна спалахнути, а потім згаснути. Після чого слід заміряти вихідну напругу, вона повинна знаходитися в межах 35 ± 0,5 В. Короткочасно замкнувши вихід одного з плечей стабілізатора потужним опором 3 Ом, переконайтеся в спрацьовуванні захисту. Відновивши роботу стабілізатора, перевірте за допомогою осцилографа, що видимих ​​пульсацій вихідної напруги з частотою мережі відсутні.

Нижче наведено осцилограми реальних пульсацій вихідної напруги стабілізатора, що працює на УМЗЧ із навантаженням опором 4,7 Ом. На них жовта крива - напруга на виході УМЗЧ, синя - змінна складова напруги на виході стабілізатора (між точками A і C або B і C). Осцилограми зняті за таких умов:

Рис. 8 - сигнал на вході УМЗЧ відсутній, струм спокою підсилювача - 0,25 А;

Мал. 9 – амплітуда вихідної напруги УМЗЧ – 25 В, частота – 10 кГц, розмах пульсацій – менше 10 мВ;

Рис. 10 – амплітуда імпульсів на виході УМЗЧ – 20 В, частота – 30 Гц.

Рис. 8. Осцилограми

Рис. 9. Осцилограми

Рис. 10. Осцилограми

Слід зазначити, що трансформатор T1 повинен мати достатню потужність, щоб забезпечити максимальний струм навантаження 10 А. Напруга на конденсаторах, що згладжують, випрямлячів на піках струму навантаження не повинна опускатися нижче 38 В. Якщо враховувати пік-фактор музичного сигналу, зазвичай близький до трьох, потужність трансформатора для кожного каналу УМЗЧ має бути близько 200 Вт або більше. Автор застосував трансформатор потужністю 180 Вт на тороїдальному магнітопроводі.

Автор: М. Муравцев

Дивіться інші статті розділу Блоки живлення.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву Семидюймовий смартфон Samsung Galaxy J Max 10.07.2016 Каталог Samsung поповнив смартфон Galaxy J Max. Новинка оснащена семидюймовим дисплеєм. Незважаючи на великий розмір, він має порівняно низьку роздільну здатність - 1280 х 800 пікселів. Основою смартфона є неназвана однокристальна система з чотириядерним процесором, що працює на частоті 1,5 ГГц під керуванням ОС Android 5.1. Об'єм оперативної пам'яті дорівнює 1,5 ГБ, а флеш-пам'яті – 16 ГБ. Для розширення пам'яті можна використовувати картки microSD об'ємом до 200 ГБ. Апарат розрахований на дві SIM-картки. Він підтримує бездротові технології 4G VoLTE, Wi-Fi 802.11 b/g/n та Bluetooth 4.0. Основна камера роздільною здатністю 8 Мп має об'єктив, що автоматично фокусується, з діафрагмою F/1,9. Фронтальна камера роздільною здатністю 2 Мп має об'єктив із діафрагмою F/2,2. Також смартфон оснащений приймачами FM та GPS. Місткість акумулятора Samsung Galaxy J Max дорівнює 4000 мАг. Габарити пристрою - 186,9 х 108,8 х 8,7 мм, а коштує близько $200. На індійському ринку продажі стартують наприкінці місяця. Телефон буде запропонований покупцям у чорному та золотистому кольорі.

Інші цікаві новини:

▪ Екшен-камера Toshiba Camileo X-Sports

▪ Пневмоторакс на дискотеці

▪ Інноваційні джерела живлення TDK-Lambda DRF

▪ Електродирижабль

▪ DVD-записувальні пристрої витіснять відеомагнітофони

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Дзвінки та аудіо-імітатори. Добірка статей

▪ стаття Марк Валерій Марціал. Знамениті афоризми

▪ стаття Навіщо скорпіону жало? Детальна відповідь

▪ стаття Сундарбан. Диво природи

▪ стаття Попередній підсилювач на мікросхемі К284СС2. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Ожілі залізки. Фізичний експеримент

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024