Схема лабораторного блока питания для налаживания усилителей ЗЧ


В радиолюбительской практике нередки случаи выхода из строя мощного УМЗЧ в процессе его налаживания или ремонта. При этом, как правило, бывают повреждены самые дорогостоящие детали - мощные выходные транзисторы. Чтобы избежать таких последствий, необходим специализированный блок питания с комплексной защитой.

Большинство промышленных источников питания не пригодны для налаживания мощных УМЗЧ. Дело в том, что ток, потребляемый УМЗЧ, носит импульсный характер. Поэтому пиковый потребляемый ток может быть в несколько раз больше среднего.

Кроме того, большинство современных УМЗЧ имеют двухполярное питание, которое, нужно заметить, следует подавать и снимать синхронно в обоих плечах. Нарушение этого условия может привести к выходу из строя питаемого устройства.

Блок питания должен обеспечивать минимальный уровень пульсаций и шумов выходного напряжения и не создавать высокочастотных помех, распространяющихся по цепям заземления. Особенно необходимо соблюдать эти условия при измерении крайне малых искажений, вносимых высококачественным УМЗЧ в воспроизводимый сигнал.

Собрать импульсный блок питания, который удовлетворял бы всем перечисленным выше требованиям, возможно, но стоимость и трудоёмкость его изготовления в единичном экземпляре окажутся выше, чем линейного блока. Предлагаемый источник питания выполнен по схеме с малым падением напряжения на регулирующих транзисторах.

Основные технические характеристики

  • Выходное напряжение каждого канала, В .............. 0...50
  • Кратковременный ток нагрузки*, А, не более ............ 15
  • Долговременный ток нагрузки*, А, не более ................. 5
  • Кратковременная выходная мощность*, Вт ............... 1500
  • Долговременная выходная мощность*, Вт ................ 500
  • Пульсации напряжения при токе нагрузки 5 А*, мВэфф, не более ......... 1.

*При максимальном выходном напряжении.

Прибор состоит из пяти блоков - сетевого А1, основного А2, УПТ канала плюсового напряжения АЗ. 1, УПТ канала минусового напряжения АЗ.2, блока управления А4.

Сетевой блок А1

Схема этого блока изображена на рис. 1. Его монтаж - объёмный. Сетевое напряжение 230 В, 50 Гц с трёхконтактной розетки XS1 поступает черезплавкие вставки FU1 и FU2 на выключатель SA1, а затем на два силовых трансформатора Т1 и Т2.

Резистор R1 мощностью 50 Вт ограничивает бросок тока в первичных обмотках трансформаторов в момент включения. Затем по сигналу реле времени, находящегося в блоке А2, срабатывает реле К1, исключая резистор R1 из пути протекания сетевого тока.

Демпфирующая цепь С1R2 снижает амплитуду выбросов ЭДС самоиндукции первичных обмоток трансформаторов.

Схема сетевого блока для лаборатоного источника питания УМЗЧ

Рис. 1. Схема сетевого блока для лаборатоного источника питания УМЗЧ.

Кнопочным выключателем SA2 управляют вентиляторами М1 и М2, предназначенными для обдува теплоотводов регулирующих транзисторов стабилизаторов напряжения.

При незначительной токовой нагрузке на источник эти вентиляторы можно выключить. Вентиляторы с питанием непосредственно от сети были выбраны по соображениям уменьшения нагрузки на силовые трансформаторы.

Контакт PG (защитное заземление) розетки XS1 соединён с корпусом прибора, изолированным от общего провода блока питания. Высокоомные резисторы R3 и R4, включённые между цепью PG и общим проводом, предназначены для стекания статических зарядов.

Обратите внимание, что первичные обмотки силовых трансформаторов соединены встречно-параллельно. Это сделано для ослабления наводок на их вторичные обмотки помех, проникающих через межобмоточные ёмкости.

Дело в том, что в трансформаторах с первичными обмотками, имеющими более одного слоя, сетевые наводки максимальны, если фазный провод сети идёт к верхнему слою первичной обмотки, непосредственно граничащему с вторичными обмотками.

В конструкции с двумя сетевыми трансформаторами без экранов между первичной и вторичными обмотками межобмоточные ёмкости суммируются, и наводки возрастают. Чтобы их уменьшить, первичные обмотки следует включить противофазно. В этом случае верхний слой хотя бы одной из них будет соединён с нейтральным проводом сети.

Это правило не требуется соблюдать, если в трансформаторах между первичной и вторичными обмотками имеются заземлённые экраны.

С обмотки IV’ трансформатора Т2 напряжение поступает на два выполненных на диодах моста VD1 однополупериодных выпрямителя с выходным напряжением разной полярности.

Однополупериодное выпрямление было выбрано по двум соображениям. Во-первых, одну обмотку гораздо проще намотать поверх катушки фабричного трансформатора.

Во-вторых, ток, потребляемый маломощными узлами прибора, весьма мал. Выпрямленное напряжение сглаживают фильтры C3R5C9 и C4R6C10.

С выхода маломощного выпрямителя двухполярное постоянное напряжение поступает на контактную колодку ХТ1, расположение и назначение контактов которой такие же, как у с соединяемой с ней колодки А2.ХТ1.

На контакт 7 колодки подано переменное напряжение с обмотки IV трансформатора Т2, необходимое для работы узла выключения-перезапуска источника, находящегося в блоке А2.

С обмоток II, ІI', III, III' трансформаторов Т1 и Т2 переменное напряжение поступает на два независимых двухпо-лупериодных выпрямителя на диодах VD2-VD5.

Использовать здесь популярные готовые выпрямительные мосты нежелательно, потому что характеристики раздельных трансформаторов недостаточно идентичны, из-за чего может возникнуть подмагичивание их магнитопроводов, вызванное асимметрией тока в плечах выпрямителя.

Выходное напряжение выпрямителей сглаживают конденсаторы С11- С16, затем по кабелям, заканчивающимся разъёмами XS2 и XS3, оно поступает на ответные разъёмы, находящиеся в блоках А3.1 и АЗ.2. Для снижения переходного сопротивления контакты разъёмов соединены по три параллельно.

Резисторы R7-R10 предназначены для ускоренной разрядки конденсаторов большой ёмкости во время пусконаладочных работ. Конденсаторы С2, С5- С8 ослабляют мультипликативные помехи, возникающие при переключении диодов выпрямителей.

Диодный мост VD1 можно заменить на любой современный, рассчитанный на выпрямленное напряжение не менее 200 В при токе 3...8 А. Значительный запас по току взят для большей надёжности.

Кроме того, мосты повышенной мощности имеют крепёжное отверстие, что удобно при их объёмном монтаже.

Схема основного блока А2 (часть 1)

Рис. 2. Схема основного блока А2 (часть 1).

Диоды VD2-VD5 закреплены для охлаждения на алюминиевой задней стенке прибора. Несмотря на неудобный для крепления корпус "таблетка", применение диодов 2Д2997А выглядит предпочтительным, поскольку они отличаются высокой надёжностью и их не подделывают. Если приобрести диоды 2Д2997А не удалось, каждый из них можно заменить двумя соединёнными параллельно диодами 2Д213А.

Резистор R1 - ПЭВ-50. Конденсаторы: С1 - В32652; С2, С5-С8 - К73-9 или К73-17; C3, С4, С9, С10 - В41851А6228М000; С11-С16 -В41231А0828М000.

SA1, SA2 - любые кнопочные сетевые выключатели, рассчитанные на ток 10... 16 А и напряжение не менее 230 В. Реле К1 - 4-1393240-8 (RT334024) или другое с обмоткой на 24 В, имеющее нормально разомкнутые контакты, способные коммутировать ток 10... 16 А при напряжении переменного тока не менее 250 В.

Розетка XS1 - АС-1 (HF-301). Контактная колодка XT 1 набрана из четырёх трёхконтактных колодок с винтовыми зажимами ED350V-03P. Могут быть использованы и другие колодки с шагом контактов 3,5 мм. Вентиляторы М1 и М2 - JA0825H2B размерами 80x80x25 мм и с частотой вращения 1800 мин"1 при напряжении питания 230 В, 50 Гц.

Трансформаторы Т1, Т2 - доработанные тороидальные ТТП-250 (2x35 В, 3,2 А). Их мощности немного не хватает, чтобы обеспечить длительное питание нагрузки максимальным током.

Если предполагается использовать прибор для длительной (более 15 минут) работы с током нагрузки 5 А, целесообразно заменить указанные трансформаторы аналогичными мощностью 350 Вт.

Но трансформаторы такой мощности в выбранный автором корпус не уместились.

Чтобы обеспечить выпрямленное напряжение 60 В, поверх имеющихся в ТТП-250 вторичных обмоток намотаны ещё две (ІГ и ИГ) - 12 равномерно распределённых по кольцу витков двумя сложенными (для симметрии плеч) проводами ПЭТВ-2 диаметром 1,25 мм.

На трансформатор Т2 намотана ещё одна дополнительная обмотка IV. Она содержит 30 витков провода ПЭТВ-2 диаметром 0,3 мм.

Схема основного блока А2 (часть 2)

Рис. 2. Схема основного блока А2 (часть 2).

Число витков дополнительных обмоток указано из расчёта 0,7 В на виток. Поскольку даже однотипные трансформаторы разных лет выпуска различаются по этому показателю, желательно его проверить.

Для этого нужно намотать пробную обмотку не менее чем из десяти витков, измерить напряжение на ней и разделить результат на число намотанных витков.

Основной блок А2

Этот блок собран по схеме, изображённой на рис. 2. Нестабилизированное двухполярное напряжение его питания поступает с контактов 1 и 2 колодки ХТ1 на стабилизатор напряжения +/-15 в, выполненный по классической схеме. В качестве образцового использовано падение напряжения на переходах база-эмиттер транзисторов VТ7 и VТ8, как в кассетной магнитофонной приставке "Яуза МП-221С-2".

Это не только упростило схему, но и позволило устранить асимметрию выходного двухполярного напряжения во время переходного процесса после включения источника в сеть. Она возникает по той причине, что процессы установления выходного напряжения однополупериодных выпрямителей разной полярности неодинаково зависят от фазы сетевого напряжения в момент включения.

Недостаток применённого стабилизатора - низкая температурная стабильность выходного напряжения. Её можно было бы улучшить, введя в разрыв верхнего по схеме вывода резистора R11 дополнительный термокомпенсирующий транзистор, база и коллектор которого соединены.

Однако в рассматриваемом случае делать это не имеет смысла, так как стабильность выходного напряжения зависит от другого, отдельного источника образцового напряжения. Подстроечным резистором R12 устанавливают на выходах стабилизатора напряжение +/-15 В.

Резисторы R3 и R6 защищают стабилизатор от повреждения при кратковременном замыкании его выходов между собой или на общий провод.

Диод VD7 и резисторы R15, R16 при замыкании выхода стабилизатора защищают переходы база-эмиттер транзисторов VT7 и VT8 от напряжения обратной полярности, поступающего с конденсаторов С5 и С6. Эти конденсаторы увеличивают глубину отрицательной обратной связи по переменному току, что способствует снижению пульсаций выходного напряжения.

Диоды VD1 и VD2 защищают блок от повреждения при ошибочной полярности подключения проводов питания к контактам 1 и 2 колодки XT1.

Съёмные перемычки S1-S4 предназначены для отключения нагрузки от стабилизатора во время регулировки его выходного напряжения.

Дублирование перемычек снижает их переходное сопротивление и повышает надёжность соединения. На цифровую часть блока напряжение питания поступает через развязывающий фильтр L1C18C20C21.

Печатная плата для схемы основного блока А2

Рис. 3. Печатная плата для схемы основного блока А2.

В блоке имеется датчик наличия сетевого напряжения. Он выполняет две функции. Во-первых, обеспечивает перезапуск таймера мягкого старта после кратковременного пропадания сетевого напряжения.

Во-вторых, выключает выходное напряжение прибора сразу же после отключения его от сети. Дело в том, что имеющиеся в приборе конденсаторы большой ёмкости сохраняют накопленный заряд в течение довольно длительного времени.

Без принятия специальных мер всё это время прибор продолжает работать. При этом выходное напряжение разной полярности может снижаться несимметрично.

Например, когда ток нагрузки одного плеча больше, чем другого, напряжение на выходе первого уменьшается быстрее, чем на выходе второго. Чтобы этого не происходило, выходное напряжения блокирует электронный ключ на полевом транзисторе VT15, как только сетевое напряжение пропадает.

Датчик наличия сетевого напряжения выполнен на транзисторах VT11 и VT14. Поочерёдно открываясь, они разряжают конденсатор С19. В результате он не успевает зарядиться через резистор R26 до напряжения срабатывания триггера Шмитта DD1.3.

Как только сетевое напряжение исчезнет, напряжение на конденсаторе С19 превысит пороговое, поэтому на выходе элемента DD1.3 будет установлен низкий логический уровень.

Пройдя через элемент DD3.1 (на него же приходит сигнал начальной установки, вырабатываемый детектором понижения напряжения DA3), он проинвертированным поступает на вход R триггера DD2.2 и устанавливает его в состояние с низким уровнем на выводе 13.

Этот уровень поступает на вывод 2 элемента DD3.1 и устанавливает на его выходе высокий уровень, который через резистор R36 поступает на затвор транзистора VТ15, блокирующего выходное напряжение.

Таймер мягкого старта выполнен на двоичном счётчике DD5 и триггере DD2.2. Тактовые импульсы на вход счётчика поступают с генератора на триггере Шмитта DD1.5. Как только на выходе элемента DD3.1 будет установлен низкий уровень, счётчик DD5 начнёт подсчёт импульсов.

Импульсы напряжения с вывода 6 счётчика DD5 через диод VD16 поступает на светодиод A4.HL2 "Сеть" - индикатор включения прибора.

Печатная плата для схемы блока А2 (вторая сторона)

Рис. 4. Печатная плата для схемы блока А2 (вторая сторона).

Его прерывистое свечение свидетельствует о работе таймера мягкого старта. Через 4 с на выводе 14 счётчика появится высокий уровень, который установит триггер DD2.2 в состояние с высоким уровнем напряжения на выводе 13. Через диод VD17 это напряжение поступит на тот же светодиод и заставит его светиться непрерывно.

Это означает, что прибор вошёл в рабочий режим.

Высокий уровень напряжения с вывода 13 триггера DD2.2 поступает также на узел управления реле А1.К1, выполненный на транзисторах VТ16 и VТ18 по схеме управляемого источника тока.

Это позволяет применять в приборе реле с различным рабочим напряжением и током, обеспечивая при этом высокую скорость нарастания тока в обмотке. Ток регулируют подстроечным резистором R49.

Для уменьшения времени отпускания реле А1.К1 традиционный диод, шунтирующий его обмотку, заменён супрессором с напряжением ограничения 68 В.

Этим обеспечен быстрый спад тока в обмотке реле после закрывания управляющего им транзистора и сокращена длительность отпускания притянутого якоря реле.

Уменьшать длительность срабатывания и отпускания реле необходимо, чтобы минимизировать время, в течение которого его контакты сжаты неплотно, и на них возникают пятна локального перегрева и искрения.

DD2.1 - триггер управления выходом. Он позволяет включать и выключать выходное напряжение, например, чтобы установить его нужное значение ещё до подачи на нагрузку. Цепи R17C9R18 и R23C15 подавляют дребезг контактов кнопки управления выходом, установленной на передней панели прибора.

На инверторах DD1.1 и DD1.2, резисторах R19 и R21, конденсаторах С7 и С8 собран узел переключения триггера DD2.1 по внешнему сигналу.

Это даёт возможность использовать прибор в системе многоканальных источников питания, синхронизируя их включение и выключение. Резистор R14 и стабилитрон VD8 защищают вход элемента DD1.2 от повреждения повышенным напряжением.

Через резистор R19 на вход R триггера DD2.1 поступает сигнал его установки при включении питания прибора в состояние, соответствующее выключенному выходному напряжению.

С выхода триггера сигнал приходит на один из входов элемента DD3.1, а с выхода этого элемента - на ключ блокировки выходного напряжения на транзисторе VТ15.

Расположение деталей на печатной плате

Рис. 5. Расположение деталей на печатной плате.

На транзисторах VТ1-VТ4 собран переключатель порога ограничения тока нагрузки. Это два симметричных стабилизатора тока, которые управляют узлами установки порога в блоках А3.1 и АЗ.2. Включают тот или иной стабилизатор тока сигналами, поступающими с переключателя, установленного на передней панели прибора.

Устройство защиты от превышения выходного тока представляет собой комбинацию ограничителя тока и триггерной защиты. Необходимо, чтобы триггерная защита срабатывала с определённой задержкой. Если этого не обеспечить, она станет срабатывать от каждого пика тока нагрузки.

Однако ограничение выходного тока не должно продолжаться бесконечно долго, это может привести к перегреву регулирующих транзисторов прибора.

На так называемых "цифровых" транзисторах VT12 и VT13 собраны ключи устройства защиты. Внутри таких транзисторов имеются резисторы, ограничивающие их базовый ток. Это позволяет управлять ими непосредственно с выходов логических микросхем.

При срабатывании ограничителей выходного тока в блоках А3.1 и АЗ.2 на контакте 8 разъёмов ХР1 и ХР2 или одного из них появляется напряжение низкого логического уровня, которое открывает транзисторы VT12 и VT13.

Напряжение с их коллекторов через резисторы R27 и R28 поступает на разъём ХРЗ, а с него на переднюю панель прибора, где установлены светодиоды индикации начала ограничения тока.

Кроме того, напряжение с коллекторов транзисторов VT12 и VT13 поступает через логический узел ИЛИ на диодах VD10, VD11 и инвертор DD1.4 на вход R двоичного счётчика DD4. Низкий логический уровень на этом входе разрешает отсчёт продолжительности ограничения тока.

Узел из диодов VD12, VD13, VD15 и переключателя на передней панели прибора, подключаемого через разъём ХРЗ, позволяет установить продолжительность выдержки 0 с, 2 с или 4 с.

При закрытых диодах VD12 и VD13 напряжение высокого уровня через резистор R32 поступает непосредственно на триггер защиты, вызывая его мгновенное срабатывание. Это соответствует нулевой выдержке.

Сам RS-триггер защиты собран на логических элементах микросхемы DD6. На вывод 10 элемента DD6.2 поступает сигнал начальной установки, а на вывод 11 - сигнал ручного сброса защиты нажатием на кнопку.

При срабатывании триггера напряжение высокого уровня с выхода элемента DD6.2 через резистор R42 поступает на переднюю панель прибора, где загорается соответствующий светодиод.

Низкий уровень с выхода элемента DD6.1 при этом поступает на элемент DD3.1, напряжение высокого уровня с выхода которого через резистор R36 открывает транзистор VT15, отключающий выходное напряжение прибора.

Иногда бывает необходимо, чтобы источник питания через определённое время после срабатывания защиты автоматически возвратился в рабочий режим. Для этого в блоке А2 имеется таймер автовозврата. Он выполнен на двоичном счётчике DD7, который начинает считать импульсы после срабатывания триггера защиты.

На "цифровых" транзисторах VТ17 и VТ19, диодах VD18 и VD21 выполнен узел выбора длительности задержки автоматического сброса сработавшей защиты. Её можно выбрать установленным на передней панели прибора переключателем равной 16 с, 64 с или бесконечности.

На прецизионном стабилитроне VD9 и интегральном стабилизаторе тока DA1 собран источник образцового напряжения. Резистор R20 задаёт ток через стабилитрон. Конденсатор С14 подавляет шум стабилитрона.

Образцовое напряжение со стабилитрона поступает на разъём ХРЗ, а с него на переменный резистор установки выходного напряжения, находящийся на передней панели.

Напряжение с его движка возвращается в блок А2 на контакт 17 разъёма ХРЗ, с него поступает на повторитель на ОУ DA2.1, а с его выхода - на контакт 21 разъёма ХРЗ и далее на вольтметр, находящийся на передней панели прибора. Это позволяет устанавливать выходное напряжение источника до его подачи на нагрузку.

Кроме вольтметра, напряжение с выхода ОУ DA2.1 поступает на интегрирующую цепь R31C24C25. Она, во-первых, обеспечивает плавное нарастание выходного напряжения при его включении.

Это необходимо для исключения срабатывания защиты от броска тока зарядки конденсаторов, установленных на выходе прибора и в цепях питания его нагрузки.

Во-вторых, эта цепь дополнительно подавляет шум, помехи, присутствующие в образцовом напряжении, и "шорохи" переменного резистора при установке выходного напряжения.

Резистор R34 ограничивает амплитуду импульса тока стока полевого транзистора VТ15, обусловленного разрядкой через него конденсаторов С24 и С25.

Диод VD14 защищает микросхему DA2 от повреждения во время переходных процессов, сопровождающих выключение прибора. На ОУ DA2.2 и DA2.3 собраны развязывающие повторители напряжения, причём DA2.3 - инвертирующий, необходимый для работы блока АЗ.2.

ОУ DA2.4 служит компаратором защиты от перегрева. Напряжение на его вход поступает через диоды VD3 или VD4 от того из интегральных датчиков температуры теплоотводов транзисторов в блоках АЗ. 1 и АЗ.2, на выходе которого оно больше (следовательно, соответствующий теплоотвод нагрет до более высокой температуры).

Как только температура превысит 60 °С, компаратор изменяет своё состояние. Делитель напряжения R51R52 поднимает порог срабатывания компаратора на дополнительные доли вольта. ОУ охвачен положительной обратной связью через резистор R53, создающий гистерезис в характеристике переключения компаратора.

При срабатывании компаратора на выходе ОУ DA2.4 будет установлено напряжение, близкое к минусовому напряжению питания. Оно откроет диод VD19 и через резистор R55 поступит на разъём ХРЗ, а с него на светодиод индикации перегрева, находящийся на передней панели прибора.

Напряжение с выхода ОУ DA2.4 поступает через цепь сдвига уровня R56R57 на вывод 5 элемента DD3.1, устанавливая на его выходе высокий логический уровень.

Это открывает транзистор VТ15 и приводит к обесточиванию нагрузки. Устройство выходит из защитного состояния автоматически по остывании теплоотводов до безопасной температуры.

Предусмотрена возможность дальнейшего совершенствования и расширения возможностей прибора. Для этого на разъём ХРЗ и зажимную колодку XT 1 поданы некоторые напряжения и сигналы, которые пока не используются, но могут потребоваться для подсоединения дополнительных плат расширения, например, при введении автоматической коммутации отводов вторичных обмоток силовых трансформаторов.

Это позволит повысить КПД прибора при питании от него низковольтных устройств и уменьшить его тепловыделение. Блок А2 собран на двухсторонней печатной плате размерами 150x126 мм, чертёж проводников которой изображён на рис. 3 и рис. 4, а схема размещения деталей - на рис. 5.

Разъёмы ХР2 и ХРЗ установлены со стороны платы, противоположной той. на которой размещены остальные детали. Это облегчает подключение к ним соединительных плоских кабелей, идущих к блокам АЗ. 1 и АЗ.2.

Транзисторы VТ9 и VТ10 закреплены на теплоотводах без изолирующих прокладок, а транзистор VТ18 - через изолирующую теплопроводную прокладку для предотвращения излучения помехи от высоковольтного импульса, возникающего на стоке транзистора VТ18 в моменты его закрывания. Тип теплоотводов - SK29-38S.

Микросхемы серии CD4000B можно заменить их функциональными аналогами других производителей, в том числе отечественными серий К561 и КР1561.

Однако предельное напряжение питания микросхем серии К561 - 15 В, против 18...20 В у импортных. Нужно сказать, что в упоминавшейся выше магнитофонной приставке "Яуза МП-221 С-2" микросхемы серии К561 успешно работают при напряжении питания 15 В. Микросхему AD713 можно заменить на TL084. Для микросхем можно предусмотреть цанговые панели TRS-8 или TRS-14, что облегчит их замену.

Транзистор TIP132 допустимо заменить на КТ829А, транзистор TIP 137 - на КТ853А, а транзистор ВС546 - на КТ3102ДМ.

Резисторы R41 и R44 - С2-14, С2-29 или импортные MF с допуском не хуже ±0,1%. Остальные постоянные резисторы - МЛТ или им подобные указанной на схеме мощности. Резисторная сборка DR1 - RGLD8X104J (9A104J).

Подстроечные резисторы R12 и R49 - 3329Н.

Конденсаторы:

  • С1, С2, С20, С21 - В32529 на 63 В;
  • C3, С4 - EEUFR1H101 LowESR;
  • С5, С6, C10. С13, С17, С22, С26 -RDEC71H475K на напряжение 50 В с диэлектриком X7R;
  • С7, С8, С19, С23 - К73-9 или К73-17;
  • С9, С15 - RDER71H104K на напряжение 50 В с диэлектриком X7R;
  • С11, С12, С14, С18 - EEUFR1E331 LowESR;
  • С16 - RDER72A104K на напряжение 100 В с диэлектриком X7R;
  • С24, С25 - В32522С1225J000 на 100 В;
  • С27 - К10-7.

Разъёмы ХР1. ХР2 - IDC-10MS, ХРЗ - IDC-24MS.

Колодки для установки перемычек S1-S4 - PLS-2.

Дроссель L1 - CECL330 мкГн, 175 мА.

Схема блока УПТ - А3

Рис. 6. Схема блока УПТ - А3.

Блок УПТ АЗ

В приборе два таких блока - для плюсового напряжения АЗ. 1 и для минусового напряжения АЗ.2. Они доводятнапряжения 0...+5 В и 0...-5 В, поступающие из блока А2 соответственно до 0...+50 В и 0...-50 В. Схема блока А3.1 изображена на рис.

6. Блок АЗ.2 отличается лишь минусовой полярностью входного и выходного напряжений, биполярный транзистор структуры п-р-п заменён в нём транзистором структуры р-п-р и наоборот, полевые р-канальные транзисторы заменены п-канальными.

Изменена полярность включения некоторых диодов и оксидных конденсаторов. Позиционные обозначения элементов, подлежащих замене или перемене полярности, на рис. 6 подчеркнуты. Кроме того, типы транзисторов, устанавливаемых в блок АЗ.2, указаны в скобках.

Для снижения уровня пульсаций и помех, распространяющихся в общем проводе, слаботочный и сильноточный общие провода разделены и связаны между собой через низкоомный резистор R55 и встречно-параллельно соединённые диоды VD18 и VD19.

Диоды защищают слабосигнальные цепи от повреждения при высокой разности потенциалов общих проводов, которая может возникать в аварийных ситуациях или при неумелом налаживании.

УПТ представляет собой мощный композитный усилитель, охваченный глубокой отрицательной обратной связью, его коэффициент усиления равен 10. Входное напряжение поступает на неинвертирующий вход ОУ DA1 через помехоподавляющий конденсатор С4 и резистор R15.

Схема блока УПТ - А3 (продолжение)

Рис. 6. Схема блока УПТ - А3 (продолжение).

Диоды VD4, VD5 защищают вход ОУ DA1 от повреждения повышенным напряжением. Резисторы R15 и R17 снижают склонность ОУ к самовозбуждению, а также к паразитному детектированию высокочастотных помех, создаваемых, например, системами сотовой связи.

Резистор R9 обеспечивает нулевое выходное напряжение УПТ в процессе его налаживания или ремонта, когда разъем ХР2 отсоединён от блока А2.

Стабилитрон VD7 не позволяет ОУ DA1 выйти из линейного режима при срабатывании защиты. Кроме того, собственная ёмкость стабилитрона служит корректирующей.

Через неё высокочастотные составляющие выходного напряжения ОУ попадают на его инвертирующий вход. Съёмную перемычку S1, а также контрольные точки ХТ1-ХТЗ используют при налаживании прибора и поиске неисправностей.

С выхода ОУ DA1 сигнал приходит на базу транзистора VТ4 предоконечного усилителя. Резистор R23 защищает базу транзистора и выход ОУ DA1 от повреждения повышенным током во время переходных процессов.

Цепь C10R25 компенсирует завал АЧХ, созданный интегрирующей цепью, состоящей из резистора R23 и входной емкости транзистора VТ4.

С коллектора транзистора VТ4 напряжение поступает на мощную выходную ступень, образованную четырьмя соединёнными параллельно транзисторами VТ1-VT3, VТ5 и их токовыравнивающими резисторами R7, R8, R14, R16. R22, R24 и R32, R33. Применение мощных полевых транзисторов с изолированным затвором продиктовано их доступностью и малой стоимостью.

При максимальной нагрузке эти транзисторы открываются полностью, что повышает общий КПД прибора и снижает тепловыделение.

Токовыравнивающее сопротивление в истоке каждого транзистора образовано мощным проволочным резистором, зашунтированным металлодиэлектрическим резистором несколько большего сопротивления.

Это понижает добротность собственной индуктивности проволочных резисторов и устраняет одну из причин возможного самовозбуждения транзисторов.

Диод VD8 и стабилитрон VD9 защищают изоляцию затворов полевых транзисторов выходной ступени от пробоя повышенным напряжением, возникающим в результате самовозбуждения или ошибок при налаживании.

Ещё недавно бытовало мнение, что полевые транзисторы малопригодны для построения сильноточных узлов из-за большого разброса порогового напряжения затвор-исток. Но опыт показывает, что у современных транзисторов, если они взяты из одной партии, этот разброс весьма мал.

Через резисторы R34 и R35 транзисторная часть УПТ охвачена местной отрицательной обратной связью. Неполярный оксидный конденсатор С15 вдвое увеличивает её глубину по переменному напряжению.

Дело в том, что из-за конечного ЭПС конденсаторов С9, С11-С14 отрицательная обратная связь с увеличением частоты ослабляется, но не разрывается полностью. Вследствие этого возникает необходимость скорректировать её частотную зависимость. Для этого параллельно резисторам R34 и R35 подключён конденсатор С16. Этим обеспечен запас по фазе в петле общей отрицательной обратной связи.

Диоды VD10 и VD11 защищают переход база-эмиттер транзистора VТ4 и выход ОУ DA1 от повреждения при замыкании выхода УПТ. Диоды VD1 и VD2 защищают УПТ от возможной ошибочной неправильной полярности напряжения питания +/-15 В. Оно подано на микросхемы DAI, DA2 и датчик температуры ВК1 через развязывающие фильтры R3C5, R5C3, R6C7, R53C18, R54C19.

Узел ограничения тока нагрузки выполнен по классической схеме на транзисторе VТ7. В процессе разработки автор рассматривал различные его варианты, выбор был остановлен именно на этом.

Он предельно прост и вместе с тем обеспечивает наивысшее быстродействие при переходной характеристике, близкой к апериодической.

Этого нельзя сказать о сложных мостовых схемах с глубокой отрицательной обратной связью. Недостатки выбранного решения - усечённый снизу интервал возможных значений порога ограничения тока и невысокая температурная стабильность. Но в рассматриваемом случае высокая стабильность порога ограничения и не требуется.

Транзистор VТ6 служит ключом, вводящим при необходимости в цепь формирования порога срабатывания защиты, образованную резисторами R1, R10, R19, R26, дополнительный резистор R44. Без него этот порог равен 7 А, а с ним - 15 А. Стабилитрон VD12 и резистор R40 защищают изоляцию затвора транзистора VТ6 от пробоя повышенным напряжением.

Применение двуханодного стабилитрона оправдано тем, что не приходится менять его полярность на платах УПТ плюсового и минусового напряжений. Резистор R37 надёжно удерживает транзистор VТ6 в закрытом состоянии в отсутствие внешнего управляющего сигнала.

Если задан порог ограничения тока 3 А, через резистор R43 течёт ток 0,85 мА от его стабилизатора, находящегося в блоке А2. Этого достаточно для приоткрывания транзистора VТ7. В результате ограничение тока нагрузки наступает уже при токе 3 А.

С коллектора транзистора VТ7 напряжение поступает на нечувствительный к направлению управляющего тока оптрон U1, который вырабатывает сигнал для работы системы отложенной триггерной защиты, находящейся в блоке А2.

Диодный мост VD16 и диод VD17 совместно с резистором R52 ограничивают ток через излучающие диоды оптрона U1 и этим продлевают срок его службы.

Ограничитель симметричен, что позволяет не менять полярность подключения его элементов. Резистор R50 предотвращает подсветку фототранзистора оптрона при недостаточно большом токе коллектора транзистора VТ7 и этим исключает ситуацию, при которой триггерная защита срабатывает раньше, чем наступает ограничение тока в самом УПТ.

Измеритель выходного тока выполнен по мостовой схеме на сдвоенном ОУ DA2. Обычно в выходную цепь включают мощный низкоомный резистор и по падению напряжения на нём судят о выходном токе.

Но зачем использовать дополнительный резистор в выходной цепи, если выравнивающие ток резисторы в цепях истоков транзисторов VТ1 -VT3 и VТ5 уже имеются?

Поскольку эти резисторы находятся внутри петли отрицательной обратной связи, их сопротивление не влияет на выходное сопротивление усилителя. Кроме того, на дополнительном резисторе-датчике тока в случае его применения будет бесполезно рассеиваться мощность.

Выход измерителя тока изолирован от линий питания. Это даёт возможность подключать к нему не только стрелочные. но и цифровые измерительные приборы без применения отдельного изолированного от общего провода источника питания. Недостаток - необходимость применения точных резисторов R39, R41, R46, R47, R49. Подстроечным резистором R42 балансируют измерительный мост.

Стабилитрон VD13 и диоды VD14, VD15 защищают входные цепи ОУ DA2 от повреждения повышенным напряжением во время переходных процессов при включении и выключении прибора.

Интегральный датчик температуры ВК1 измеряет температуру теплоотвода транзисторов VТ 1-'VT3 и VТ5. Резистор R11 повышает устойчивость работы датчика на ёмкость, образованную проводами соединительного кабеля.

Печатные платы блоков А3.1 и АЗ.2 одинаковы и выполнены по чертежам рис. 7 (нижняя сторона) и рис. 8 (верхняя сторона).

Их размеры - 237x98 мм. Расположение деталей на плате блока А3.1 показано на рис. 9. В блоке АЗ.2 изменена на противоположную полярность подключения тех диодов и оксидных конденсаторов, позиционные обозначения которых на схеме рис. 6 подчёркнуты.

Печатная плата

Рис. 7. Печатная плата.

Вместо ОУ AD711JN подойдут TL081CP или LF351N. С некоторым увеличением погрешности измерения тока микросхему AD712JNZ допустимо заменить на TL082CP.

Транзистор 2SC5171 в блоке А3.1 заменят транзисторы 2SC3298 или 2SC2238, а транзистор 2SA1930 в блоке АЗ.2 - 2SA1306 или 2SA968. Транзисторы IRFP9140 и IRFP140 выпускают с индексом N и без него. Те, что с индексом. отличаются большей крутизной характеристики и меньшим сопротивлением открытого канала, но при этом имеют более узкую область допустимых режимов и увеличенную проходную ёмкость.

Поэтому предпочтение следует отдавать транзисторам без индекса.

Диоды 1N4148 можно заменить на КД521А. Стабилитроны КС212Ц необходимо подобрать с напряжением стабилизации при токе 200 мкА не менее 12 В (желательно 12,5 В).

Резисторы:

  • R1.R4, R10, R13.R19. R21.R26, R31 и R44 - С2-23, С2-33 с допуском не хуже ±1 %;
  • R7, R14, R22. R32 - проволочные SQM7;
  • R18, R36, R39, R41, R46, R47, R49 -С2-14, С2-29 или MF с допуском не хуже ±0,1 %;
  • R28 и R29 - импортные мощностью 2 Вт. отличающиеся от МЛТ-2 габаритами;
  • R42 - подстроечный многооборотный PV36W.

Печатная плата - обратная сторона

Рис. 8. Печатная плата - обратная сторона.

Конденсаторы:

  • С1 и С9 - В41252А0228М000;
  • С2 и С6 - К73-17 на напряжение 160 В;
  • C3, С5, С18 и С19 - EEUFR1E331 LowESR;
  • С4, С8, С17 - В32529 на напряжение 63 В;
  • С7 - RDEC71H475K с диэлектриком X7R на напряжение 50 В;
  • С10 и С16 - К73-9 или К73-17;
  • С11 -С14 - К73-17 на напряжение 63 В;
  • С15 - оксидный неполярный Muse UES1V101MPM. Емкость этого конденсатора не должна быть менее 33 мкФ

Разъёмы ХР1 и ХРЗ - MPW-6 (DS1074-6 М), ХР2 - IDC-10MS. Колодка для съемной перемычки S1 - PLS-2.

Транзисторы VТ1 -VТ5, а также датчик температуры ВК1 смонтированы на стороне платы, противоположной той, на которой установлены другие детали и прикреплены к теплоотводу HS145-300 размерами 300x100x26 мм (5.3 дюйм °С/Вт).

Транзисторы VТ1 - VT3 и VТ5 установлены без изоляционных прокладок, но с применением теплопроводной пасты.

Это позволило понизить до минимума тепловое сопротивление между корпусами этих транзисторов и теплоотводом и существенно улучшить их охлаждение.

Однако сам теплоотвод оказался электрически соединённым с выходом У ПТ, поэтому потребовалась его изоляция. Транзистор VТ4 и датчик температуры ВК1 закреплены на теплоотводе через изолирующие прокладки.

Блок управления А4

Схема блока управления показана на рис. 10 Он собран на лицевой панели прибора без печатной платы и соединён с блоком А4 через разъем XS1. установленный на плоском кабеле.

Разъёмы XS2 и XS3 соединены проводами большого сечения с разъёмами ХРЗ соответственно блоков АЗ.1 и АЗ.2.

Узел индикации режимов - светодиоды HL1-HL6, которыми управляют логические микросхемы блока А2. Дополнительные буферные усилители не потребовались, так как примененные светодиоды имеют достаточную яркость свечения при токе 1 мА.

Переключатели SA1-SA3 - малогабаритные MTS-103 А-2 на три положения с нейтральным средним положением. Кнопки SB 1 и SB2 - КМ 1 -1.

Выходное напряжение источника регулируют прецизионным десятиоборотным переменным резистором R5 3540S-1-103L. Подстроечным резистором R1 PW36W задают верхнюю границу интервала регулирования.

Выходное напряжение, а также ток нагрузки плюсового и минусового плечей показывают микроамперметры РА 1-РАЗ М2003 с током полного отклонения стрелки 50 мкА.

С помощью подстроечных резисторов R6-R8 PW36W при налаживании источника добиваются точных показаний напряжения и тока.

Расположение деталей на печатной плате

Рис. 9. Расположение деталей на печатной плате.

На передней панели корпуса установлены четыре винтовых зажима ХТ4- ХТ7 под стандартные кабельные наконечники. Это - выход источника. Разъём XW1 (СР50-74) - вход внешнего сигнала включения и выключения выходного напряжения.

Конструкция и налаживание

Прибор собран в металлическом корпусе размерами 360x300x140 мм отвольтметра В7-16 (без индекса А). Общий провод выходного напряжения соединяется с корпусом и сетевым проводом PG только через высокоомные резисторы А1 .R3 и А1 R4.

Теплоотводы мощных транзисторов блоков А3.1 и АЗ.2 закреплены параллельно боковым стенкам корпуса ребристой поверхностью к его боковым перфорированным балкам через две изолирующие планки размерами 100x30 мм, вырезанные из органического стекла толщиной 4 мм.

Платы этих блоков закреплены на теплоотводах через латунные стойки М3х8 мм и ориентированы разъёмами АЗ.ХР2 в сторону лицевой панели прибора.

Ближе к лицевой панели параллельно ей установлена плата блока А2. Она прикреплена к днищу корпуса уголком 150x10x10 мм из металла толщиной 1 мм. Конденсаторы сглаживающих фильтров блока А1 установлены в свободном пространстве корпуса.

Трансформаторы А1.Т1, А1.Т2 установлены один на другой ближе к задней стенке прибора. Между ними проложены два демпфирующих кольца из резины. Внутри трансформаторов проходит крепёжная шпилька с металлическими втулками, идущими в комплекте с трансформаторами.

Снизу трансформаторы опираются через резиновую прокладку на алюминиевый вкладыш размерами 280x130x2 мм, установленный поперек на дне корпуса.

Необходимость во вкладыше продиктована тем, что корпус вольтметра В7-16 имеет съёмную нижнюю крышку. Установить на ней что-нибудь тяжёлое проблематично. Потребовалось зафиксировать эту крышку четырьмя винтами М4.

Для налаживания прибора потребуется вольтметр постоянного тока с входным сопротивлением не менее 10 МОм. Большинство современных цифровых мультиметров этому требованию удовлетворяют.

Налаживание следует начинать при отсоединённых блоках А3.1 и АЗ.2. Перед первым включением съёмные перемычки A2.S1 - A2.S4 должны быть удалены.

Подключая вольтметр поочерёдно к контактам для этих перемычек, соединённым с эмиттерами транзисторов А2.VТ9 и А2.VТ10, подстроечным резистором A2.R12 установите выходное напряжение стабилизатора +/- 15 В.

При этом разность абсолютных значений плюсового и минусового напряжения не должна превышать 0,5 В. После этого установите перемычки A2.S1 - A2.S4 на место.

Схема блока управления

Рис. 10. Схема блока управления.

После срабатывания таймера мягкого старта подключите вольтметр к контрольным точкам А2.ХТ6 и А2.ХТ2 (А2.ХТЗ). Подстроечным резистором A2.R49 установите падение напряжения на резисторе A2.R54 равным 0,67 В. что соответствует току через обмотку реле А1.К1 17 мА.

Подключив частотомер к контрольным точкам А2.ХТ4 и А2.ХТ2 (А2.ХТЗ), убедитесь в наличии здесь импульсов частотой 128± 10 Гц. При большем отклонении частоты генерации следует подобрать резистор A2.R35.

Установив движок переменного резистора A4.R5 в левое по схеме положение, добейтесь с помощью подстроечного резистора A4.R1 напряжения +5 В в контрольной точке А4.ХТЗ относительно общего провода.

Таким же должно быть напряжение и на контакте 21 разъёма A4.XS1. Подстроечным резистором A4.R8 установите стрелку микроамперметра А4.РАЗ на последнее деление шкалы.

Далее подключите блок А3.1, и осциллографом с внешним делителем напряжения 1:10 и закрытым входом проверьте сигнал в его контрольной точке АЗ.ХТ2 на отсутствие высокочастотного самовозбуждения.

Подстроечным резистором A3.R42 добейтесь близкого к нулю напряжения в контрольной точке А4.ХТ1. После этого можно подключить блок АЗ.2 и повторить описанные операции с ним, используя контрольную точку А4.ХТ2.

Далее, подключая к выходам источника мощные нагрузочные резисторы, откалибруйте подстроечными резисторами A4.R6 и A4.R7 измерители выходного тока А4.РА1 и А4.РА2. Имеет смысл аккуратно разобрать эти микроамперметры и изготовить для них новые шкалы с максимальной отметкой 15 А.

Я. Токарев, г. Москва. Р-05-19.


0 1029 Блок питания
блок питания блок питания с защитой двуполярный блок питания источник питания лабораторный источник питания УМЗЧ
Оставить комментарий:

cashback