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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 실험실 DC 전압 및 전류 소스
무선 장비용 실험실 전원 공급 장치는 XNUMX대 무선 엔지니어링 클럽 "Radar"(Penza)의 소규모 그룹의 실제 활동의 결과입니다. 이는 상당히 넓은 범위에서 조정 가능한 단일 및 양극 공급 전압이 필요한 연산 증폭기 및 최신 미세 회로를 사용하여 장비를 개발하는 사람들에게 흥미로울 것입니다. 이 실험실 전원 공급 장치의 특별한 특징은 보호 장치입니다. 양극 전압 소스에서 전원을 공급 받도록 설계된 일부 미세 회로의 경우 그 중 하나가 누락되는 상황은 용납될 수 없는 것으로 알려져 있습니다. 이러한 상황을 해결하기 위해 제안된 장치는 다른 쪽 암에 단락이 발생한 경우 전원 공급 장치의 암 중 하나의 작동을 차단하는 보호 시스템을 제공합니다. 단락의 원인이 제거되면 전원 공급 장치는 자동으로 정상 작동으로 돌아갑니다. 장치 사양
전압 소스 모드의 장치 매개변수는 여기에 사용된 미세 회로 전압 안정기에 대한 참조 데이터에 해당합니다[1, 2]. 구조적으로 이는 기능적으로 완전한 두 개의 블록, 즉 별도의 인쇄 회로 기판에 장착된 양극 부하 전원 공급 장치와 회로 보호 장치로 구성됩니다. 이들 블록 중 첫 번째 다이어그램이 그림 1에 나와 있습니다. 1. 네트워크 변압기 T1의 권선 II 및 III, 다이오드 브리지 VD4 - VD5 및 VD8 - VD23은 바이폴라 불안정 전압 +24...1 V의 소스를 형성하여 장치의 모든 구성 요소와 블록에 전원을 공급합니다. 음극 단자의 DA11 마이크로 회로의 전원은 R14VD3 전압 안정기이고 DA1 마이크로 회로는 R9VDXNUMX 안정기입니다.
작동 및 회로 설계 측면에서 전원 공급 장치의 양쪽 암은 대칭이므로 그 중 하나만의 작동, 즉 양극의 작동을 더 자세히 고려할 것입니다. 커패시터 C25 및 C1에 의해 리플이 평활화되는 불안정한 단극 전압(+2V 이하)은 측정에 포함된 측정 저항 R5를 통해 미세 회로의 입력(핀 2.1)에 공급됩니다. 저항 R5 - R10와 제너 다이오드 VD11 및 VD2 안정기 DA2로 구성된 브리지(가변 저항 R10에 의해 제어되는 출력 전압 포함) 측정 브리지의 전원 공급 장치는 전계 효과 트랜지스터 VT1을 기반으로 한 전류원에 의해 제공됩니다. 안정기의 출력 전류는 설정 값보다 작지만 저항 R5의 전압 강하는 작고 직접 출력 DA1의 전압은 역 출력보다 크며 연산 증폭기의 출력 6에서 전압은 +21V에 가깝습니다. 다이오드 HL1 및 VD13은 닫혀 있으며 안정기 DA2의 작동에 영향을 미치지 않습니다. 출력 전류가 저항 R2.1에 의해 설정된 임계값과 같아지면 측정 브리지가 켜집니다. 연산 증폭기 DA1은 선형 모드로 전환됩니다. UR2.1 + UR3 = UR5 + VD10을 설정합니다. 이 경우 암의 출력 전압은 연산 증폭기 출력의 전압에 따라 달라지며, 이는 차례로 저항 R5의 전압 강하, 즉 위의 동일성이 충족되는 부하 전류를 모니터링합니다. 따라서 관계식 R3/R4 = 1이고 Ust VD10 = Ust VD11일 때 입력 = R2.1/R4.Ust VD11/R5. 기존 요소 베이스 또는 기타 요구 사항을 고려하여 측정 브리지의 매개변수를 다시 계산해야 하는 경우 이 단순화된 공식을 사용할 수 있습니다. 더 낮은 부하 전류를 보다 정확하게 추적하려면 저항 R5의 저항을 높이는 것이 좋습니다. 이 경우 부하 전류 제한의 상한은 그에 따라 감소합니다. 원칙적으로 전원의 음극 암도 이런 식으로 작동합니다. 출력 또는 부하의 단락에 대한 장치 보호 블록의 다이어그램이 그림 2에 나와 있습니다. 4. 바이폴라 출력 전압이 입력에 적용되면 트랜지스터 VT7 및 VT4이 열리고 그에 따라 션트됩니다. 트랜지스터 VT3는 LED HL25, 저항 R1 및 옵토 커플러 U7의 방출 다이오드로 구성된 회로이고 트랜지스터 VT4은 회로입니다. HL29, R2 및 옵토커플러 U3의 LED. 이때 트랜지스터 VT6 및 VTXNUMX은 닫혀 있습니다. 보호 시스템의 이러한 회로 요소의 상태는 외부 회로에 단락이 없는 장치의 작동에 해당합니다.
전원의 양극 암 출력에 연결된 부하에서 단락이 발생했다고 가정해 보겠습니다. 이 경우 트랜지스터 VT4가 닫힙니다. 이로 인해 (제너 다이오드 VD6 및 저항 R24을 통해) 트랜지스터 VT30이 개방되어 보호 시스템의 상호 차단이 제거됩니다. 네거티브 암을 차단한 후 트랜지스터 VT7은 저항 R27 및 다이오드 VD23을 통해 베이스로 흐르는 전류와 함께 열린 상태를 유지합니다. 동시에 HL3 LED가 열리고 +Uout 회로와 옵토커플러 이미터 U1에 단락이 발생했음을 알립니다. 결과적으로 이 광커플러의 포토다이오드 전류가 급격히 증가하고 트랜지스터 VT8이 열리고 컬렉터 전류가 장치 네거티브 암의 DA4 안정기 작동을 차단합니다. 이는 장치의 음극 암이 부하에서 단락될 때 보호 장치의 유사한 부분이 작동하는 방식입니다. 전압 보호 장치의 응답 임계값은 다이오드 VD19(VD22), 트랜지스터 VT4(VT7)의 이미터 접합, 저항 R20(R26)의 총 전압 강하에 의해 결정되며 이 경우에는 약 1V입니다. 다이오드를 적절한 제너 다이오드로 교체하고 트랜지스터 VT20, VT26을 안정적으로 개방하기 위해 저항 R4 및 R7을 선택하면 응답 전압을 높일 수 있습니다. 차단된 안정기 DA2 및 DA4의 출력 전압은 1,3V를 초과하지 않으므로 양극 암의 저항 R21, R23, R24, 다이오드 VD20, 제너 다이오드 VD21 및 트랜지스터 VT3 및 음극 암의 유사한 요소는 팔의 상호 차단이 발생하지 않으므로 제거됩니다. 이러한 요소는 보호 임계값의 전압을 증가(네거티브 암의 경우 감소)해야 하는 경우를 위해 제공됩니다. 이 경우 %10V의 공급 전압을 차단하는 것이 좋습니다. 그렇지 않으면 보호 장치가 부하에서 단락을 감지하므로 출력 전압을 작동 임계값보다 낮게 설정할 수 없습니다. 그리고 반대쪽 팔도 막으세요. 전원 공급 장치는 보호 시스템 없이 작동합니다. 인쇄 회로 기판은 단면 포일 유리 섬유로 만들어졌습니다. 부품의 배치는 그림 3에 나와 있습니다. 2.1. 모든 정저항은 MLT이고, 변수 R2.2과 R3는 그룹 A의 이중 저항 SP4-10aM이고, R17과 R1은 동일한 그룹 A에 속하지만 단일입니다. 산화물 커패시터 C2, C5 및 C6, C50 - K35-4, C8 및 C53 - K3 시리즈, C7 및 C6 - 모든 세라믹(예: KM-208). 다이오드 KD1A(VD8-VD226)는 유사한 시리즈 KD105 및 KD12A(VD18, VD208) - KD209, KD226, KD13 시리즈, 다이오드 VD17 및 VD10 - 저전력 실리콘 시리즈로 교체 가능합니다. 제너 다이오드 VD11, VD15 및 VD16, VD818(D190E 또는 KC9 시리즈)의 정격 안정화 전압은 열 드리프트를 최소화하면서 11~XNUMXV 내에서 선택할 수 있습니다.
초기 드레인 전류를 기준으로 1...2mA 이내에서 전계 효과 트랜지스터 VT303 및 VT2(문자 인덱스 A, B, F 또는 I가 있는 KP4)를 선택하는 것이 좋습니다. 분해된 외국산 전원 공급 장치의 장치에 사용되는 네트워크 변압기 T1. 수제 제품을 포함하여 다른 모든 제품은 최소 17A의 부하 전류로 각 18차 권선에 1,4~XNUMXV의 교류 전압을 제공합니다. 제너 다이오드 VD11 및 VD15는 보드의 인쇄 회로 도체 측면에 있습니다. 안정 장치 DA2 및 DA4는 핀형 방열판에 설치되며 다른 부품 측면에서 인쇄 회로 기판에 나사로 고정됩니다. 더 나은 열 접촉을 위해 안정제는 열 전도성 페이스트 층으로 사전 코팅되어 있습니다. 장치의 기본 장치 조정은 보호 장치가 꺼진 상태에서 수행되며 설치 및 모든 연결을주의 깊게 확인하고 필요한 경우 미세 회로 작동을 보장하는 전압 조정 및 측정 브리지 설정으로 구성됩니다. 장치를 네트워크에 연결한 직후 먼저 바이폴라 정류기의 리플을 완화하는 필터 커패시터 C1, C2 및 C5, C6과 전원을 제공하는 제너 다이오드 VD9, VD14의 전압을 측정해야 합니다. 연산 증폭기 DA1 및 DA3에. 커패시터의 전압은 +25 V를 초과해서는 안 되며 제너 다이오드의 전압은 +9,5...10,5 V 이내여야 합니다. 저항 R10 및 R17의 샤프트를 회전할 때 전원 공급 장치 암의 해당 출력 전압은 다음과 같아야 합니다. 1,25V에서 18V까지 원활하게 변경되며 HL1 및 HL2 LED가 켜지지 않습니다. 이 전압의 최대 값은 저항 R8 및 R18을 선택하여 설정됩니다. 장치 암의 측정 브리지 작동은 고저항 DC 전압계로 제어되며 이를 연산 증폭기 DA1 및 DA3의 입력 단자에 연결합니다. 각 연산 증폭기의 반전 입력 전압(공통 와이어 기준)은 비반전 입력 전압보다 더 음수여야 합니다. 이러한 전압 레벨의 차이는 저항 R2.1 및 R2.2 "Limit Iout"의 저항에 비례하여 변경됩니다. 전압이 동일하면 장치는 전압 소스 모드에서 전류 소스 모드로(또는 그 반대로) 전환해야 합니다. 부하 전류 제한(0,01A)의 초기 값은 최소 저항 위치에 가변 저항기 R3 샤프트 위치를 두고 측정 브리지의 적절한 저항기(R13 및 R2)를 선택하여 달성됩니다. 보호 장치의 인쇄 회로 기판, 부품 배치 및 전원 공급 장치 기판에 대한 연결이 그림 4에 나와 있습니다. 0,25. 모든 저항은 MLT-3입니다. 트랜지스터 VT361은 K6 시리즈 중 하나이고 VT315은 KT3102 시리즈 중 하나입니다. 트랜지스터 KT4E(VT5, VT3107) 및 KT7K(VT8, VT400)의 기본 전류 전달 계수는 XNUMX 이상이어야 합니다.
책장처럼 고정된 전원 공급 장치의 회로 기판(그림 5)과 네트워크 변압기는 210mm 두께의 PCB 플레이트로 만들어진 내부 치수 90x90x5mm의 하우징에 배치됩니다.
부하 연결 및 접지용 소켓 클램프뿐만 아니라 장치의 모든 요소와 제어 장치는 케이스 전면 패널에 있습니다(그림 6).
또한 전원 공급 장치 암의 출력 전압을 제어할 수 있는 DC 전압계(그림 1의 PV7)도 있습니다.
DA2 및 DA4 칩에서 소비되는 전력은 10W를 초과해서는 안 됩니다. 이는 +1,2V 이상의 출력 전압에서 소스의 최대 출력 전류를 15A로 제한합니다. 출력 전압이 낮을수록 이러한 미세 회로의 전압 강하가 증가하고 허용 출력 전류가 감소하며 출력 전압 1,25V에서 이는 10/(24-1,25) = 0,44A입니다. 제너 다이오드 VD10, VD11 및 VD15, VD16의 각 쌍은 10...15V 전압에 대해 하나의 제너 다이오드로 교체할 수 있습니다. 제너 다이오드의 절반 연산 증폭기 DA1 및 DA3의 비반전 입력에 공급하기 위한 전압은 그림 68의 다이어그램에 있는 제너 다이오드와 동일한 방식으로 연결된 저항이 1kOhm인 두 개의 동일한 저항으로 구성된 분배기를 사용하여 얻어야 합니다. 10. 열적으로 안정적인 제너 다이오드의 사용은 XNUMXmA의 작동 전류에서만 사용되며 여기에서는 이를 통과하는 전류가 훨씬 적기 때문에 정당화되지 않습니다. 장치가 1,25V의 출력 전압으로 전압 안정화 모드에서 작동하는 경우 LED HL1 및 HL2의 폐쇄 바이어스는 약 20V이며 이는 허용되지 않습니다. 따라서 저전력 실리콘 다이오드를 각각 직렬로 연결하거나 저항 R9 및 R19를 설치하지 않아야 합니다. 트랜지스터 VT21 및 VT24을 안정적으로 닫으려면 제너 다이오드 VD3 및 VD6는 VD9 및 VD14보다 높은 안정화 전압을 보장해야 하므로 인덱스 G 또는 D와 함께 사용하는 것이 좋습니다. 트랜지스터 VT5 및 VT8이 켜지지 않은 포토다이오드 U1.2 및 U2.2의 역전류에 의해 개방되는 경우 베이스-이미터 접합은 저항기 510...680kOhm으로 분류되어야 합니다. 문학
저자: A.Muzykov, Penza
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