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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 UMZCH를 위한 강력한 바이폴라 전압 안정기. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
저자는 채널당 최대 50-100W의 전력을 가진 증폭기에 적합한 양극 공급 전압 안정기를 제공합니다. 이 장치는 여러 단기 전류 과부하 하에서 작동할 수 있는 강력한 전계 효과 트랜지스터로 구성됩니다. 이러한 안정기의 사용은 공급 전압의 변화와 리플에 대해 높은 감도를 갖는 증폭기에서 주로 정당화되며, 이는 특히 일반적인 피드백이 없는 단순한 증폭기의 특징입니다. 아시다시피 UMZCH의 강력한 출력단에 전원을 공급하기 위해 여러 설계에서 별도의 전원을 사용하고 나머지 증폭기는 전압 안정기로 전원을 공급받습니다. 이러한 전원 공급 장치의 대부분은 불안정하며 중간 지점에 평활 커패시터가 있는 XNUMX개의 전파 정류기(양극성 및 음극성 전압용)로 구성됩니다. 이 조정되지 않은 전압은 추가 구성 요소와 신호 소스 스위치(완전한 "통합" 증폭기)가 있는 경우 나머지 증폭기에서 사용되지 않습니다. 또한 대부분의 UMZCH에 사용되는 일반 피드백은 공급 전압 리플에 대한 민감도를 크게 줄입니다. 그리고 전체 피드백의 깊이가 작거나 존재하지 않는 경우 음향 시스템을 통해 공급 전압 리플이 들릴 수 있습니다. 리플과 불안정성을 억제하는 근본적인 방법은 안정화된 전압으로 증폭기의 출력단에 전력을 공급하는 것입니다. 그러나 통합 안정기를 사용하면 여러 가지 문제에 직면하게 됩니다. 사실 이러한 안정 장치는 상대적으로 큰 전압 강하를 갖습니다. 또한 일반적으로 전류 및 전력 제한기가 내장되어 있어 일반적으로 안정기의 장점이 무효화될 수 있습니다. 물론 고전력 통합 안정기를 사용할 수 있지만(예: 출력 전류 10A) 비용은 용납할 수 없는 수준입니다. 이 문제를 해결하는 대안은 공급 전압 안정기에 강력한 전계 효과 트랜지스터를 사용하는 것일 수 있습니다. 그런데 이러한 트랜지스터는 저렴하고 낮은 개방 채널 저항(수백분의 70옴)과 최대 100...0,25A의 전류를 가지므로 매우 낮은 전압 강하로 안정기를 설계할 수 있습니다. (20V 이하) 최대 XNUMXA의 전류에서. 설명된 안정제의 매개변수는 다음과 같습니다. 출력 전압이 27V이면 최대 전류는 4,5A에 도달합니다. 이러한 부하 전류에서 입력과 출력 사이의 최소 작동 전압은 0,25V를 초과하지 않습니다. 부하가 없는 안정기의 출력 전압과 전압의 차이 4,5A의 부하 전류는 0,15V 이하이고, 6A의 전류에서는 이 차이가 0,16V를 초과하지 않습니다. 안정기의 이러한 매개변수는 최대 드레인 전류가 4905A이고 개방 채널 저항이 74Ω인 IRF0,02(p채널)와 IRL2505(n채널)에 사용되는 강력한 전계 효과 트랜지스터에 의해 보장됩니다. 해당 전류는 104A이고 저항은 0,008Ω입니다.
양극성 안정기는 양극과 음극의 두 개의 독립적인 전압원으로 구성됩니다(그림 1). 회로의 상단 부분은 양극성 안정기를 나타내고 하단 부분은 음극성 안정기를 나타냅니다. 비교의 용이성을 위해 해당 요소의 번호 지정은 접두사 1과 2에서만 다릅니다. 먼저 안정 장치의 일부 기능에 대해 설명합니다. 여기에는 커패시터 C2 및 C3과 제너 다이오드 VD1이라는 세 가지 중요한 요소가 포함되어 있습니다. 다이어그램에 표시된 커패시터 C2 및 C3의 커패시턴스 값은 어떤 의미에서 절충안입니다. 감소하면 안정기의 자체 여기 가능성이 발생합니다. 커패시턴스를 1μF로 높이면 정류된 전압에 항상 존재하는 리플이 안정기의 출력에 침투하게 됩니다. 이제 안정화 전압이 1V인 VD55 제너 다이오드(BZX7-C5V7,5)를 선택한 이유에 대해 몇 마디 설명하겠습니다. 차동 저항이 최소인 제너 다이오드를 선택하는 것이 좋습니다(전체 안정기의 특성에 영향을 미칩니다). BZX55 시리즈의 모든 제너 다이오드 중에서 제너 다이오드 BZX7-C55V7 및 BZX5-C55V8는 가장 낮은 차동 저항(2Ω)을 갖습니다. 안정기의 입력 전압이 20~25V 미만인 경우 전압이 3,3V 이하인 제너 다이오드(예: BZX55-C3V3)를 사용하는 것이 좋습니다. 약간 변경된 음극 안정기 회로는 [1]에서 차용되었으며 이미 드릴의 회전 속도를 제어하기 위해 한 번 사용되었습니다(예비 전류 20...30A). 그림 1의 회로는 [1]의 회로와 비교됩니다. 도 2에서는 일부 커패시터와 저항의 값을 변경하였고, VT2 게이트의 항복을 보호하기 위해 제너 다이오드 VD1를 추가하였고, 다른 안정화 전압(7,5V)을 위해 제너 다이오드(VDXNUMX)를 사용하였다. 양극성 안정기 회로는 음극성 안정기 회로의 거울상으로, n채널 대신 바이폴라 트랜지스터 대신 TO-4905(VT220) 패키지의 p채널 전계 효과 트랜지스터 IRF2를 사용합니다. pnp 구조 - npn 구조 BC337-40 또는 KT503B(VT1)의 트랜지스터 및 병렬 안정기 DA1(TO-431 패키지의 TL92CZ)의 부하가 양극 회로에 포함됩니다. 이 부하 연결은 적지만 알려진 바와 같이, 이는 컴퓨터의 스위칭 전원 공급 장치에서 가장 일반적입니다. 설명된 안정기를 +/-35...45 V의 공급 전압과 함께 사용하기 위해 수정하는 방법에 대한 몇 가지 참고 사항. 이 경우 저항 R4(620 Ohms)의 저항을 0,9...1로 증가시켜야 합니다. 안정기 DA1(TL431CZ)을 통과하는 전류가 최대 전류인 50mA의 절반을 초과하지 않도록 kOhm입니다. 보완적인 트랜지스터 BC327/BC337 쌍(Uke max = 45V, Iktah = 0,8A, PKmax = 0,6W) 대신 약간 더 높은 전압 Uke max를 갖는 쌍을 사용해야 합니다. 예: 2SA1284/2SC3244(UK3max = 100V, lKmax = 0,5A, PKmax = 0,9W). 냉각 면적이 넓은 방열판에 전계 효과 트랜지스터를 설치하는 것이 좋으며, 필요한 안정화 전압을 설정하려면 저항 R5, R6 및 R7의 값을 변경해야 한다는 점도 추가해야 합니다. 안정화 전압 7,5V(BZX55-C7V5)에는 제너 다이오드를 사용하는 것이 좋습니다. National Semiconductor, Texas Instruments, Vishay, Motorola에서 TL431CZ 칩을 구입하는 것이 좋습니다. 트리머 R6(SPZ-19A)을 제외한 모든 저항의 전력은 0,25W, 세라믹 커패시터(전압 50V)입니다.
두 개의 양극 안정기 보드(UMZCH의 각 채널당 하나씩)가 필요했기 때문에 Sprint Layout 5.0 프로그램을 사용하여 인쇄 회로 기판을 배치했습니다(그림 2, 레이저 프린터로 인쇄하기 위한 트레이싱 페이퍼에 그림을 인쇄하고 [2, 3]에서 제가 설명한 방법을 이용하여 제작하였으며, 실장된 기판의 모습은 그림 3과 같습니다.
안정기의 작동을 테스트하기 위해 4개의 디지털 멀티미터를 사용했는데, 그 중 XNUMX개는 안정기의 입력 및 출력 전압을 측정했고, 세 번째는 전류계 모드에서 출력 전류를 측정했습니다. 여기에 그림의 다이어그램을 추가해야 합니다. XNUMX는 양전압 안정기의 시험에 사용되었으며, 음전압 안정기의 특성도 유사한 방법으로 시험하였다.
부하(R1)로는 20W, 저항 1Ω의 세라믹 저항기 SQP를 사용하고, R2로는 75W, 저항 75Ω의 PE-5 저항기를 사용했습니다. 따라서 스태빌라이저의 총 부하 저항(6Ω)은 총 95W의 전력에 해당합니다. 전류는 4,5A입니다. 스태빌라이저를 테스트할 때 수정된 안정화 전원 공급 장치 B5-47을 전원으로 사용했습니다. 여기서 출력 전압(최대 30V)은 최대 4-5A(없이 최대 3A)의 부하 전류에서 제공됩니다. 가감). 전류 제한 한도를 4,59A로 높이려면 장치 후면 벽에 있는 원격 제어 커넥터의 접점 23, 24, 26 및 50 사이에 점퍼를 설치하고 장치의 최대 전류 값을 2,99A로 설정해야 합니다. 전면 패널 안정 장치 작동 테스트 결과 해당 매개 변수가 완전히 확인되었습니다. 안정기에는 상당한 전류 예비량이 있으며 각 안정기의 부하 전력은 121,5W, 총 243W에 해당합니다. 하나의 증폭기 채널의 전력이 P = 35W이고 부하 저항이 R = 4 Ohms이면 신호 전압 U "의 진폭은 17V이고 전류 lm = 4,25A입니다. 이는 안정기가 양극성이며 양극 및 음극 안정기로 구성되며 각각 최대 4,25A의 전류를 제공해야 합니다. 안정기의 출력 전압이 27V이고 부하의 전류가 4,25A이면 부하 등가는 저항 ReKB = 6,35Ohm에 해당합니다. 이것이 바로 6옴의 안정기 부하 저항이 선택된 이유입니다. 테스트 중에는 고전류 및 높은 리플 수준을 갖춘 실제 전원 공급 장치 정류기도 사용되었습니다(10000μF 용량의 저장 커패시터 및 정류기 다이오드 DSS 60-0045V(Uobp = 45V, lmax = 60A, Upr = 0,35) V/10 A), 브리지 회로를 통해 연결됩니다. 설명된 안정 장치는 단기 과부하에도 강합니다. 모터 시동 전류가 20A에 도달하는 드릴의 회전 속도를 조정하는 데 사용했습니다. 앰프의 안정 장치 설치 및 조정에 관한 단어 우선, 오실로스코프를 사용하여 최대 부하에서 UMZCH 출력단의 공급 전압 최소값을 평가해야 합니다. 이렇게 하려면 공칭 값이 AC 저항(4 또는 8Ω)과 같고 UMZCH의 최대값에 해당하는 전력을 UMZCH의 출력에 연결하고 주파수 34의 신호를 적용합니다. 발생기 20에서 증폭기 입력까지 30Hz이고 볼륨 컨트롤을 사용하여 최대 증폭기 전력에 해당하는 신호 레벨을 설정합니다. 다음으로, 공급 전압의 최소 절대값(리플 진폭을 고려)을 결정하고 트리밍 저항 R6을 사용하여 안정화 전압을 각 안정기의 이 최소값보다 약 1V 작게 설정해야 합니다. 앰프의 각 채널("Idol U-001")에 이러한 안정기 보드 208개를 설치하기 전에 전원 공급 장치의 브리지 정류기에 있는 KD1A 다이오드(Unp = 1.5V/10100A)를 MBR0,45 쇼트키 다이오드로 교체했습니다. HER1,5 다이오드가 있는 209V 전압 안정기의 (Unp = 30V/503A) 및 KD30A 다이오드. 또한 평활 커패시터의 용량이 두 배로 늘어났습니다(출력단의 정류기와 XNUMXV 안정기 모두에서). 케이스에 스태빌라이저를 설치하고 앰프를 켠 후 출력단의 직류 밸런스와 강력한 트랜지스터의 대기 전류를 확인하고 조정해야 합니다. 안정기가 설치된 UMZCH 출력단의 트랜지스터 작동 모드를 조정한 결과 입력 신호가 없을 때 최대 감도에서도 배경이 눈에 띄게 감소하는 것을 발견했습니다. 문학
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