定電圧および定電流の実験室用電源。スキーム、説明

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実験室のDC電圧および電流源

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無線機器用の実験室用電源は、XNUMX 代の無線工学クラブ「Radar」（ペンザ）の少人数のグループによる実践的な活動の成果です。これは、かなり広い範囲で調整可能なシングルおよびバイポーラ電源電圧を必要とするオペアンプや最新のマイクロ回路を使用する機器を開発する人にとって興味深いものです。

この実験室用電源の特別な機能は、保護ユニットです。双極性電圧源から電力を供給されるように設計された一部のマイクロ回路では、そのうちの XNUMX つが欠けている状況は許容できないことが知られています。このような状況を排除するために、提案ユニットは、電源装置のいずれかのアームに短絡が発生した場合に、他のアームの動作をブロックする保護システムを提供します。短絡の原因が解消されると、電源は自動的に通常の動作に戻ります。

デバイス仕様

出力電圧レギュレーション制限、V......+1,25...18
負荷電流制限制御間隔、A ...... 0,01 ...1,2
In = 0,1 A、mVでの電流源モードのリップルレベル...... 10
ブロッキングデバイスのしきい値電圧、V ...... 1

電圧源モードのデバイスパラメータは、そこで使用されるマイクロ回路電圧安定化装置の参照データに対応します [1、2]。

構造的には、機能的に完全な XNUMX つのブロック、つまりバイポーラ負荷電源と回路保護ユニットで構成されており、別々のプリント基板に実装されています。

これらのブロックの最初の図を図に示します。 1. ネットワークトランス T1 の巻線 II および III、ダイオードブリッジ VD1 ～ VD4 および VD5 ～ VD8 は、バイポーラ非安定化電圧 +23 ～ 24 V の電源を形成し、デバイスのすべてのコンポーネントとブロックに電力を供給します。 DA1 マイクロ回路のマイナス端子の電源は R11VD14 電圧安定化装置であり、DA3 マイクロ回路の電源は R1VD9 安定化装置です。

実験室のDC電圧および電流源

動作と回路設計の観点から、電源の両アームは対称であるため、そのうちの XNUMX つ、つまり正側のアームのみの動作をより詳細に検討します。

不安定なユニポーラ電圧 (+25 V 以下) は、コンデンサ C1 と C2 によってリップルが平滑化され、測定抵抗器 R5 を介して超小型回路の入力 (ピン 2.1) に供給されます。抵抗器 R5 ～ R10 とツェナーダイオード VD11 および VD2 スタビライザ DA2 によって形成されたブリッジで、出力電圧は可変抵抗器 R10 によって制御されます。測定ブリッジの電源は、電界効果トランジスタ VT1 をベースとした電流源によって供給されます。

スタビライザーの出力電流が設定値より小さい間、抵抗 R5 の両端の電圧降下は小さく、直接出力 DA1 の電圧は反転出力の電圧より大きく、オペアンプの出力 6 の電圧は+21 V に近い値です。ダイオード HL1 と VD13 は閉じており、スタビライザー DA2 の動作には影響しません。

出力電流が抵抗 R2.1 によって設定されたしきい値に等しくなる場合、測定ブリッジがオンになります。オペアンプ DA1 は線形モードに切り替わります。

UR2.1 + UR3 = UR5+VD10を設定します。

この場合、アームの出力電圧はオペアンプの出力電圧に依存し、オペアンプは抵抗 R5 の両端の電圧降下、つまり上記の等式が満たされる負荷電流を監視します。したがって、R3/R4 = 1 かつ Ust VD10 = Ust VD11 のとき、

= R2.1/R4.Ust VD11/R5.

この簡略化された式は、既存の要素ベースまたはその他の要件を考慮して測定ブリッジのパラメータを再計算する必要がある場合に使用できます。より低い負荷電流をより正確に追跡するには、抵抗 R5 の抵抗を増やすことをお勧めします。この場合、負荷電流制限の上限もそれに応じて減少します。

原則として、電源の負のアームもこのように機能します。

出力または負荷の短絡に対するデバイス保護ブロックの図を図に示します。 2. バイポーラ出力電圧が入力に印加されると、トランジスタ VT4 と VT7 が開き、それによってシャントします。トランジスタ VT4 は、LED HL3、抵抗 R25、およびフォトカプラ U1 の発光ダイオードによって形成される回路であり、トランジスタ VT7 は、その回路です。 HL4、R29、およびフォトカプラ U2 の LED。この時点では、トランジスタ VT3 と VT6 は閉じています。保護システムのこれらの回路の要素のこの状態は、外部回路に短絡がないデバイスの動作に対応します。

実験室のDC電圧および電流源

電源の正アームの出力に接続されている負荷に短絡が発生したとします。この場合、トランジスタ VT4 が閉じます。これにより、(ツェナーダイオード VD6 と抵抗 R24 を介して) トランジスタ VT30 が開き、保護システムの相互遮断が解消されます。トランジスタ VT7 は負アームを遮断した後、開いたままとなり、電流は抵抗 R27 とダイオード VD23 を通ってそのベースに流れ込みます。同時に、HL3 LED が開き、+Uout 回路とフォトカプラのエミッタ U1 で短絡が発生したことを知らせます。その結果、このフォトカプラのフォトダイオード電流が急激に増加し、トランジスタ VT8 が開き、コレクタ電流によってデバイスの負アームの DA4 スタビライザの動作がブロックされます。

これは、デバイスの負のアームが負荷で短絡したときに、保護ユニットの同様の部分がどのように機能するかです。電圧保護ユニットの応答しきい値は、ダイオード VD19 (VD22)、トランジスタ VT4 (VT7) のエミッタ接合、抵抗 R20 (R26) の合計電圧降下によって決まり、この場合は約 1 V です。応答電圧は、ダイオードを適切なツェナーダイオードに置き換え、トランジスタ VT20、VT26 を確実に開くために抵抗 R4 および R7 を選択することによって増加できます。

ブロックされたスタビライザー DA2 および DA4 の出力の電圧は 1,3 V を超えないため、正アームの抵抗 R21、R23、R24、ダイオード VD20、ツェナーダイオード VD21、およびトランジスタ VT3、および負アームの同様の要素は、アームの相互ブロックが発生しないため、排除されます。これらの要素は、保護しきい値の電圧を増加させる（負のアームの場合は減少させる）必要がある場合に備えて提供されます。この場合、%10 V の電源電圧をそこから切り離すことをお勧めします。そうしないと、保護ユニットが負荷の短絡を検出するため、出力電圧を動作しきい値より低く設定することはできません。そして反対側の腕をブロックします。電源は保護システムなしでも動作します。

プリント基板は片面フォイルグラスファイバー製です。パーツの配置は図の通りです。 3. すべての定抵抗は MLT で、変数 R2.1 と R2.2 はグループ A の二重抵抗 SP3 ～ 4aM、R10 と R17 は同じグループ A ですが単一です。酸化物コンデンサ C1、C2 および C5、C6 - K50-35、C4 および C8 - K53 シリーズ、C3 および C7 - 任意のセラミック、たとえば KM-6。ダイオード KD208A (VD1 ～ VD8) は、同様のシリーズ KD226 および KD105A (VD12、VD18) - シリーズ KD208、KD209、KD226、ダイオード VD13 および VD17 のいずれか - 低電力シリコンのものと置き換え可能です。ツェナーダイオード VD10、VD11 および VD15、VD16 (D818E または KC190 シリーズ) の定格安定化電圧は、最小限の熱ドリフトで 9 ～ 11 V の範囲内で選択できます。

実験室のDC電圧および電流源

初期ドレイン電流に基づいて、電界効果トランジスタ VT1 および VT2 (文字インデックス A、B、F、または I の KP303) を 2 ～ 4 mA 以内で選択することをお勧めします。

ネットワークトランス T1、分解された外国製電源からデバイスで使用されます。少なくとも 17 A の負荷電流で各二次巻線に 18 ～ 1,4 V の交流電圧を供給するものであれば、自家製のものを含めて何でも構いません。

ツェナーダイオード VD11 および VD15 は、基板のプリント回路導体の側に配置されています。スタビライザ DA2 および DA4 はフィン付きヒートシンクに取り付けられ、他の部品の側面からプリント基板にネジ止めされます。熱接触を改善するために、スタビライザーは熱伝導性ペーストの層で事前にコーティングされています。

デバイスのメインユニットの調整は、保護ユニットがオフになった状態で実行され、取り付けとすべての接続を注意深くチェックし、必要に応じて、超小型回路の動作を保証する電圧を調整し、測定ブリッジをセットアップすることで構成されます。

デバイスをネットワークに接続した直後に、まずバイポーラ整流器のリップルを平滑化するフィルタコンデンサ C1、C2 および C5、C6、および電力を供給するツェナーダイオード VD9、VD14 の電圧を測定する必要があります。オペアンプDA1とDA3に接続します。コンデンサの電圧は +25 V を超えてはならず、ツェナーダイオードの電圧は +9,5 ～ 10,5 V 以内である必要があります。抵抗 R10 および R17 のシャフトを回転させると、電源アームの対応する出力の電圧が変化する必要があります。 1,25 から 18 V までスムーズに変化し、HL1 および HL2 LED は点灯しません。これらの電圧の最大値は、抵抗 R8 と R18 を選択することによって設定されます。

デバイスのアームの測定ブリッジの動作は、オペアンプ DA1 および DA3 の入力端子に接続された高抵抗 DC 電圧計によって制御されます。各オペアンプの反転入力の電圧 (コモンワイヤに対して) は、非反転入力の電圧よりも負である必要があります。これらの電圧のレベルの差は、抵抗器 R2.1 と R2.2「Limit Iout」の抵抗値に比例して変化します。電圧が等しい場合、デバイスは電圧源モードから電流源モード (またはその逆) に切り替える必要があります。

負荷電流制限の初期値 (0,01 A) は、最小抵抗の位置にある可変抵抗器 R3 シャフトの位置で測定ブリッジの適切な抵抗器 (R13 および R2) を選択することによって達成されます。

保護ユニットのプリント基板、その上の部品の配置、電源基板への接続を図に示します。 4. すべての抵抗は MLT-0,25 です。トランジスタ VT3 は K361 シリーズのいずれか、VT6 は KT315 シリーズのいずれかです。トランジスタ KT3102E (VT4、VT5) および KT3107K (VT7、VT8) のベース電流伝達係数は少なくとも 400 である必要があります。

実験室のDC電圧および電流源

本棚のように固定された電源の回路基板（図5）とネットワークトランスは、厚さ210 mmのPCBプレートで作られた内寸90x90x5 mmのハウジング内に配置されています。

実験室のDC電圧および電流源

ユニットのすべての要素とコントロール、および負荷と接地を接続するためのソケットクランプは、ケースのフロントパネルにあります (図 6)。

実験室のDC電圧および電流源

また、DC 電圧計 (図 1 の PV7) もあり、これを使用して電源のアームの出力電圧を制御できます。

実験室のDC電圧および電流源

DA2 および DA4 チップによる消費電力は 10 W を超えてはなりません。これにより、出力電圧が +1,2 V を超える場合、ソースの最大出力電流は 15 A に制限されます。出力電圧が低くなると、これらのマイクロ回路での電圧降下が増加し、許容出力電流が減少し、出力電圧が 1,25 V になると、許容出力電流が減少します。 10/(24-1,25) = 0,44 A です。ツェナーダイオード VD10、VD11 および VD15、VD16 の各ペアは、電圧 10 ～ 15 V の 1 つのツェナーダイオードに置き換えることができます。ツェナーダイオードの半分オペアンプ DA3 および DA68 の非反転入力に供給する電圧は、図の図のツェナーダイオードと同じ方法で接続された 1 kΩ の抵抗を持つ 10 つの同一の抵抗で構成される分圧器を使用して取得する必要があります。 XNUMX. 熱的に安定したツェナーダイオードの使用は正当化されません。なぜなら、それらは XNUMX mA の動作電流でのみ可能であり、ここではそれらを流れる電流がはるかに少ないからです。

ユニットが出力電圧 1,25 V の電圧安定化モードで動作する場合、LED HL1 および HL2 の閉バイアスは約 20 V ですが、これは LED にとって許容できない値です。したがって、低電力シリコンダイオードをそれぞれに直列に接続するか、抵抗 R9 および R19 を取り付けないでください。トランジスタ VT21 と VT24 を確実に閉じるために、ツェナーダイオード VD3 と VD6 は VD9 と VD14 よりも高い安定化電圧を保証する必要があるため、それらをインデックス G または D で使用することをお勧めします。点灯していないフォトダイオード U5 および U8 の逆電流によって開く場合、それらのベース-エミッタ接合は抵抗 1.2 ～ 2.2 kOhm でシャントする必要があります。

文学

Nefedov A.、Golovina V. マイクロ回路 KR142EN12。 - ラジオ、1993 年、第 8 号、p. 41、42; 1994 年、第 1 号、p. 45.
Nefedov A.、Golovina V. マイクロ回路 KR142EN18A、KR142EN18B。 - ラジオ、1994 年、第 3 号、p. 41、42。
Horowitz P., Hill W. The Art of Circuitry, Volume 1. - M .: Mir, 1986.

著者：A.Muzykov、ペンザ

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