Каталог радиолюбительских схем

В. ЕФРЕМОВ, Ю. ШНАПЦЕВ

Описываемые ниже модули предназначены для питания портативной переносной аппаратуры стабилизированным напряжением 6,3 В от батареи элементов напряжением 2,5...4,6 В. Если потребляемый нагрузкой ток равен 100...150 мА, лучше использовать в качестве первичных источников 2—3 элемента 373, а при меньшем токе можно применить батарею 3336.

Схема модульного блока литания изображена на рис. 1 в тексте.

Блок состоит из трансформаторного преобразователя, выполненного на транзисторах V1, V4 и стабилизатора выходного напряжения на транзисторах V6—V8. Преобразователь в отличие от широко распространенных преобразователей с обратной связью по напряжению (например, описанный в статье А. Горбова “Преобразователь напряжения” — “Радио”, 1980, № 2, с. 44) собран по схеме с обратной связью по току нагрузки и обладает рядом особенностей. В его трансформаторе отсутствуют отдельные базовые обмотки и базовые резисторы, а это, если учесть, что ток нагрузки складывается из базовых токов транзисторов, уменьшает потерн в преобразователе. Выходное напряжение преобразователя (на конденсаторе С2) равно сумме напряжений — выпрямленного с обмотки II трансформатора Т1 и входного. Устойчивая работа и надежный запуск генератора при низком напряжении питания (0,8...1 В) расширяют возможности применения такого преобразователя.

Наконец, положительная обратная связь потоку нагрузки способствует уменьшению коммутационных потерь и увеличению КПД преобразователя, который может достигать 80...90%. К недостаткам преобразователей подобного типа следует отнести наличие гальванической связи между источником питания и нагрузкой.

Поскольку ток нагрузки протекает через эмиттерные переходы транзисторов преобразователя, их максимально допустимый ток базы должен быть больше тока нагрузки: Iбmax>Iн, что заставляет применять в блоке только мощные транзисторы. Это обычно не является препятствием для применения подобных преобразователей для питания маломощной аппаратуры. Обмотка IIб трансформатора Т1 позволяет уменьшить напряжение на базе закрытого транзистора преобразователя до допустимого значения, равного 3 В.

Напряжение на конденсаторе С2 при входном напряжении 2,5 В равно примерно 8 В. Это напряжение поступает на электронный стабилизатор. Он состоит из регулирующего элемента на транзисторе V6, управляющего элемента на транзисторах V7, V8 и источника образцового напряжения на стабилитроне V9 и резисторе R7. Включение стабилитрона в цепь базы транзистора V8 позволило в три раза увеличить коэффициент стабилизации по сравнению с традиционным включением стабилитрона в цепь эмиттера.

Цепь запуска стабилизатора составлена из элементов СЗ. R1, V5, R4. В момент включения импульс тока зарядки конденсатора СЗ открывает транзистор V7 и выводит устройство на режим стабилизации. Конденсатор С4 способствует повышению устойчивости работы устройства, а С5 уменьшает проникновение высокочастотных шумов стабилитрона в нагрузку. Резистор R7 определяет ток стабилизации стабилитрона. Диод V10 защищает транзистор V8 от отрицательного импульса разрядки конденсатора С5.

Стабилизатор не боится короткого замыкания, так как при этом сразу закрываются транзисторы управляющего, а вслед за ними и регулирующего элементов, и выходной ток уменьшается до нескольких миллиампер.

После устранения короткого замыкания устройство самостоятельно выходит на режим стабилизации, поскольку амплитуда пульсации на конденсаторе С2 достаточна для запуска.

Модульный блок смонтирован на небольшой печатной плате и заключен в металлическую коробку, служащую одновременно экраном. Экран значительно снижает уровень помех, создаваемых преобразователем. Плата изготовлена из фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм. Чертеж платы показан на рис. 1 3-й с. обложки. Перед установкой деталей в плату необходимо запрессовать четыре (два входных и два выходных) штыревых вывода

диаметром 0,5 мм. Трансформатор намотан на кольцевом магнитопроводе К17Х X8,2X5 из феррита 2000НМ проводом ПЭВ-2 0,2. Обмотки Iа и Iб содержат по 12 витков; IIа и IIв — по 31 витку; IIб — 10 витков. Вес обмотки размещены примерно на одной трети длины окружности магнитопровода. Трансформатор вклеен в вырез платы эпоксидным клеем (ширина выреза — 24 мм, глубина — 10 мм). В модуле применены конденсаторы С1, С2 — К50-6, СЗ, С5 — K53-1, С6 — К53-4.

Налаживание блока начинают с проверки стабилизатора напряжения. Для этого необходимо подать на вход стабилизатора напряжение от внешнего регулируемого источника и, установив необходимое выходное напряжение подборкой стабилитрона V9, проверить работу стабилизатора под нагрузкой при изменении напряжения источника в интервале 8...12 В. По осциллографу проверяют отсутствие высокочастотных колебаний на выходе стабилизатора (их устраняют подборкой конденсатора С4) и проверяет работу системы защиты от короткого замыкания. Если устранить короткое замыкание, стабилизатор должен начать работать после кратковременного отключения напряжения питания.

Затем приступают к проверке преобразователя. Для этого к входу блока подключают источник питания напряжением 2,5...4,5 В и проверяют наличие колебаний прямоугольной формы с частотой 20...50 кГц на коллекторе транзисторов V1 и V4, a также напряжение на конденсаторе С2 минимальное значение которого не должно быть менее 8В.

Если генератор возбуждается на высокой частоте (около 1 МГц), необходимо проверить правильность распайки выводов обмоток трансформатора. По осциллографу контролируют напряжение на базе транзисторов V1 и V4 — оно не должно превышать 3 В.

Необходимо помнить, что без нагрузки преобразователь не работает, поэтому, если он не нагружен стабилизатором, к нему нужно подключить нагрузочный резистор сопротивлением 3...5 кОм. В заключение блок нагружают резистором сопротивлением 68 Ом мощностью 2 Вт и проверяют на соответствие техническим характеристикам.

Реальная зависимость КПД модульного блоки питания от входного напряжения показана на рис. 3 с обложки (кривая 1). Зная, КПД и мощность нагрузки, легко определись ток, потребляемый от первичного источника, и в соответствии с этим выбрать его элементы. При Uпит=3,5 В, Iн=100 мА, например, ток, потребляемый блоком питания, равен Iп=Iн*Uн/nUг= =100*6,3/0,4*3,5=450 мА. Снизить потребляемый ток можно только увеличением КПД стабилизатора, так как КПД преобразователи весьма высок и в широком интервале изменения питающего напряжения изменяемся незначительно.

Стабилизаторы импульсного типа в силу сравнительно большой сложности, трудности настройки и ряд других недостатков не получили широкого распространения среди радиолюбителей. Но экономичность и возможность изготовления в небольшом объеме (поскольку не требуется радиатор для регулирующего транзистора) делают такие стабилизаторы перспективными для применения и переносной аппаратуре.

Описываемый ниже импульсный стабилизатор напряжения собран по простейшей схеме — он содержит всего один мощный транзистор. Уступая по всем электрическим параметрам блоку с непрерывным стабилизатором, он превосходит его только в одном - его средний КПД выше на 10%.

На первый взгляд, это кажется немного, но если при Iн=100 мА описанный выше блок потребляет от первичного источника 450 мА то блок с импульсным стабилизатором — на 90 мА меньше, что может заметно увеличить срок службы первичных источников. Этот фактор в некоторых случаях может быть решающим при выборе типа модуля питания. Зависимость КПД импульсного модульного блока (при Iн=58 мА) изображена на 3-й с. обложки на рис. 3. К достоинствам импульсного блока можно отнести также возможность регулирования выходного напряжения.

Схема блока со стабилизатором импульсного типа изображена на рис. 2 в тексте.

Стабилизатор состоит из блокинг-генератора (рабочая частота 50 кГц) на транзисторе V2 и управляющего усилителя на транзисторах V4, V6, V7. Когда транзистор V2 открыт, его удерживает в состоянии насыщения ток базы, протекающий под действием ЭДС с обмотки 1 трансформатора Т1. При этом времязадающий конденсатор С2 заряжается через резистор R2 и эмиттерный переход транзистора V2. Зарядка продолжается до тех пор, пока ток базы достаточен для насыщения транзистора. В некоторый момент транзистор выходит из состояния насыщения и лавинообразно закрывается. В этот момент ЭДС в обмотке I трансформатора изменяет знак, к базе транзисторв V2 прикладывается отрицательное смещение и происходит перезарядка конденсатора С2 током, протекающим через транзистор V4. По мере перезарядки конденсатора отрицательное смещение уменьшается и через некоторое время транзистор V2 лавинообразно открывается.

Составной транзистор V4V6, включенный в цепь перезарядки конденсатора С2, работает в линейном режиме. На нижнем пределе питающего напряжения транзистор V4 находится на границе насыщения, скважность импульсов минимальна. Период импульсов определяется емкостью конденсатора С2 и сопротивлением диода V1 и транзистора V4. При большем питающем напряжении этот транзистор уже не будет насыщен. Его сопротивление будет изменяться в соответствии с выходным напряжением. При этом будет изменяться скважность импульсов, обеспечивая стабилизацию выходного напряжения. На верхнем пределе питающего напряжения транзистор V4 закрыт, поэтому стабилизации не происходит; в этом случае период колебаний определяется емкостью конденсатора С2 и сопротивлением резистора R1. Для более эффективной стабилизации транзистор V4 должен иметь возможно меньшее сопротивление насыщения, а диод V1 нужно использовать только германиевый с минимальным прямым сопротивлением. Резистор R1 обеспечивает запуск стабилизатора;

В стабилизаторе нет устройства защиты от короткого замыкания цепи нагрузки. При коротком замыкании генерация срывается и от источника питания потребляется ток около 500 мА. Это не приводит к повреждению блока, но длительная работа его в таком режиме недопустима.

Конструктивно блок выполнен аналогично описанному выше. Чертеж печатной платы импульсного блока показан на рис. 5 3-й с. обложки. Плату с деталями также помещают в металлическую коробку.

Трансформатор Т1 намотан на кольцевом магнитопроводе К17х8,2х5 из феррита 2000НМ проводом ПЭВ-2 0,2. Обмотка I содержит 45 витков. IIа — 35; IIб — 60. Подстроечный резистор R5 — СП5-3. Конденсатор С1 — К53-1; С4 — К53-4.

Налаживание блока заключается в проверке его работоспособности и установке номинального выходного напряжения. Подключив осциллограф к коллектору транзистора V2, от нуля увеличивают напряжение питания. При напряжении около 1,5 В блокинг-генератор начинает вырабатывать прямоугольные импульсы с частотой, близкой к 50 кГц, и скважностью 2. При увеличении напряжения до 3 В амплитуда импульсов увеличивается, а частота не меняется.

Когда напряжение на выходе стабилизатора достигнет 6,3 В, начинает работать система управления блокинг-генератором и с этого момента скважность импульсов увеличивается. Основная задача при налаживании — добиться номинального напряжения на выходе стабилизатора при Uпит=3 В. Необходимо иметь в виду, что работа блокинг-генератора сильно зависит от параметров трансформатора (сопротивления обмоток, материала магнитопровода и др.) и транзистора V2, поэтому при налаживании стабилизатора в некоторых случаях может потребоваться перемотка трансформатора и подборка ключевого транзистора. Подстроечным резистором R5 устанавливают уровень начала стабилизации при выходном напряжении 6,3±0,3 В и напряжении питания 3 В. На параметры стабилизатора сильно влияют резисторы R1 и R2. При уменьшении сопротивления R1 улучшается запуск, но ухудшаются стабилизирующие свойства. С уменьшением сопротивления резистора R2 увеличивается мощность, отдаваемая в нагрузку, но ухудшается КПД блока.

г. Москва