УНИВЕРСАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ

May 29, 2010 by admin Комментировать »

В. Гребенщиков, В. Амелин

Предлагаемый вниманию радиолюбителей универ­сальный регулятор мощности (УРМ) предназначен для плавной регулировки мощности в нагрузке до трех ки­ловатт. С его помощью можно поддерживать постоян­ными температуру, освещенность и другие параметры.

Возможность регулирования больших мощностей весьма актуальна при конструировании ЦМУ или созда­нии мощных термостабилизаторов.

clip_image002

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема универсального регуля­тора мощности

Универсальный регулятор мощности состоит из гене­ратора пилообразного напряжения, устройства управле­ния тиристором, дифференциального каскада для поддержания постоянной температуры (или освещенности) и блока питания. Принципиальная схема УРМ пред­ставлена на рис. 1.

Генератор пилообразного напряжения собран на транзисторе УЗ с RC цепочкой (R3R5C1) и стабилитро­нах VI и V2. Принцип его работы следующий: конден­сатор С1 периодически заряжается через резисторы R1 и R5, а затем быстро разряжается через транзистор УЗ в то время, когда он открыт. Постоянная времени цепи R3R5C1 выбрана такой, что за время одной полуволны выпрямленного напряжения конденсатор С1 успевает зарядиться лишь до напряжения +15 В. На конденсато­ре получается напряжение, близкое к пилообразному и синхронированное с напряжением сети. Синхронизация обеспечивается отрицательными импульсами, снимаемы­ми с делителя напряжения R1R2 и стабилитронов VI, V2, открывающих транзистор V3 в конце каждого полу­периода пульсирующего выпрямленного напряжения. На рис. 2 приведены временные диаграммы, поясняющие работу генератора пилообразного напряжения и схемы управления тиристором. Стабилитроны V4, V5 предохра­няют последующие каскады от перегрузок по напряже­нию. Транзистор V6, включенный по схеме эмиттерного повторителя, служит для согласования.

Устройство управления тиристором состоит из диф­ференциального каскада, собранного на транзисторах V7 и V8, и усилителя тока, выполненного на транзисто­ре V9. Это устройство вырабатывает прямоугольные им­пульсы, длительность которых меняется в зависимости от напряжения на базе транзистора V8 и пилообразного напряжения, поступающего на базу транзистора V7. В течение каждой полуволны выпрямленного напряже­ния тиристор включается на большее или меньшее вре­мя, благодаря чему и достигается плавная регулировка мощности.

Для поддержания постоянной температуры или осве­щенности используется дифференциальный каскад, со­бранный на транзисторах VII и V12, в одно плечо кото­рого включен терморезистор R10, а в другое — перемен­ный резистор R15, задающий нужную температуру. С повышением температуры уменьшается сопротивление терморезистора и соответственно напряжение на базе транзистора VII. Это напряжение сравнивается с напря­жением, снимаемым с потенциометра R15. Разность напря­жений усиливается дифференциальным усилителем и по­дается на базу транзистора V8, что приводит к уменьше­нию выделяемой на нагрузке мощности. С понижением температуры на базу V8 подается меньшее напряжение и соответственно мощность в нагрузке возрастает.

clip_image004

Рис. 2. Временные диаграммы напряжений:

а — генератора пилообразного напряжения; б — устройства управления тири­стором при верхнем положении движка резистора R5; в — устройства управления тиристором при нижнем положении движка резистора R5

Если необходимо поддерживать постоянную освещен­ность, вместо резистора R10 устанавливается фоторези­стор или фотодиод, включенный в обратном направлении. В этом случае конденсатор С2 следует исключить, а номинал резистора R15 подобрать экспериментально.

clip_image006

Рис. 3. Активный фильтр и детектор канала ЦМУ

При использовании УРМ с ЦМУ можно применять различные схемы фильтров и детекторов. Необходимо только учесть, что для нормальной работы детектиро­ванный сигнал должен иметь постоянную составляющую напряжения +8 В. В качестве примера предлагается активный фильтр на трех транзисторах с Т-образным мостом и детектором для одного из каналов ЦМУ (рис. 3). Генератор пилообразного напряжения и блок питания будут общими для всего устройства, а каскад на транзисторах Vll, V12, включая резистор R16, следу­ет исключить. Выход детектора каждого канала необхо­димо соединить с базой транзистора V8 УРМ соответ­ствующего каскада управления тиристоров, а базы тран­зисторов V7 УРМ соединить вместе.

Настройку УРМ необходимо начать с тщательной проверки монтажа и только после этого подать питание. Блок питания должен вырабатывать напряжения, ука­занные в схеме, с точностью ±20%. Далее следует установить переключатель S1 в положение «Плавно», в качестве нагрузки включить лампу накаливания HI на 220 В, движок потенциометра R5 установить в нижнее по схеме положение. Передвижением движка подстроечного резистора R16 добиться такого положения, при ко­тором лампа находится на пороге загорания, но не светится. При этом на базу транзистора V8 должно быть подано напряжение около +8 В. Затем, передвигая дви­жок потенциометра R5, наблюдать за изменением ярко­сти лампы: в нижнем положении движка лампа гореть не должна, а в верхнем — должна светиться полным накалом. Если плавно регулировать яркость не удается, необходимо подобрать сопротивление резистора R9, однако делать его менее 100 Ом не рекомендуется. После этого можно приступать к проверке работы УРМ в режиме термостабилизации и градуировке шкалы уста­вок температуры. Для этого в сосуд с водой следует по­местить какой-либо нагреватель, например кипятильник, термометр и терморезистор. Выводы терморезистора не должны вступать в контакт с водой, места их соедине­ния с проводами можно залить эпоксидной смолой. Затем установить тумблер S1 в положение «Т° пост.», а движок резистора R15 — в верхнее по схеме положение, и опус­кать его до тех пор, пока не загорится лампа. При этом надо помешивать воду и следить за показаниями термо­метра. По истечении некоторого времени температура воды должна установиться и более не подниматься. На шкале резистора R15 нанести риску, соответствующую полученной температуре, перемещая движок резистора R15 далее, нанести метки, образующие шкалу уставок температуры.

Для проверки работы активного -фильтра ЦМУ (см. рис. 3) по постоянному току необходимо замерить напряжение на базе транзистора VI, коллекторе V2 и эмиттере V3. Все они должны быть равными прибли­зительно половине напряжения источника питания (око­ло + 5 В). Емкости конденсатора С для фильтра рас­считываются исходя из формулы

clip_image008

Так, для f=100 Гц С=0,16 мкФ, для f=300 Гц С=0,05 мкФ, для f=10 кГц С=1600 пФ. Для согласова­ния работы детектора с регулятором мощности на вы­ход детектора следует подать постоянное смещение + 8 В с помощью подстроечного резистора R12.

УРМ собран из широко распространенных элемен­тов. Транзисторы V3, V6, V7, V8, указанные в схеме, можно заменить на любые другие германиевые транзи­сторы с аналогичными параметрами. Все постоянные резисторы типа МЛТ, переменные — типа СП-I. Необхо­димо учесть, что резисторы R1 и R3 должны быть рас­считаны на мощность не менее 2 Вт. Электролиты К.50-6, но возможны и другие типы. Транзисторы VII и V12 необходимо подобрать по коэффициенту усиления. Еще лучше использовать вместо них микросхему К1НТ291 или КШТ591 с любым буквенным индексом. Трансфер- . матор в УРМ — типа ТН12, можно взять и другие по­нижающие трансформаторы с напряжением вторичной обмотки 13…14 В. Терморезистор СТЗ-14, но можно и другой, подойдет также переход эмиттер-база германие­вых транзисторов. В качестве фотодатчика может быть использован фотодиод ФДК226 или фоторезистор СФ2-4. В ЦМУ в качестве развязывающего трансфор­матора использован согласующий трансформатор от приемника «Альпинист». Если необходимо регулировать мощность до 500 Вт, то вместо тиристора Т25 можно установить тиристор КУ201 или КУ202 с любыми бук­венными индексами. Регулируемую мощность каждого канала можно увеличить от 3 до 10 кВт при использо­вании более мощных диодов, например В25, В50, и тиристоров (Т50, Т100). Схема УРМ при этом не из­менится, но может потребоваться снижение номинала резистора R9 до 80…50 Ом, при этом коммутация сило­вой части прибора (сетевой шнур, диодный мостик V19…V22, цепь тиристора) должна быть выполнена про­водом сечением не менее 2 мм2, например МГШВ 2,5. К конструкции устройства предъявляются следующие основные требования по безопасности: корпус устрой­ства должен быть изолирован от всех токоведущих ча­стей. Все пайки и соединения должны быть выполнены качественно и надежно. При настройке и эксплуатации УРМ следует соблюдать правила техники электробез­опасности, так как цепи УРМ гальванически связаны с сетью. Нельзя производить пайку при включенном пи­тании.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты