Стабилизатор напряжения переменного тока

При питании радиоэлектронной аппаратуры от сети нередко приходится стабилизировать напряжение переменного тока. Большую сложность при проектировании таких стабилизаторов представляет получение синусоидального выходного напряжения с малыми нелинейными искажениями. С точки зрения практической реализации этого требования, а также повышения быстродействия и коэффициента стабилизации наиболее предпочтительны стабилизаторы с транзисторным регулирующим элементом.

В описываемом стабилизаторе переменного напряжения(рис. 1) регулирующий элемент составлен из транзисторов VT1 и VT2, диодов VD2, VD3 и резисторов R1...R5. При изменении значения постоянного тока, протекающего через диагональ выпрямительного моста VD1, изменяется значение переменного тока, текущего через секцию 1.1 обмотки автотрансформатора. В результате изменяется значение переменного напряжения на секции 1.2 обмотки. Такое включение регулирующего элемента уменьшает его влияние на форму синусоиды выходного напряжения. Резисторы R1 - R4, шунтирующие регулирующий элемент, уменьшают мощность, рассеиваемую транзисторами VT1, VT2.

Основные технические характеристики стабилизатора:

• Напряжение питающей сети, В................................................................220 ±22;
• Выходное напряжение переменного тока, В...................................................220;
• Мощность нагрузки, Вт..................................................................130...220 (450);
• Нестабильность выходного напряжения при указанных изменениях напряжения сети

и мощности нагрузки, %, не более....................................................................0,5;

• Коэффициент нелинейных искажений, %, не более..........................................6.

Трансформатор Т2 служит для питания усилителя постоянного тока и одновременно входит в цепь отрицательной обратной связи. Напряжение обмотки II, выпрямленное диодным мостом VD5, поступает на делитель R12...R14. При повышении напряжения сети или уменьшении тока нагрузки, подключенной к выходу стабилизатора, увеличивается напряжение на базе транзистора VT5, а значит, и его коллекторный ток. Примерно в той же мере уменьшается и ток коллектора транзистора VT4.

Падение напряжения на резисторе R10 остается практически неизменным, поскольку напряжение на базе транзистора VT4 стабилизировано. При этом напряжение на коллекторе VT4 увеличивается и ток, текущий через транзистор VT3, уменьшается. Вследствие уменьшения напряжения на базе транзистора VT2 он начинает закрываться, напряжение на его коллекторе увеличивается. Это приводит к закрыванию и транзистора VT1, так как напряжение на его базе фиксировано делителем R1, R2, R3, R4, VD2, R5. Диод VD3 исключает влияние этого делителя на базу транзистора VT2.

В результате увеличения сопротивления транзисторов VT1, VT2 регулирующего элемента, уменьшается постоянный ток в диагонали выпрямительного моста VD1 и, следовательно, переменный ток в секции 1.1 обмотки автотрансформатора Т1, что эквивалентно увеличению падения напряжения на секции 1.2. Поэтому выходное напряжение сохраняет свое первоначальное значение. При уменьшении напряжения сети или увеличении тока нагрузки ток через транзистор VT3 увеличивается и транзисторы VT1 и VT2, наоборот, еще более открываются. Диод VD2 в этом случае закрывается напряжением с резистора R7. Диод VD3 обеспечивает полное открывание транзистора VT1.

Транзистор VT6, резистор R11 и конденсатор С2 образуют электронный фильтр, задерживающий подачу напряжения питания на усилитель постоянного тока. Задержка необходима для устранения броска выходного напряжения в момент включения стабилизатора. Ограничение минимальной мощности нагрузки значением 130 Вт обусловлено тем, что при меньшей мощности и сетевом напряжении более 220...225 В исходное напряжение повышается сверх установленного допуска из-за уменьшения падения напряжения на индуктивном сопротивлении секции 1.2 сетевого трансформатора. Выпрямитель КЦ405А (VD1) можно заменить четырьмя диодами с обратным напряжением не менее 600 В и выпрямленным током 1 А; КД906А (VD5) — диодами с прямым током не менее 30 мА; транзисторы КТ809А (VT1, VT2) — аналогичными им, например, КТ812А, КТ812Б.

Транзисторы VT3...VT6 могут быть любыми маломощными соответствующей структуры. Резисторы R1...R4 смонтированы на отдельной плате, которая размещена под выключателем SB1. Мощность, рассеиваемая каждым из транзисторов VT1, VT2, равна 8 Вт, поэтому они установлены на отдельные теплоотводы с площадью поверхности по 500 см2. Габаритная мощность автотрансформатора Т1 — около 22 Вт. Можно использовать автотрансформатор от магнитофона «Маяк-202» (магнитопровод ШЛ20х20, секция 1.1 обмотки содержит 1364 витка провода ПЭВ-2-0,31, секция 1.2 — 193 витка провода ПЭВ-2-0,63). Трансформатор Т2 выполнен на магнитопроводе ШЛ16х16. Обмотка I содержит 2560 витков провода ПЭВ-0,1, обмотка II — 350 витков провода ПЭВ-2-0,2 с отводом от 70-го витка (для питания индикаторной лампы HL1).

Кожух стабилизатора переменного напряжения лучше всего изготовить из изоляционного материала. В панелях кожуха надо предусмотреть вентиляционные отверстия. Если кожух металлический, необходимо позаботиться о надежной изоляции от него всех токоведущих деталей и проводов.

При налаживании стабилизатора напряжения переменного тока сначала подборкой, резистора R11 устанавливают напряжение 12 В на эмиттере транзистора VT6 (общим проводом устройства служит отрицательный вывод диодного моста VD5). При этом на базе транзистора VT4 должно установиться напряжение около 8 В. К выходу стабилизатора подключают нагрузку. Ею может служить лампа накаливания мощностью 150...200 Вт. С лабораторного автотрансформатора на вход стабилизатора подают напряжение 220 В и резистором R13 устанавливают на выходе номинальное сетевое напряжение 220 В.

Падение напряжения на каждом из транзисторов регулирующего элемента должно быть 80...100 В. При изменении входного напряжения на ±22 В напряжение на выходе стабилизатора должно оставаться практически неизменным. Отсутствие стабилизации свидетельствует об ошибке в монтаже или неисправности той или иной детали. Возбуждение стабилизатора устраняют подборкой конденсатора C1. Мощность стабилизатора можно увеличить до 450 Вт, если его регулирующий элемент смонтировать по схеме, показанной на рис. 2. Для этого случая автотрансформатор Т1 нужно выполнить на магнитопроводе ШЛ20х25. Секция 1.1 обмотки должна содержать 1300 витков провода ПЭВ-2-0,36, секция 1.2 — 180 витков провода ПЭВ-2-0,9.

Наиболее важные преимущества описанного стабилизатора переменного напряжения, по сравнению с феррорезонансным — малые нелинейные искажения выходного напряжения и почти полное отсутствие магнитного поля, отрицательно влияющего на работу цветных телевизоров. Печатная плата устройства показана на рис. 3.

Авторский материал: