Компактный лабораторный блок питания 3...20В

Схема блока питания
Радиолюбители с большим стажем часто пользуются конструкциями, изготовленными несколько десятилетий назад. Например, в прошлом веке были популярны самодельные источники питания, изготовленные на базе унифицированных трансформаторов ТВК, изначально предназначавшимися для работы в качестве выходных понижающих в узлах кадровой развёртки в ламповых и ламповополупроводниковых ч/б телевизоров, например, трансформаторы ТВК-70Л2, ТВК-110А, ТВК110Л2, ТВК-11ЛМ. Используя более современную элементную базу, можно в корпусе тех же размеров изготовить источник питания, обладающий заметно лучшими параметрами, чем аналогичные самодельные конструкции 1960... 1990-х годов.

На рис. 1 показана схема блока питания с регулируемым линейным стабилизатором компенсационного типа, рассчитанным на выходное напряжение 3...20 В при токе нагрузки до 1,2...0,25 А. Напряжение переменного тока сети 230 В поступает на первичную обмотку понижающего трансформатора Т1 через защитный резистор R1 и замкнутые контакты выключателя питания SA1. Этот трансформатор имеет две вторичные обмотки. Обмотка III предназначена для питания подключенной к выходу БП нагрузки. Основное назначение обмотки II — вольтодобавка.
Напряжение переменного тока около 18 В с обмотки III поступает на мостовой диодный выпрямитель VD2 через полимерный самовосстанавливающийся предохранитель FU1.

Конденсаторы С6, С9 сглаживают пульсации выпрямленного напряжения. Выходное напряжение стабилизатора регулируют переменным резистором R16, чем ниже по схеме положение движка переменного резистора, тем больше выходное напряжение. Микросхема DA1 представляет собой интегральный регулируемый стабилитрон. На параллельно включенных полевых транзисторах VT4, VT5 собран истоковый повторитель напряжения. Два мощных полевых транзистора установлены с целью равномерно распределить выделяемое VT4, VT5 тепло по двум радиаторам, являющимся частью корпуса конструкции, это также понижает температуру кристаллов этих транзисторов, рассеиваемую кристаллом мощность каждого из них, что положительно сказывается на надёжности конструкции.

Резисторы R13, R14 предназначены для выравнивания тока, протекающего через открытые каналы VT4, VT5. Конденсатор С11 предотвращает самовозбуждение DA1, Стабилитроны VD4, VD5 защищают полевые транзисторы от пробоя изоляции затворов. Резисторы R10, R11 защитные, предназначены для уменьшения негативных последствий при пробое VT4, VT5.

Чтобы наиболее полно использовать напряжение на выходе выпрямителя VD2, микросхема DA1 питается напряжением на несколько Вольт больше, чем транзисторный истоко-вый повторитель напряжения. С обмотки II напряжение около 10 В переменного тока через защитный резистор R2 поступает на мостовой диодный выпрямитель VD1. Конденсатор С5 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. На транзисторах VT2, VT3 собран генератор стабильного тока около 3 мА, которым питается микросхема DA1. Питание DA1 стабильным током уменьшает рассеиваемую этой микросхемой мощность. Конденсатор С10 предотвращает самовозбуждение VT2, VT3. Резистор R9 предотвращает самовозбуждение VT2, VT3 и DA1. Рабочий ток генератора стабильного тока зависит от сопротивления резистора R7.

На германиевом транзисторе VT1 реализован светодиодный узел индикатора тока подключенной к выходу БП нагрузки. Светодиод HL1 начинает светиться при токе нагрузки около 0,1 А, а при токе 0,5 А и больше светит в полную яркость. Конденсатор С8 уменьшает чувствительность узла на VT1 к пульсациям напряжения на выводах резистора R4. Резистор R5 ограничивает ток через HL5. Диод Шотки VD3 ограничивает рост напряжения на выводах R4 при росте тока нагрузки. Светодиод HL6 светит при наличии на выходе БП напряжения, яркость свечения этого светодиода зависит от установленного на выходе БП напряжения.

Выходное напряжение блока питания показывает стрелочный вольтметр PV1. Резистор R19 ограничивает ток через катушку PV1.
Диод VD6 немного растягивает шкалу вольтметра. Светодиоды HL1 - HL4 подсвечивают шкалу вольтметра. Диод VD7 защищает элементы стабилизатора напряжения от повреждения при подключении к выходу БП источника напряжения в обратной полярности, например, заряженного конденсатора, аккумуляторной батареи.

Для вольтметра был применён микроамперметр типа М68501, такие приборы применялись в индикаторах уровня записи/воспроизведения в отечественных магнитофонах. Шкала такого вольтметра может быть нелинейной, рис. 2.

Старую плёночную шкалу микроамперметра отклеивают, вместо неё для уменьшения чувствительности прибора к статическому электричеству приклеивают липкую алюминиевую фольгу, электрически соединённую с одним из выводов катушки. Если старая шкала алюминиевая, то её также соединяют проводом с одним из выводов катушки, а новую бумажную шкалу приклеивают поверх старой. Учитывайте, что если потереть защитное стекло тканью или даже пальцем, то стрелка микроамперметра может на несколько минут самопроизвольно отклониться от нулевой отметки шкалы. Для уменьшения этого эффекта можно попробовать обработать корпус прибора антистатическим средством.

Большинство деталей устройства размещено на двух платах размером 68x52 мм и 41x40 мм, монтаж двусторонний навесной. Монтажная плата меньшего размера закреплена на большей плате таким образом, чтобы обе платы представляли собой Т-образную конструкцию. Резистор R1 импортный невозгораемый, можно установить отечественный Р1-7-1. Переменный резистор типа СПЗ-9а, СПО-1, ППБ-ЗА, ППЗ-43, ПП2-12, ППБ-1А сопротивлением 2...10 кОм. При установке переменного резистора меньшего сопротивления, чем указано на схеме, резисторы R15, R17 устанавливают пропорционального меньшего сопротивления. Металлический корпус переменного резистора соединяют с общим проводом. Подвижный контакт переменного резистора должен иметь надёжные соединения с токопроводящим покрытием и заклёпками. Остальные резисторы общего применения, например, МЛТ, РПМ, Cl-4, Cl-14, С2-23, С2-33.

Оксидные конденсаторы импортные аналоги К50-68, К50-29. Неполярные конденсаторы малогабаритные плёночные. Конденсатор С8 многослойный керамический. Диодный мост W04M можно заменить на любой из W01M -W10M, DB101 - DB107, RB151 - RB157, КЦ407, КЦ422. Вместо диодного моста KBL06 подойдёт любой из BR305 - BR310, RC401 -RS407, KBU6A - KBU6M или любой аналогичный, рассчитанный на средневыпрямленный ток не менее 3 А. Диод Шотки 1N5817 можно заменить на любой из 1N5818, 1N5819, EC31QS04, SB120 - SB160, MBRS140T, SS12 -SS14. Вместо диода 31DF1 можно применить любой из 1N5401 - 1N5408, BY251 - BY255, FR301 - FR307, PR3001 - PR3007, КД226, КД257. Диод 1N4148 можно заменить на любой из PMLL4148, PMLL4448, 1SS176,1SS244, КД503, КД510, КД521, КД522.

Стабилитроны BXV55C-9V1 можно заменить на 1N4740A, BZV55C-10, BZV55C-11, BZV55C-12, TZMC-12, КС210Ж, КС211Ж, КС212Ж. Светодиоды HL1 - HL4 — SMD неизвестного типа жёлтого и зелёного цветов свечения, установлены так, чтобы подсвечивать шкалу вольтметра. Остальные светодиоды любого типа общего применения непрерывного свечения без встроенных резисторов, например, из серии КИПД66. На месте HL5 установлен светодиод красного цвета свечения, на месте HL6 зелёного.

Германиевый транзистор МП26 можно заменить на любой из серий МП25, МП26. Вместо транзисторов 2SA1281 можно установить любые из серий 2SA1013, 2SA1370, SS8550, КТ6115, КТ649, КТ644. Полевые транзисторы IRF630MF выполнены в изолированном корпусе TO-220FP. Вместо таких транзисторов подойдут любые одинаковые из серий IRF630, IRF640, IRF641, IRF642, IRFZ20 - IRFZ25. Каждый полевой транзистор установлен на индивидуальный дюралюминиевый теплоотвод размерами 125x55x1,5 мм, являющимися боковыми стенками корпуса конструкции. Если полевые транзисторы применены не в изолированном корпусе, то используются изолирующие прокладки. Стабилитроны VD4 и VD5 обязательно припаивают к выводам соответствующих полевых транзисторов непосредственно. Выводы полевых транзисторов подключают к схеме устройства короткими проводами одинаковой длины.

Вместо интегральной микросхемы AN1431T можно установить любую из серий *431* в трёхвыводном корпусе, например, HA17431UA, L5431, NJM431, TL431, AZ431, LM431. Разные производители этих микросхем в *.pdf документации могут по-разному нумеровать выводы своих микросхем, на рис.1 показана наиболее часто встречающаяся нумерация, которую можно применить для любой из упомянутой трёхвыводных микросхем *431* серии.

Понижающий трансформатор применён от VHS видеоплеера модели «AIWA HV-CX8KE». Трансформатор имеет встроенный предохранитель в цепи первичной обмотки, который в случае перегорания можно заменить внешним плавким на ток 0,315 мА, для этой операции разборка трансформатора не требуется. Вместо такого трансформатора можно применить самодельный, изготовленный на Ш-образном сердечнике с площадью центрального керна 7,5 см.кв. Обмотка I содержит 1550 витков обмоточного провода диаметром 0,23 мм. Обмотка II — 74 витка провода диаметром 0,15 мм, обмотка III — 137 витков обмоточного провода диаметром 0,75 мм.

Для такого трансформатора может потребоваться корпус для конструкции немного большего размера. Микроамперметр для вольтметра М68501 можно заменить на любой стрелочный малогабаритный, например, М4761, М4167. Полимерный самовосстанавливающийся предохранитель MF-R135 можно заменить на LP30-135, LP60-135. Соединительные провода, по которым будет протекать ток подключенной нагрузки, должны иметь сечение по меди не менее 0,75 мм.кв. Клавишный выключатель питания KCD-2011 можно заменить на MR21, SWA206A, KCD1-101, MRC-101-6A. Все детали устройства размещены в металлопластмассовом корпусе размерами 133x90x61. Верхняя, нижняя и задняя пластмассовые стенки корпуса имеют вентиляционные прорези. К нижней стенке корпуса приклеены пластмассовые ножки высотой 5 мм. Вес устройства в сборе 1,1 кг без соединительных шнуров и сетевой вилки.

Настройку безошибочно изготовленного из исправных деталей блока питания начинают с подбора сопротивлений резисторов R15 — нижний предел диапазона регулируемых выходных напряжений, R17 — верхний. Установив выходное напряжение БП 8 В и ток нагрузки 1 А, дожидаются нагрева теплоотводов полевых транзисторов. Если, например, VT4 будет нагреваться заметно сильнее, чем VT5, то R13 устанавливают большего сопротивления, при этом, R14 можно заменить перемычкой. Аналогичным образом поступают, если сильнее будет нагреваться VT5. Резистором R18 устанавливают ток отклонения стрелки PV1 в соответствие с делениями его шкалы.

При напряжении сети переменного тока 210 В при выходном напряжении до 12 В ток подключенной нагрузки может достигать 1,2А. При выходном напряжении 15 В максимальный ток нагрузки уменьшается до 0,8 А, при 18 В — 0,45 А, при 20 В — 0,25 А. При насыщении транзисторов VT4, VT5 при токе нагрузки 1,2 А амплитуда пульсаций выходного напряжения составляет около 1 В. При отсутствии насыщения полевых транзисторов при токе нагрузки 1,2 А напряжение пульсаций и шумов на выходе стабилизатора напряжения не более 2 мВ. Без подключенной нагрузки блок питания потребляет от сети ток около 18 мА, при нагрузке 1,2 А потребляемый от сети ток увеличивается до 100 мА. При температуре внутри корпуса БП более 50 °С самовосстанавливающийся предохранитель может срабатывать при токе менее 1 А, что повышает надёжность устройства, поскольку уменьшается вероятность перегрева понижающего трансформатора.

Бутов А.Л.