Стабилизатор напряжения с регулируемым в широких пределах выходным напряжением и токовой защитой может быть использован как в одноканальных, так и в многоканальных лабораторных источниках питания. Выходное напряжение стабилизатор напряжения можно регулировать от 3 до 27 В. Наибольший ток нагрузки — 3 А. Схема стабилизатор напряжения показана на рисунке.
Стабилизатор напряжения — компенсационного типа с непрерывным регулированием, регулирующий элемент — составной транзистор VT4VT5. Образцовое напряжение формирует параметрический стабилизатор на резисторе R11 и стабилитроне VD2. Его часть, снимаемую с движка переменного резистора R12, ОУ DA4 сравнивает с частью выходного напряжения стабилизатора, снимаемой с делителя из резисторов R17 и R18. Усиленный ОУ сигнал рассогласования управляет составным транзистором, поддерживая выходное напряжение равным заданному, которое регулируют переменным резистором R12. Маломощные узлы стабилизатор напряжения питаются от интегрального стабилизатора DA3. Включённый последовательно с его общим выводом стабилитрон VD1 поднимает выходное напряжение стабилизатора VD3 до 29…30 В. Интегральный стабилизатор DA1 предназначен для питания узла токовой защиты.
При подаче на стабилизатор напряжения входного напряжения цепь R3C2 формирует импульс, устанавливающий триггер на элементах DD1.1 и DD1.2 в состояние, при котором полевой транзистор VT6 открыт, благодаря чему нагрузка подключена к выходу стабилизатора. Об этом сигнализирует включённый зелёный светодиод HL1. ОУ DA2.1 сравнивает сигнал с датчика тока (резисторов R1 и R2) и пороговое напряжение, снимаемое с движка переменного резистора R4. При превышении порога будет открыт подключённый к выходу ОУ транзистор VT1. Напряжение низкого логического уровня с его коллектора поступит на вывод 6 элемента DD1.2 и переведёт триггер в состояние, при котором полевой транзистор VT6 будет закрыт, что приведёт к отключению нагрузки от выхода стабилизатора. Одновременно погаснет светодиод HL1 и включится красный светодиод HL2, сигнализируя о превышении установленного переменным резистором R4 допустимого выходного тока стабилизатор напряжения.
После устранения причины перегрузки нажатием на кнопку SB1 можно возвратить триггер в исходное состояние и этим вновь подключить к стабилизатору нагрузку. Учтите, что при включении стабилизатора защита срабатывает от тока зарядки конденсатора С8. Подумав, я не стал дорабатывать этот узел, сохранив своеобразную индикацию его исправности. Стабилизатор напряжения собран в основном на печатной плате размерами 97x82x1,5 мм, чертёж печатных проводников которой приведён на рисунке, а схема расположения элементов — на рисунке.
Конденсатор С1, светодиоды HL1 и HL2, переменные резисторы R4 и R12, кнопка SB 1 и транзистор VT5 находятся вне платы. Теплоотвод транзистора VT5 — кулер DEEPCOOL СК-АМ209 с вентилятором на 12 В для процессора AMD. Конденсатор С1 служит сглаживающим для выпрямителя, от которого питают стабилизатор, и составлен из пяти соединённых параллельно конденсаторов К50-16 ёмкостью 2000 мкФ. Эти конденсаторы выпуска 1989 г. пришлось формовать в течение десяти часов, постепенно повышая приложенное к ним напряжение до номинальных 50 В. Разумеется, предпочтительней применить в качестве С1 современные оксидные конденсаторы ёмкостью 2000… 10000 мкФ с номинальным напряжением не ниже 50 В.
Изготавливать плату лучше из фольгированного материала с толщиной медного покрытия не менее 70 мкм, но в крайнем случае можно использовать и более распространённый материал с покрытием толщиной 35 мкм. На печатные проводники силовых цепей следует по всей длине напаять сверху медный провод диаметром не менее 1 мм. Резисторы R1 и R2 — RX27-1 (SQE) мощностью 5 Вт, остальные — постоянные резисторы CF-50 (С1-4). Переменный резистор R12 должен иметь линейную зависимость сопротивления от угла поворота оси движка. В качестве R4 применён проволочный переменный резистор ППБ-1А, но возможна его замена непроволочным.
Транзисторы КТ502А можно заменить любыми из серии КТ3107, а КТ315Б — из серии КТ3102. При этом следует обратить внимание на различия в расположении выводов. Замена транзистора КТ815А — КТ969А или КТ503Д, это проверено на практике. Замену транзистора КТ819Г нужно подбирать с допустимым напряжением коллектор—эмиттер более 40 В и максимальным постоянным током коллектора не менее 5 А. Его допустимая рассеиваемая мощность (с теплоотводом) должна быть не менее 100 Вт. Полевой транзистор IRF3205 допускается заменить другим с п-каналом, имеющим как можно меньшее сопротивление в открытом состоянии, и с пороговым напряжением не более 4 В. Подойдёт, например, IRL2505.
Аналог интегрального стабилизатора КР142ЕН9И — импортный 7824. Но можно применить и стабилизатор LM317T, для чего следует уменьшить номинал резистора R6 до 240 Ом, а стабилитрон VD1 заменить резистором сопротивлением 5,6 кОм. Вместо отечественных стабилитронов подойдут импортные мощностью 0,5 Вт с соответствующим напряжением стабилизации. Для замены микросхем LM358N и КР140УД608 желательно выбирать ОУ класса «rail-to-rail». В первом случае это необходимо для успешной работы токовой защиты, а во втором позволит уменьшить практически до нуля минимальное выходное напряжение стабилизатора. Микросхему К561ЛА7 можно заменить импортной CD4011 В. Немаловажно, чтобы назначение и расположение выводов микросхем, выбранных в качестве замен, было бы таким же, как у заменяемых. Это позволит не переделывать печатную плату.
При исправных деталях и правильном монтаже стабилизатор напряжения требует минимального налаживания. Следует проверить наличие напряжения на выходах интегральных стабилизаторов DA1 и DA3 и основного стабилизатора. Затем убедиться в возможности регулирования выходного напряжения переменным резистором R12. Вероятно, потребуется подобрать сопротивление резистора R17, чтобы крайнее верхнее (по схеме) положение движка переменного резистора R12 соответствовало выходному напряжению 27 В. При выполнении этой операции к выходу стабилизатор напряжения обязательно подключите нагрузку сопротивлением 100…300 Ом.
Следующая операция — проверка работы токовой защиты. К выходу стабилизатора подключите нагрузочный резистор сопротивлением 10 Ом. Я использовал четыре резистора сопротивлением 10 Ом и мощностью 10 Вт каждый, соединённых последовательно параллельно. Движок резистора R4 установите в крайнее правое (по схеме) положение. При плавном увеличении выходного напряжения стабилизатор напряжения токовая защита должна сработать, при этом вместо светодиода HL1 будет включён светодиод HL2. Если ток срабатывания защиты больше (меньше) требуемого, следует увеличить (уменьшить) сопротивление резистора R5.
Работа узла защиты зависит и от сопротивления резисторов R1 и R2. Если в малом токе срабатывания нет необходимости, один из резисторов можно удалить, заменив его проволочной перемычкой. В изготовленных стабилизатор напряжения при двух резисторах минимальный ток срабатывания защиты получился равным 0,16 А, максимальный — 3,2 А. Заключительные действия — изготовление и градуировку шкалы для переменного резистора R4 выполняют с использованием нагрузочных резисторов и амперметра. Для создания полноценного лабораторного блока питания стабилизатор необходимо дополнить понижающим трансформатором и выпрямителем. Применив трансформатор с несколькими вторичными обмотками и собрав нужное число описанных стабилизаторов, можно изготовить многоканальный источник питания с несколькими гальванически развязанными и независимо регулируемыми выходными напряжениями.
В авторском варианте применён трансформатор ТС180-2, с которого удалены все вторичные обмотки, а вместо них намотаны четыре обмотки по 50 витков провода ПЭВ-2 диаметром 1,3 мм (по две на каждом керне магнитопровода). После сборки трансформатора каждая обмотка одного керна соединена последовательно с одной из обмоток второго керна. В итоге получены две обмотки с числом витков 100 и напряжением 32 В, к которым подключены выпрямительные диодные мосты на ток 5А с допустимым обратным напряжением 100 В.
Корпус блока питания готовый, состоящий из двух П-образных частей. Его размеры — 270x200x95 мм. Два одинаковых кулера с охлаждаемыми ими транзисторами установлены на задней стенке корпуса. Двигатели их вентиляторов соединены последовательно и подключены к одному из выпрямителей через ограничивающий ток резистор. Не показанные на схеме стрелочные вольтметры с пределом измерения 30 В, подключённые к выходу каждого стабилизатора, размещены на передней стенке корпуса. Там же находятся органы управления, светодиоды и зажимы для подключения нагрузки.