Лабораторный блок питания со встроенным вольтметром

Отличительной особенностью данного лабораторного блока питания является наличие встроенного вольтметра и с помощью изменения положения тумблера можно менять функциональное назначение лабораторного блока питания (ЛБП) на измерительный прибор – вольтметр. Иногда это удобно при необходимости грубого (+/-0.1В) измерения напряжения, заодно сохраняется на рабочем столе больше свободного места.

Помимо этого, лабораторный блок питания имеет защиту от перегрузки и возможность переключения обмоток трансформатора, что повышает КПД линейного стабилизатора напряжения. Ведь известно, что чем меньше разница между входным и выходным напряжениями, тем меньше рассеивается тепла на регулирующем элементе линейного стабилизатора (регулятора) и соответственно его КПД выше.

Основные технические характеристики ЛБП

Выходное напряжение ….. +2.5В…+12В

Ток нагрузки (переключается) ….. <0.3А или <1.6А

Пульсации (при 10В, 0.5А) ….. 1мВ

Схема лабораторного блока питания

Схема лабораторного блока питания со встроенным вольтметром

Данная схема была предложена А. Бутовым в журнале радио 2017 №9 (с.20).

Основным регулирующим элементом блока является полевой транзистор VT1, включенный как истоковый повторитель.

На выходе схемы установлен регулируемый резистивный делитель R12R13, который задает опорное напряжение для микросхемы DA1. Регулировка делителя производится изменением сопротивления реостата R12. Часть напряжения с резистора R13 через защитный резистор R9 поступает на вход микросхемы DA1. С 3 вывода DA1 через защитный резистор R8 на затвор VT1 поступает стабилизированное микросхемой DA1 и заданное делителем напряжение. На выходе истокового повторителя появляется это заданное напряжение, но уже усиленное по току. Его пульсации сглаживаются емкостью электролитического конденсатора C15.

Чем меньше установленное сопротивление резистора R12, тем больше падение напряжения на резисторе R13, а соответственно меньше выходное напряжение лабораторного источника питания.

Для открытия транзистора VT1 на его затвор необходимо подать положительный потенциал относительно истока, поэтому на его затвор и вывод 3 DA1 поступает напряжение с умножителя, выполненного на элементах C2, C3, C10,VD2-VD5.

Цепь R7C14 препятствует самовозбуждению микросхемы DA1. Стабилитрон VD10 защищает затвор VT1.

Выпрямитель организован по мостовой схеме на диодах Шоттки (VD6-VD9), что обеспечивает на них меньшее падение, повышая эффективность использования напряжений вторичных обмоток понижающего трансформатора T1. Конденсатор C11 сглаживает пульсации, выпрямленного диодным мостом постоянного напряжения.

Варистор RU1 защищает лабораторный блок питания от скачков сетевого напряжения.

Компоненты SB2.1 и SB2.2 являются одним переключателем с двумя группами контактов. Данный переключатель отвечает за подключение необходимой вторичной обмотки, в зависимости от нужного выходного напряжения. SB2.1 непосредственно коммутирует необходимую обмотку. SB2.2 шунтирует резистор R13 резистором R10 для включения диапазона выходного напряжения от 2.5В до 12В, либо отключает шунт R10 для диапазона от 2.5В до 5В.

Защита от перегрузки выполнена на самовосстанавливающихся предохранителях FU3 и FU4. Переключателем SA1 устанавливается порог срабатывания защиты (0.3А или 1.6А). При отработке предохранителя, размыкается силовая цепь, и выходная часть лабораторного блока отключается, светодиод HL2 светится. Когда предохранитель восстановлен, он шунтирует светодиод HL2 и его резистор R4, ограничивающий ток светодиода, вследствие чего, светодиод не засвечен.

Компоненты SB1.1 и SB1.2 представляют один переключатель с двумя группами контактов. Переключатель SB1.2 подключает встроенный вольтметр PV1 к выходу лабораторного источника питания, либо к внешнему устройству для использования вольтметра как измерительного прибора. При этом щупы для измерения необходимо подключать к контактам X1 (+) и X3 (-). Переключатель SB1.1 включает свечение светодиода HL1 при замкнутом переключателе SB1.2 на выход ЛБП, либо отключает свечение светодиода HL1 при замкнутом SB1.2 на внешнее устройство (X1).

Светодиод HL3 сигнализирует о присутствии напряжения на выходе лабораторного блока питания.

Диод VD11 защищает ЛБП от переплюсовки подключаемого устройства (аккумулятора, заряженного конденсатора).

При подключении вольтметра к внешним устройствам через контакт X1 возможно его повреждения высоким напряжением, для этого на его входе установлены термистор RK1 и разрядник FV1.

Компоненты схемы

Резистор R1 мощностью 1Вт. Резисторы R3, R4, R15 мощностью 0.5Вт, остальные могут быть мощностью 0.25Вт.

Термистор RK1 имеет положительный ТКС и сопротивление 2кОм.

Ниже будут представлены некоторые возможные замены, которые допускает автор схемы.

Варистор может быть заменен на FNR-20K471, FNR-14K471, GNR20D471K, LF14K471U, TVR14471.

Диоды VD2-VD5 могут быть заменены на 1n4148, КД521.

Диоды VD6-VD9 можно заменить на MBR340-MBR360, SR340-SR360, SR504-SR506 или на другие диоды Шоттки с током не менее 3А и напряжением более 40В.

Диод VD11 меняется на 1n5400-1n5408, FR301-FR307, КД226.

Стабилитрон VD1 можно заменить на 1n4734A или КС156А, а VD10 на Д814Д1 или 2C213A.

В качестве полевого транзистора можно применить IRL3705N, IRLZ44, IRFZ40, IRFZ42, 50N06A, STP3020L, BUZ11.

Замена самовосстанавливающихся предохранителей. FU3 меняется на MF-R040, LP60-030, LP60-040. FU4 меняется на LP30-160 или LP60-160.

Трансформатор лабораторного блока питания

Трансформатор должен иметь две вторичные обмотки с напряжением 4.5В и 7.5В переменного тока. Выходной ток обмоток не менее 2А. Можно перемотать уже готовый тороидальный трансформатор.

Вольтметр

В качестве вольтметра лабораторного блока питания применен цифровой вольтметр постоянного тока 0-100В. Дисплей состоит из трех сегментов. Вместо него можно применить любой другой аналогичный вольтметр с напряжением питания 3.3-24В.

Вольтметр 0-100В

Наладка

Необходимо подобрать сопротивление резистора R14, чтобы оно соответствовало сопротивлению терморезистора RK1 при температуре 250C.

Также подбирается необходимое сопротивление R10 и R13 до необходимого значения напряжения на выходе ЛБП.

В объем настройки лабораторного блока питания также входит калибровка встроенного вольтметра по показаниям эталонного прибора.

 

Оставьте комментарий