Универсальный регулятор мощности
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.
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.
Рис. 1. Принципиальная электрическая схема универсального регулятора мощности
Генератор пилообразного напряжения собран на транзисторе УЗ с RC цепочкой (R3R5C1) и стабилитронах V1 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 V1, 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 по следующие каскады от перегрузок по напряжению. Транзистор V6, включенный по схеме эмиттерного повторителя, служит для согласования.
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
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 V11 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 V11. 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.
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.
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).
Рис. 3. Активный фильтр и детектор канала ЦМУ
Генератор пилообразного напряжения и блок питания будут общими для всего устройства, а каскад на транзисторах V11, 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.