Транзисторный лабораторный блок питания 0-30V 0-5A

Изначально статью планировалось назвать «Чисто транзисторный блок питания», правда в эту почтенную группу триодов затесалась 78L12, которая хоть и тоже трехвыводная, но микросхема. Хотя при желании от её можно заменить на стабилитрон, но давайте обо-всём по порядку…

✅ Итак, представляем схему простого лабораторного источника питания на транзисторах, с возможностью регулировки выходного напряжения и также регулировки ограничения тока, обеспечивающего защиту от коротких замыканий.

Схема лабораторного БП 30V 5A

Оригинальная схема БП была чисто транзисторная, здесь же внедрением стабилизатор напряжения 78L12 для питания дифференциального усилителя, что повысило стабильность работы при колебаниях напряжения сети. Если что — можно эту цепочку упростить. Максимальный ток нагрузки до 5 А.

Ограничение по току также выполняет функцию защиты от короткого замыкания — при его возникновении ток ограничивается до 0-5 А, предохраняя силовой транзистор T1 от выхода из строя. Хотя элемент сильно нагревается, его разрушение не происходит.

Список деталей

Описание работы схемы

1. Входное питание и выпрямление

• S — сетевой выключатель.
• F — предохранитель на 2 А.
• Tr — трансформатор 220 В / 28 В, 4 А. Он понижает сетевое напряжение до 28 В переменного тока.
• D3–D6 (6A6) — диодный мост, выполняющий выпрямление переменного тока в пульсирующий постоянный ток.
• C4 (4700 мкФ, 63 В) — фильтрующий электролитический конденсатор, сглаживает пульсации выпрямленного напряжения.
• C5 (100 нФ) и C6 (100 нФ) — дополнительные керамические конденсаторы, подавляющие высокочастотные помехи.

2. Формирование опорного напряжения

• IC1 (78L12) — стабилизатор напряжения на 12 В. Питает часть управляющей схемы.
• D2 (стабилитрон 10 В) и P1 (10 кОм, регулятор напряжения) образуют опорное напряжение, регулируемое пользователем.
• C3 (10 мкФ, 63 В) — фильтрует выход стабилитрона.

3. Дифференциальный усилитель и регулировка

• T5 и T6 (BC557C) — составной дифференциальный усилитель, сравнивает опорное напряжение с частью выходного напряжения (через делитель R5 и P4).
• P4 (25 кОм) и R5 (8,2 кОм) — образуют делитель, формируя напряжение обратной связи.
• T4 (BC547C) усиливает разность напряжений и управляет следующим каскадом.

4. Силовой каскад

• T1 (MJ802) — мощный выходной транзистор, через который подаётся питание на выход.
• T2 (BD140) и T3 (BC547C) — драйверы и защита силового транзистора.
• R4 (0,47 Ом, 5 Вт) — шунт для измерения тока.
• D1 (1N4148) — защита от обратного напряжения.

5. Ограничение тока и защита

• P2 (100 кОм) + P3 (250 кОм) — регулировка порога ограничения тока.
• R6 (10 кОм), R8 (1 кОм) — задающие резисторы.
• При превышении установленного порога ток через R4 вызывает смещение на T3, который «запирает» T1, ограничивая ток.

6. Дополнительные элементы

• C1 (2,2 нФ) и C2 (4,7 мкФ) — фильтрация и компенсация высокочастотных колебаний (устойчивость).
• R7 и R9 (по 470 Ом) — ограничения тока для управляющих цепей.
• R2 (10 кОм) и R3 (3,3 кОм) — задающие токи для дифференциального каскада.

Печатная плата для БП

Разработана компактная печатная плата, на которой размещены почти все элементы схемы, кроме транзистора T1 и регулировочных потенциометров. Транзистор крепится на радиатор, а потенциометры выведены на переднюю панель.

Подключения осуществлены с использованием разъёмов: Molex KK для потенциометров, KRE для соединения с транзистором и трансформатором, а также Faston для выхода питания, что позволило упростить разводку и обеспечить надёжность соединений. Размер платы — 76 × 60 мм.

Сборка и конструкция

При сборке произошла путаница в маркировке напряжения и тока, которая впоследствии была исправлена. Все компоненты доступны, стоят недорого и могут быть частично извлечены из старой техники.

Для корпуса была изготовлена индивидуальная конструкция из листовой жести — использованы части старых осветительных приборов и электроники. Конструкция максимально адаптирована под доступный короб, без ущерба для функциональности.

Разметка корпуса осуществлялась при помощи распечатанного шаблона в натуральную величину, который переносился на металл растворителем с последующим сгибанием.

Использованный трансформатор был извлечён из старой аудиотехники и обладает следующими характеристиками:

• Вторичная обмотка 1: 30 В × 5 А
• Вторичная обмотка 2: 17 + 17 В × 1,5 А

Допустимо применение трансформаторов с аналогичными параметрами (27–30 В × 5 А). Если двухобмоточного трансформатора нет, возможна установка двух отдельных: основного для питания и вспомогательного (например, 12 + 12 В × 300 мА) для питания цифрового вольтамперметра.

Дополнительный источник питания необходим из-за требований китайского цифрового вольтамперметра, установленного в блоке. Возможно использование и аналоговых стрелочных приборов, что избавляет от необходимости в дополнительной обмотке или трансформаторе.

Для передней панели применён шлифованный алюминий (обработка наждачной бумагой №100 в одном направлении), на который также был перенесён шаблон маркировки методом термопереноса.

Некоторые цифровые вольтамперметры требуют наличия минимальной нагрузки для корректного отображения показаний. В представленном проекте нестабильность устранялась установкой резистора 1,5 кОм × 3 Вт, подключённого напрямую к выходу источника.

При использовании аналоговых измерителей необходимость во второй обмотке отпадает. Также допускается применение отдельных цифровых вольтметра и амперметра с индивидуальным питанием. Конкретное подключение зависит от модели прибора; как правило, производитель или продавец предоставляет инструкцию. В данном случае измерение тока осуществляется по минусовой линии.

На задней панели размещены: радиатор, розетка и держатель предохранителя. Плата крепится к трансформатору с помощью стоек и пластиковых проставок.

Для питания вольтамперметра была собрана простая плата на стабилизаторе: двухполупериодный выпрямитель, фильтрация и стабилизация с использованием TIP122 и стабилитрона. Эта часть схемы не требуется при использовании аналоговых измерительных приборов.

Следует использовать провод сечением, соответствующим рабочему току. Для соединений силовых цепей (трансформатор, коллектор/эмиттер T1, выход) применён провод 1,5 мм², для сигнальных и низкоточных линий — 0,75 мм².

Регулировка блока питания

Регулировка сводится к двум настройкам:

• Выходное напряжение: Повернуть регулятор P1 (напряжение) на максимум и подстроечным резистором P4 установить выходное напряжение в 30 В.
• Ограничение тока: Повернуть регулятор P2 (ток) на максимум. Подключить нагрузку, потребляющую более 5 А (например, автомобильную лампу). Отрегулировать напряжение с помощью P1 до 13,5 В и подстроечным резистором P3 установить ток в диапазоне 4–5 А. После настройки напряжение может измениться — это нормально. Затем при увеличении напряжения ток не должен превышать 5 А, что будет свидетельствовать о корректной работе ограничения.

При отсутствии мощной лампы можно использовать четыре резистора 10 Ом × 10 Вт, соединённых параллельно — они дадут нагрузку около 5,4 А при 13,5 В.