В детском проекте, макета солнечной электростанции, я реализовал подобную схему стабилизатора напряжения, только на всего одном транзисторе. Потому что регулировка диапазона напряжения от 0 вольт мне не требуется. Обвязку со стабилитроном я использовал уже более современную. вообще, данную схему можно реализовать на любых видах транзисторов, при понимании что да как. Регулируем тут мы напряжение, ток как заявляется в описании не изменяется на всех режимах работы. Это я хочу проверить. Ибо за все время, что в детстве я собирал и повторял подобную схему, я как то и не задумывался над ее особенностями. Она работала везде и для всего.
На сегодняшний день, имея кучу мусорных компонентов, которые просто выкидываются из старой аппаратуры, вполне реально собирать как не регулируемые преобразователи, так и регулируемые в зависимости от необходимости. Подобную схему, можно использовать, как для регулировки яркости светодиодов, так и для зарядки гаджетов или их стабилизированного питания. Или же для зарядки литиевых аккумуляторов от непостоянного входного напряжения. В сравнении с цифровыми стабилизаторами, аналоговый и простой стабилизатор, работает стабильно, без срыва выходной мощности. Простой стабильный и надежный. А в некоторых случаях еще и бесплатный.
В этой части беседы я расскажу вам о полноценном блоке питания аппаратуры от сети переменного тока. Вы можете изменять, упрощать или усложнять проектируемые вами приемники или усилители, но для их питания вы будете использовать тот же источник.
Предлагаемый блок питания (рис. 177) представляет собой двухполупериодный выпрямитель со стабилизатором и регулятором напряжения.
Постоянное напряжение на его выходе можно плавно изменять примерно от 1 до 12 В при токе нагрузки до 0,5 А. Это значит, что такой блок можно использовать для питания практически любого приемника или усилителя, измерительных приборов.
Рассмотрим структуру и работу блока. Сетевой трансформатор Т1 с обмоткой I подключен к электроосветительной сети 220 В через предохранитель FU1 и выключатель SA1. Обмотка II трансформатора и диоды VD1VD4, включенные по мостовой схеме, образуют двухполупериодный выпрямитель. Эта часть блока вам уже знакома по предыдущей части разговора (см. рис. 174). Параллельно выпрямительному мосту включен оксидный конденсатор С1, сглаживающий пульсации выпрямленного напряжения. С него напряжение подается на нагрузку через стабилизатор напряжения, который выполняет функции дополнительного фильтра выпрямителя и одновременно регулятора выходного напряжения блока питания. Прослеживаем цепь питания нагрузки 1^ (приемника, усилителя), подключаем к выводам XI «» и X2 «+» блока. Ток в этой цепи, а следовательно, и напряжение на нагрузке зависят от состояния транзистора VT2, включенного в эту цепь.
Когда этот транзистор открыт и сопротивление его участка эмиттер-коллектор мало (несколько Ом), то на нагрузке падает все напряжение выпрямителя. Когда транзистор закрыт и сопротивление участка эмиттер-коллектор становится очень большим, то на этом участке падает почти все напряжение выпрямителя, и на нагрузку практически ничего не остается. Состоянием транзистора VT2 управляет транзистор VT1, который, в свою очередь, управляется постоянным напряжением, подаваемым на его базу со скользящего контакта переменного резистора R2. Оба транзистора включены по схеме ОК (эмиттерных повторителей) и работают как двухкаскадный усилитель тока. Нагрузкой транзистора VT1 является эмиттерный p-n переход транзистора VT2 и резистор R3, а нагрузкой регулирующего транзистора VT2 — цепь нагрузки, подключенная к выходу блока. Управляющая цепь стабилизатора напряжения образована параметрическим стабилизатором, состоящим из резистора R1 и стабилитрона VD5, и подключенным к нему переменным резистором R2.
Благодаря стабилитрону и конденсатору С2 на переменном резисторе (по отношению к стабилитрону он подключен потенциометром, т. е. делителем напряжения) действует постоянное напряжение, равное напряжению стабилизации UCT, с помощью в блоке стабилитронов. В описываемом блоке это напряжение равно 12 В. При нахождении движка переменного резистора в крайнем нижнем (по схеме) положении регулирующий транзистор VT1 закрыт, так как напряжение на его базе (относительно эмиттера) равно нулю. Регулирующий транзистор VT1 в это время также закрыт. При перемещении движка переменного резистора вверх на базу транзистора VT1 подается открывающее отрицательное напряжение и в его эмиттерной цепи возникает ток. Одновременно отрицательное напряжение, падающее на эмиттерном резисторе R3 транзистора VT1, открывает транзистор VT2, и во внешней цепи блока питания появляется ток. Чем больше отрицательное напряжение на базе транзистора VT1, тем больше открываются транзисторы, тем больше напряжение на выходе блока питания и ток в его нагрузке. Наибольшее напряжение на выходе блока практически равно напряжению стабилизации стабилитрона VD5 (Д813), а наибольший ток, потребляемый нагрузкой от блока, равен удвоенному прямому току выпрямительных диодов. В выпрямителе описываемого блока использованы диоды серии Д226, максимальный выпрямленный ток которых составляет 300 мА (0,3 А). Это означает, что наибольший ток, потребляемый нагрузкой от источника питания, может достигать 600 мА.
При изменении тока в нагрузке от нескольких миллиампер до 280…300 мА напряжение на ней практически не меняется Возможная конструкция блока питания показана на рис. 178, а. Штриховыми линиями условно обозначены углы фанерного ящика корпуса блока. Все детали, за исключением переменного резистора R2 с выключателем питания SA1, резистора R4 и выходных клемм XI и X2, смонтированы на гетинаксовой плате, которая прикручена к днищу корпуса винтами. Примерные размеры этой платы, расположение и схема соединения деталей на ней показаны на рис. 178, а (штриховыми линиями обозначены соединительные проводники, расположенные в нижней части платы). Корпус транзистора VT1 размещен в отверстии (диаметром 10 мм) в плате. Нижняя часть корпуса транзистора VT2 также размещена в отверстии в плате (диаметром 17 мм), и прижата к плате сверху фланцем. Переменный резистор R2 с переключателем SA1 (переменный резистор TK или TKD) и выходные клеммы блока монтируются на другой панели, вырезанной из листового гетинакса, стеклотекстолита или другого изоляционного материала толщиной 2…3 мм (в крайнем случае фанеры), которая является крышкой ящика. Они соединяются с соответствующими точками монтажной панели многожильными проводниками в надежной изоляции. Резистор R4 припаивается непосредственно к выходным клеммам. Переменный резистор R2 должен быть группы А, т. е. его сопротивление
между клеммой двигателя и любой из
крайних клемм прямо пропорционально углу поворота оси. Это необходимо для того, чтобы шкала его выходного напряжения была максимально равномерной. Коэффициент h213
транзисторов может быть небольшим, например 25…30, важно только, чтобы
они были исправны. Причем вместо
транзистора МП39 можно использовать любые другие маломощные низкочастотные транзисторы (МП40-МП42), а вместо П213Б
транзисторы П214П217 с любым буквенным
индексом. Резисторы Rl, R3
типа МЛТ на любую рассеиваемую мощность.
Конденсаторы оксидные
К50-6. Их
емкости могут быть больше 500 мкФ,
что еще лучше сгладит пульсации выпрямленного тока. Что касается их номинальных напряжений, то для конденсатора С1 оно должно быть не менее 25 В, а для С2 не менее 15 В. Стабилитрон VD5 серии Д813 или аналогичный Д811, Д814Г с напряжением стабилизации 12 В. Для самого выпрямителя, помимо диодов серии Д226, можно использовать диоды серии Д7, а также выпрямительный блок КС402 (содержит четыре кремниевых диода, которые включены мостом) с любой буквой в обозначении.
Функцию сетевого трансформатора Т1 может выполнять выходной трансформатор кадровой развертки ТВК-70,
первичная обмотка которого используется в качестве сетевой. При напряжении сети 220 В на его вторичной обмотке получается переменное напряжение около 12 В, а на выходе выпрямителя (на конденсаторе С1) постоянное напряжение 16…17 В. Но сетевой трансформатор может быть и самодельным, о чем мы уже говорили в этой беседе.
При монтаже деталей блока питания
особое внимание уделите правильной полярности диодов, оксидных
конденсаторов и выводов транзисторов. А после окончания монтажа проверьте его по принципиальной
схеме на наличие ошибок, лишних соединений. Только после этого подключите его к сети и проверьте его работоспособность. Включив блок питания, сразу же измерьте вольтметром постоянное напряжение на выходе блока. При движке переменного резистора R2 в крайнем верхнем (по схеме) положении оно должно соответствовать номинальному напряжению стабилизации стабилитрона (в нашем случае 12 В) и плавно уменьшаться почти до нуля при вращении оси переменного резистора против часовой стрелки. Если же, наоборот, при таком вращении оси резистора напряжение увеличивается, то поменяйте местами проводники, идущие к крайним выводам этого регулятора выходного напряжения блока. Затем в разрыв цепи стабилитрона, обозначенный на рис. 177 крест-накрест, включите миллиамперметр и подбором резистора R1 установите ток в этой цепи, равный 10…12 мА. При подключении к выходу блока нагрузки, роль которой может выполнять проволочный резистор сопротивлением 100…120 Ом, ток через стабилитрон должен уменьшиться до 6…8 мА, а напряжение на эквиваленте нагрузки должно практически не измениться. Может случиться так, что при потребляемом нагрузкой токе 200…250 мА регулирующий транзистор VT2 начнет сильно нагреваться. Тогда его придется установить на теплоотводящий радиатор
Г- или П-образную металлическую пластину площадью 80…100 см2.
После этого приступайте к калибровке шкалы переменного резистора R2, которым впоследствии будете устанавливать напряжение, подаваемое на ту или иную нагрузку. Делайте это так. Подключите к выходным клеммам резистор сопротивлением 430…470 Ом, чтобы замкнуть внешнюю цепь блока, и вольтметр постоянного тока. Затем плавно вращайте ось переменного резистора и на дуге, проведенной вокруг оси, делайте отметки, соответствующие напряжениям, показываемым вольтметром. На этом настройку блока питания можно считать завершенной. Какие изменения или дополнения можно внести в такой блок питания? Может случиться так, что у вас нет транзистора П213Б или другого транзистора средней или большой мощности. Тогда вместо него поставьте транзистор МП42. Но в этом случае максимальный ток, потребляемый нагрузкой от блока питания, не должен превышать 40…50 мА. На первое время вас это вполне устроит, а в дальнейшем вы замените его мощным транзистором.
К вторичной обмотке трансформатора можно подключить лампу накаливания ЭЛИ (рис. 179, а), рассчитанную на напряжение 12 В, и закрепить ее на верхней лицевой панели. Когда она загорится, она будет служить индикатором включения блока в сеть.
Блок можно дополнить вольтметром и вместо шкалы переменного резистора установить с его помощью необходимое выходное напряжение. Схема подключения измерительного прибора к выходу блока показана на рис. 179, б. Для этой цели подойдет любой малогабаритный прибор магнитоэлектрической системы, например М5-2 на ток 1…5 мА. Ориентировочное сопротивление добавочного резистора Rao6, ограничивающего ток через вольтметр PU1, рассчитайте по формуле, вытекающей из закона Ома: R = U/I, где U — наибольшее напряжение на выходе блока питания, а I — наибольший ток, на который рассчитан измерительный прибор. Например, если прибор рассчитан на ток 5 мА, а напряжение на выходе блока составляет 12 В, резистор Iдоб должен иметь сопротивление около 2400 Ом. Откалибруйте шкалу прибора с помощью образцового вольтметра.
Рис. 179. Введение в сетевой блок индикатора включения (а), вольтметра выходного напряжения и сигнализатора перегрузки (б)
Вольтметр, как и переменный резистор, можно разместить на передней панели блока. Индикатор перегрузки можно также ввести в блок питания. Дело в том, что транзисторы, работающие в стабилизаторе напряжения, не выдерживают перегрузок. Наиболее опасным является короткое замыкание между выходными клеммами или между токоведущими проводниками конструкции, подключенными к блоку. В этом случае через регулирующий транзистор VT2 блока может протекать недопустимо большой ток, что может вызвать тепловой пробой транзистора и выход его из строя. Простейший индикатор перегрузки, схема которого показана на рис. 180, представляет собой резистор R5 и параллельно соединенную лампу накаливания EL2, которую необходимо включить в разрыв цепи между конденсатором фильтра С1 и параметрическим стабилизатором R1 VD5. По мере увеличения тока нагрузки падение напряжения на нити накала лампы EL2 и резисторе R5 будет увеличиваться. Сопротивление этого резистора подбирается таким образом, чтобы при токе нагрузки 200…250 мА нить накала лампы начинала заметно светиться, а при токе более 500 мА — ярко светиться, сигнализируя о перегрузке блока питания. Резистор R5 проволочный, с рассеиваемой мощностью не менее 10 Вт. Для него используйте высокоомную манганиновую, нихромовую или константановую проволоку толщиной 0,18…0,2 мм. Намотайте ее на корпус резистора МЛТ-0,5 или МЛТ-1,0. Сигнальная лампа EL2
переключающая
КМБ
60 (6 В х 60 мА) или МН6,3
0,26. Разместите ее на панели с внутренней стороны около переменного резистора R2, а отверстие напротив лампы заклейте красной прозрачной пленкой. Такое простое сигнальное
устройство поможет вам предотвратить выход из строя транзисторов стабилизатора напряжения при перегрузке блока питания.
Блок питания можно также дополнить миллиамперметром и по его показаниям судить о полном токе, потребляемом приемником, усилителем колебаний звуковой частоты или другой подключенной к нему нагрузкой.
Подойдет любой малогабаритный измерительный прибор магнитоэлектрической системы на ток 200…300 мА. Его, закрепив на передней панели блока, можно включить, соблюдая полярность, в разрыв проводника, идущего от регулирующего транзистора стабилизатора напряжения к выходной клемме. Он также будет служить индикатором перегрузки источника питания. Должен ли сетевой источник питания всегда иметь стабилизатор напряжения? Нет! Он не требуется, например, для выпрямителя источника питания усилителя 34 с повышенной выходной мощностью, для некоторых других устройств, не требующих тщательного сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения.