Сетевой блок питания (0-12В)
До сих пор для питания опытных усилителей НЧ и приемников ты использовал батареи гальванических элементов 3336Л, «Крона». Токи, потребляемые ими от источников питания, не превышали, как правило, 8...10 мА. Но ведь это только начало, впереди усилители, которые будут потреблять токи до 50...100 мА и больше. Значит, чаще придется заменять разрядившиеся батареи новыми.
А нельзя ли построить выпрямитель и, пользуясь им как источником постоянного тока, тем самым в какой-то степени избавить себя от хлопот о гальванических элементах и батареях? Конечно, можно. Именно такому устройству и посвящается этот практикум.
Рекомендуемый блок питания дает стабилизированное (устойчивое) постоянное напряжение, регулируемое почти от 0 до 12 В при токе до 250...300 мА. Блок пригоден для питания различных по сложности транзисторных приемников и усилителей низкой частоты, или же, в случае автономного питания, для зарядки питающих их аккумуляторных батарей.
Принципиальную схему такого блоха питания ты видишь на рис. 60. Его низковольтный выпрямитель образуют диоды V1...V4, включенные по мостовой схеме. Такое включение диодов выпрямителя тебе знакомо еще по третьему практикуму (см. рис. 19). Электролитические конденсаторы С1...С3, транзисторы V6, V7 и стабилитрон V5 служат для сглаживания пульсаций и стабилизации выпрямленного напряжения. Плавная регулировка выходного напряжения блока питания осуществляется переменным резистором R2 и контролируется по вольтметру PU1.
Вспомни, как работает такой выпрямитель блока. Прикрой листком бумаги всю правую часть схемы, включая конденсатор С1, а вместо этого конденсатора начерти на бумаге резистор и обозначь его буквами Rn. Он будет символизировать нагрузку выпрямителя.
Когда трансформатор питания Т1 первичной (I) обмоткой подключен к электросети, в его вторичной (II) обмотке индуцируется переменное напряжение, пониженное примерно до 12... 15 В. При положительном полупериоде переменного напряжения на верхнем (по схеме) выводе вторичной обмотки ток идет через диод V1, .нагрузку выпрямителя и .далее через диод V4 к нижнему выводу вторичной обмотки трансформатора. Диоды V2 и УЗ в это время закрыты, и ток через них не идет. При отрицательном полупериоде деюдеы VI и V4 закрываются, а диоды V2 м V3 открываются. 44 теперь ток а нагруэке идет в том же направлении, но через открытые в это время диоды V2 и V3. Происходит двухполупериодмое выпрямление пониженного напряжения переменного тока.
Можно ли, пользуясь только таким выпрямителем, питать транзисторный приемник? Питать-то можно, но ничего хорошего из этого не получится — в динамической головке грoмкoгoвopителя или телефонах приемника будет слышен гул низкого тона, заглушающий передачу радиостанции. И вот почему. Ток в нагрузке такого выпрямителя постоянен по направлению, но он пульсирует с частотой 100 Гц, то есть с удвоенной частотой тока электросвязи. И если пульсации выпрямленного тока не сгладить, с такой же частотой станут изменяться базовые и коллекторные токи транзисторов приемника, и в головке громкоговорителя, подключенной к выходу усилителя НЧ или приемника, будет слышен лишь звук, соответствующий частоте пульсаций тока выпрямителя.
В нашем блоке питания сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения и поддержание постоянного тока в нагрузке осуществляется электролитическими конденсаторами и транзисторным стабилизатором, схему которых ты прикрывал листком бумаги. Открой ее и проследи всю цепь питания нагрузки выпрямителя, подключаемой к зажимам X1 «+» и Х2 «—». Ток в этой цепи, а значит, и напряжение на нагрузке, регулирует включенный в- нее транзистор большой мощности V7, управляемый маломощным транзистором V6. Оба транзистора стабилизатора включены по схеме с общим коллектором (эмиттерные повторители) и работают как двухкаскадный усилитель тока. Нагрузкой транзистора V6 служит эмит-терный перекод транзгистора V7 и резистор R3, з нагруз- ~ кой транзистора V7 — цепи приемника или усилителя, подключенные к выходу блока.
Резисторы R-1 и R2 образуют делитель напряжения, питающий цепь базы транзистора V6. Благодаря стабилитрону V5 и конденсатору C2 на переменном резисторе R2 создается строго постоянное напряжение, равное напряжению стабилизации стабилитрона, в нашем случае — 12 В. Когда движок резистора R2 находится в крайнем нижнем (по схеме) положении, оба транзистора стабилизатора закрыты и, следовательно, тока через транзистор V7 и напряжения на выходных зажимах блока нет. По мере перемещения движка переменного резистора вверх на базу транзистора подается открывающее его отрицательное напряжение. Одновременно отрицательным напряжением, падающем на резисторе R3, открывается транзистор V7, и во внешней цепи блока появляется ток. Чем,больше отрицательное напряжение на базе транзистора V6, тем больше открываются транзисторы стабилизатора, тем больше напряжение на выходе блока и ток в его нагрузке.
Конденсатор СЗ невыходе выпрямителя дополнительно сглаживает пульсации тока. Резистор R5 — добавочный вольтметра PU1. Его сопротивление подбирают в зависимости от тока полного отклонения стрелки электроизмерительного прибора, используемого в блоке питания. Резистор R4 нужен длят того, чтобы и при отключенной нагрузке регулирующий транзистор V7 работая как усилитель тока.
Одна из возможных конструкций рекомендуемого блока показана на рис. 61. В нем роль трансформатора питания Т1 выполняет трансформатор ТВК-70 (выходной трансформатор кадровой развертки телевизора), первичная обмотка которого используется как сетевая (I). При напряжении сети 220 В на вторичной обмотке такого трансформатора получается- переменное напряжение около 12 В. Можно также использовать выходной трансформатор лампового радиоприемника, площадь сечения магнитопровода которого составляет 4,5...6 см 2. Включив первичную обмотку в сеть (через предохранитель на ток 0,5 А), измерь вольтметром переменного тока напряжение на вторичной обмотке. Если оно значительно меньше 12 В, например 7...8 В, то вторичную обмотку придется перемотать.
Число витков во вторичной обмотке такого трансформатора, обеспечивающее понижение напряжения электросети до 12...15 В, легко подсчитать по числу витков.в его первичной обмотке. Например, первичная обмотка содержит (по паспорту трансформатора) 2600 витков и включается oнa в сеть напряжением 220 В. В этом случае на 1 В напряжения сети приходится примерно 12 витков (2600 : 220=12). Чтобы вторичная обмотка давала напряжение 12 В, она, следовательно, должна содержать 145...150 витков.
Для вторичной обмотки подойдет провод марки ПЭВ или ПЭ диаметром 0,2...0,3 мм. Ш-образные пластины магнитопровода переделанного трансформатора собирай вперекрышку.
Для блока питания можно использовать любые выпрямительные диоды, в том числе и ныне устаревшие серии Д7. Электролитические конденсаторы С1...СЗ, использованные в описываемой конструкции, типа КЭГ-2. Можно, разумеется, применить и другие конденсаторы, например типа К50-6, на номинальное напряжение не менее 15 В. Емкость этих конденсаторов стабилизатора не должна быть меньше 100 мкФ. Переменный резистор R2 типа Ж с выключателем питания (S1), стабилитрон V5 серии Д813 или аналогичные ему Д811, Д814Г, Д815Д с напряжением стабилизации не менее 12 В; транзистор МП39 можно заменить транзисторами МП40...МП42, транзистор П213Б — транзисторами большой или средней мощности П210, П201, П202, П602 с любыми буквенными обозначениями.
Для измерения выходного напряжения блока можно использовать любой малогабаритный прибор магнитно-электрической системы, например М5-2, на ток 1...5 мА. Сопротивление добавочного резистора R5 рассчитывай так же, как добавочный резистор вольтметра постоянного тока на предел измерений 12 В.
Вольтметр, трансформатор питания, электролитические конденсаторы, выходные зажимы и переменный резистор R2 С; выключателем питания крепи на лицевой панели, выпиленной из листового гетинакса или текстолита толщиной 1,5м.2 мм по размерам подобранной коробки с крышкой. Резистор R1 и стабилитрон V5 припаивай непосредственно к выводам электролитических конденсаторов, резистор R4 — к выходным зажимам XI и Х2 блока. Предохранитель, смонтированный на изоляционной пластинке, можно укрепить между трансформатором питания и конденсаторами.
Остальные детали блока питания монтируй на отдельной гетинаксовой плате (на рис. 61 — внизу) и крепи ее непосредственно на зажимах измерительного прибора.
Монтируя выпрямитель, особое внимание удели правильной полярности включения диодов, электролитических конденсаторов и выводов транзисторов. Учти: отрицательные обкладки электролитических конденсаторов не должны иметь общих контактов. Это значит, что между их корпусами, соединяющимися с отрицательными обкладками, а, также между- ними и крепящей их скобой обязательно должны быть изоляционные прокладки. Включив питание, сразу же измерь вольтметром постоянного тока напряжение на выходе выпрямителя. При крайнем верхнем (по схеме) положении движка переменного резистора оно Должно соответствовать номинальному напряжению-стабилизации стабилитрона (вчнашем случае 12 В) и плавно уменьшаться почти до нуля при вращении оси переменного резистора против направления движения часовой стрелки. Если, наоборот, Напряжение увеличивается при ином вращении оси резистора; поменяй местами проводники, идущие к крайним выводам этого регулятора выходного напряжения выпрямителя.
Затем включи в цепь стабилитрона миллиамперметр и, подбирая резистор R1, установи в этой цепи начальный ток, равный 20..25 мA. При подключении к выходу выпрямителя нагрузки) роль которой Может выполнять проволбчный резистор еопрбтивлением 100... 120 Ом, Ток через стабилитрон должен уменьшаться до 8... 12 мА, а выходное напряжение оставаться практически неизменным.
После этого займись градуировкой шкалы вольтметра. Подбери резистор R5 такого номинал а, чтобы отклонение стрелки прибора до конечной отметки шкалы ссь ответствовало наибольшему выходному напряжению блока питания, то есть 12 В. Шкала равномерная. Поэтому каждая двенадцатая часть дуги шкалы будет соответсгвовать напряжению, равному 1 В. Нанеси и промежуточные отметки, чтобы отсчитывать доли вольта.
А если не окажется измерительного прибора для индикации выходного напряжения? Тогда надо будет по вольтметру, подключенному и выходу блока, проградуи-ровать шкалу переменного резистора (рис. 62). Ни в этом случае неизбежна погрешность в определении вы-жодного напряжения, которая будет тем значительнее, чем больше ток, потребляемый его нагрузкой.
Что же касается самой конструкции блока питания, то она, разумеется, может быть иной, разработанной с учетом имеющихся деталей; При этом ты можешь внести кое-какие дополнения. Например, добавить индикатор подключения блока к сети. Его роль может выполнять коммутаторная лампочка не напряжение 12 В, подключенная ко вторичной обмотке трансформатора, или неоновая лампа ТН-2, подключенная , через резистор сопротивлением 200...220 кОм параллельно лервич-ном обмотке трансформато-ра. Своим свечением они будут сигнализировать о включении питания.
Лампочку накаливания на такое же напряжение, но рассчитанную на тек не менее 300 мА, то есть на наибольший ток выпрямителя, полезно включить в разрыв выходной цепи, например между точкой соединения вольтметра с минусовым проводником и выходным зажимом этого проводника. В том случае, если в усилителе или приемнике, подключенном к выходу выпрямителя, окажется коротко замкнутая цепь или нагрузка потребляет чрезмерно большой ток, лампочка, загораясь, будет сигнализировать об этом.
Такая простейшая сигнализация весьма полезна, так как может предотвратить порчу блоиа нивжия. Объясняется это тем, что в ста6илизаторое блока работают транзисторы, а они не выдерживают перегрузок. Наиболее опасно короткое замыкание между эдакомесущмми проводнинами конструкции, подключенной к блоку питания. В этом случае через регулирующий транзистор V7 блока потечет ток, значительно превышающий допустимый. И если это своевременно не заметить, может произоти тепловой пробой транзистора, и он выйдет из строя.
И еще один совет: пользуясь сетевым блоком питания, не забывай, что в цепи первичной обмотки трансформатора действует высокое напряжение!
Литература: Борисов В. Г. Практикум начинающего радиолюбителя.2-е изд., перераб. и доп. — М.: ДОСААФ, 1984. 144 с., ил. 55к.