В первой части мы рассмотрели блок управления самодельного датчика света. Для того чтобы запитать данное устройство, нам понадобится источник питания, который мы так же рассчитаем и соберем самостоятельно.
Для питания конструкций на операционных усилителях нужен маломощный источник, выдающий напряжение (3-15) В и ток (100-500) mA. Чаще для питания операционного усилителя(ОУ) применяют “двух полярное” напряжение и реже “одно полярное”. В данном устройстве применяется “одно полярный” трансформаторный блок питания на напряжение 12 В и ток 500 mA. Ниже приведена структурная схема блока питания.
Используемый трансформатор понижает переменное напряжение 220 В в переменное напряжение 12 В. Далее сигнал идет на выпрямитель, он предназначен для преобразования переменного напряжения в однонаправленное. Так как у переменного тока направление (и величина) меняются, следовательно, после выпрямителя имеем пульсирующее напряжение, величина которой изменяется, а направление нет. Выпрямители делятся на однополупериодные и двухполупериодные.
Если подключить параллельно выходам трансформатора вольтметр, то он покажет действующее значение напряжения, что в корень из 2 раз меньше чем максимальное значение этого напряжения, а если подключить вольтметр параллельно выходам выпрямителя, то он будет показывать максимальное значение напряжения, что в корень из 2 раз больше действующего значения напряжения, которое поступает на выпрямитель.
При подключении нагрузки, напряжение на выпрямителе снижается. На это влияет сразу несколько причин:
- снижается напряжение на вторичной обмотке трансформатора;
- падение напряжения на выпрямительных диодах (от 0.5 до 2) В;
- конденсатор фильтра разряжается током нагрузки и среднее напряжение на нем уменьшается и т. д.
Фильтр представляет собой конденсатор большой емкости. Он заряжается когда напряжение, поступающее от выпрямителя, имеет максимальное значение, а потом медленно разряжается, соответственно, будет меньше пульсаций так как за это время конденсатор разряжается на меньшую величину.
Таким образом диоды выпрямителя, работающие на емкостную нагрузку должны выдерживать ток гораздо больший, чем ток нагрузки.
Стабилизатор - специальная схема, пропускающая напряжение с входа на выход специальным образом. Он работает так, что напряжение на его выходе всегда одинаково. Это напряжение получается из водного напряжения и, поэтому, входное напряжение должно быть больше, так как излишек погасит стабилизатор.
В данном блоке питания используется стабилизатор напряжения LM7812.
Расчет блока питания
Данный блок питания состоит из минимально числа компонентов и предназначен для питания маломощных устройств. Схема блока питания представлена ниже.
Переменное напряжение 220 В поступает на первичную обмотку трансформатора. Со вторичной обмотки трансформатора получаем напряжение 12 В и ток 500 mA. Следовательно, по данным его характеристик, это маломощный трансформатор. Выбираем трансформатор из серии E141X20(X21). С трансформатора переменное напряжение поступает на выпрямитель выполненный на диодном мосту.
Диодный мост — электрическое устройство, предназначенное для преобразования(выпрямления) переменного напряжения в постоянное(пульсирующее).
Диодной мост серии KBP 210, рассчитанный на ток в 1 А и максимальное обратное напряжение 400 В. Данный выпрямитель преобразует переменное напряжение в пульсирующее однополярное, и уже с диодного моста полученное напряжение поступает на сглаживающий электролитический конденсатор, емкость которого 1000 мкФ и напряжение 25 В.
Из второго закона коммутации следует, что напряжение на конденсаторе скачком не меняется, следовательно, чем больше емкость конденсатора, тем меньше пульсаций на его выходе. Поэтому целесообразно для напряжения 12 В выбирать конденсатор емкостью 1000 мкФ и более.
Подробнее о законах коммутации и переходных процессах, можно ознакомиться в нашем видеоуроке.
Известно, что ток через диоды или диодный мост протекает только в момент заряда конденсаторов фильтра. Аналогично и выходной фильтрующий конденсатор должен соответствовать данным требованиям, поэтому два конденсатора выбираем с одинаковыми параметрами.
После того как напряжение стало более сглаженным, оно поступает на стабилизатор. Так как на стабилизатор поступает напряжение 12 В, выбираем его из серии LM7812. Далее стабилизированное напряжение поступает на фильтр, а тот в свою очередь разряжается на резистор подключенный к нему параллельно. Так как ток и напряжение достаточно малы, их произведение даст малую мощность, следовательно, выбираем резистор малой мощности 0.125 Вт сопротивлением 1000 Ом. С резистора напряжение будет поступать на блок управления.
Изменение напряжения на каждом участке цепи блока питания приведено ниже.
Схема блока питания, собранная в программе Multisim.
В третьей и завершающей части, мы рассмотрим как рассчитывается блок управления.
Пропустили 1-ю часть? оставляем ссылку.
Если понравилась статья, подписывайтесь на канал и не пропускайте новые публикации.