Здравствуйте мои читатели! И особенно начинающие электронщики!!!
Продолжаем изучение электроники и немного вернёмся к прошлым занятиям, а именно, к блокам питания. Проведём испытание интересной схемы, а так же познакомимся как измерять параметры блока питания. Видео я делать не буду, но каждую схему, расчетную формулу и результаты измерения для разных вариантов обязательно приведу.
Практическое занятие по своей сути – это маленькая лабораторная работа.
План работы:
--- Цель работы – испытание интересной схемы блока питания;
--- Доработка схемы;
--- Соблюдение правил охраны труда!
--- Подбор комплектующих деталей и измерительных приборов;
--- Изучение азов измерения параметров схемы и основ метрологии;
--- Поэтапная сборка участков схемы с оценкой параметров;
--- Полная сборка схемы, наладка параметров, получение
результатов измерения;
--- Выводы и заключение о работе схемы.
Цель работы:
Сборка и испытание интересной схемы блока питания: СИНХРОННО РЕГУЛИРУЕМЫЙ ДВУХПОЛЯРНЫЙ БП НА ОСНОВЕ LM317/LM337.
Эта схема с небольшими различиями была опубликована тремя авторами и меня заинтересовала. Параметры схемы во всех трёх вариантах заявлены практически одинаковые, но вот нет данных по симметричности напряжений при регулировке и их придется нам уточнять ( на сколько они одинаковы при изменении тока нагрузки ). Доработка схемы. Данная доработка направлена на расширение возможностей блока питания. Лозунг любого самодельщика: ПРОВЕРЯЙ И ЕСЛИ ПОНРАВИЛОСЬ – ДЕЛАЙ ТАК ЧТОБЫ НЕ ПЕРЕДЕЛЫВАТЬ!!!
Теперь о самой сути переделки: данная схема блока питания обеспечивает на выходе два разнополярных напряжения одинаковой величины и это очень хорошо, но как быть, если потребовались два разнополярных напряжения разной величины или два напряжения одной полярности разной величины?
Дорабатываем схему!
Главным условием доработки было минимальное изменение основной части схемы принципиальной.
Соблюдение правил охраны труда.
Данный блок питание питается от сетевого напряжения ~230 Вольт и поэтому, при работе необходимо быть осторожным и не касаться проводов с высоким напряжением! Помните, что поражение электрическим током имеет очень серьёзные последствия! Можно получить даже механические травмы, если при ударе током Вы непроизвольно отдернули руки или сделали резкое движение телом… ПРАВИЛА ОХРАНЫ ТРУДА НАДО СОБЛЮДАТЬ!!!
Подбор комплектующих деталей и измерительных приборов.
Для реализации доработки применяем силовой трансформатор с двумя отдельными обмотками по 15 Вольт. Трансформатор ТПП-287 подходит для лабораторной работы, а в последствии и для самого блока питания.
Ещё потребуются выпрямительные мосты, электролитические конденсаторы, микросхемы LM317 и LM337 с радиаторами, несколько резисторов ( постоянных, подстроечных и переменных ), светодиод, два панельных вольтметра-амперметра и два клавишных выключателя. Все уточнения о радиоэлементах будут поясняться когда мы будем добавлять их в схему.
Соединяем обмотку 11-12 последовательно с обмоткой 15-16 и обмотку 13-14 с обмоткой 17-18. Обмотки 19-20 и 21-22 оставляем в резерве, но они нам потребуются и об этом чуть позже.
После соединения обмоток подключаем диодные мосты.
При измерении не забываем переключить прибор на измерение переменного напряжения с пределом измерения 20 Вольт. При сетевом напряжении ~227 Вольт обмотки без нагрузки выдают напряжение ~16,6 Вольта. Под нагрузкой напряжение должно уменьшиться до 15 Вольт.
Все переключения, подключение и отключение радиоэлементов производим только при отключении от сети! Это обязательное правило!!!
Какой величины и на какое рабочее напряжение должны быть конденсаторы? Во многих источниках рекомендуют емкость конденсаторов из расчета 5000 мкФ на 1 Ампер потребляемого от этого выпрямителя тока, но для начала установим конденсаторы 2200 мкФ. Рабочее напряжение конденсатора берётся с запасом.
При расчёте берем напряжение ненагруженных обмоток и умножаем на 1,41 – это разница между измеренным напряжением ( это действующее напряжение ) и амплитудным напряжением. В результате получаем Umax = ~16,6 х 1,41 = 23,4 Вольта. Из этой величины вычитаем падение напряжения на двух диодах по 0,4В ( в каждом полупериоде в мостике работают два диода ) – 0,4 х 2 = 0,8В. В итоге на выходе ненагруженного выпрямителя будет Uхх = 23,4 – 0,8 = 22,6В. Конденсаторы с рабочим напряжением 25В подходят, но с минимальным запасом. И дополнительно учитываем допустимый разброс питающего напряжения в сети +10%. Получаем Uxx= 22,6 + 2,26 = 24,86 В. Весь запас для конденсаторов на напряжение 25 Вольт исчерпан! Выбираем конденсаторы на рабочее напряжение 35 Вольт. Многие отметят, что напряжение холостого хода Uxxпод нагрузкой «просядет» и очень значительно, но это только в блоках питания с номинальной нагрузкой, а вот блок питания для испытаний и настройки отдельных узлов должен быть рассчитан на максимальное напряжения Uxx.
Подключаем конденсаторы к диодным мостам и измеряем напряжение Uxx.
Напряжение Uxx = 22,3 Вольта, что совпадает с нашими рассчетами!
Теперь необходимо подключить нагрузку к выпрямителю и проверить напряжение с нагрузкой 1 ампер. Для этого потребуется мощный резистор R= Uxx/I = 22.3/ 1 = 22.3 Ома. Резистор такой найти не получится, да ещё и с рассеиваемой мощностью 22 Вт. В моём распоряжении оказались резисторы МЛТ-2 2,7Ом. Соединяю последовательно 8 шт. и получаю в итоге 21,6Ом ( измеряю мультиметром – получилось 21,7Ом ), почти равно рассчетному. И теперь проверяю напряжение нагруженного выпрямителя с конденсатором 2200 мкФ.
Подключение и измерение параметров с помощью этого я показал специально, так как в дальнейшем еще будут измерения с участием этого прибора и даже двух для оценки их метрологической идентичности в пределах метрологической погрешности.
Убираем один резистор из цепочки и получаем общее сопротивление нагрузки 19Ом. Измеряем ток и напряжение.
Теперь определим, как повлияет ёмкость сглаживающего конденсатора на выходное напряжение если параллельно к нему добавить второй конденсатор 2200 мкФ.
При подключении дополнительного конденсатора напряжение возросло и стало 19,2В, а ток 1,02А. Улучшение есть, но оно не существенно, поэтому оставляем один конденсатор 2200 мкФ. При дальнейшем испытании схемы уточним необходимую величину ёмкости…
Далее оцениваем пульсации. Хочу заметить, что все измерения в этой работе даны с учетом отсутствия осциллографа у начинающего электронщика. У меня он есть и не один, а два, но начинал я учиться без этого прекрасного прибора… Поэтому и рассказываю как оценивать многие параметры простыми измерительными приборами.
Что такое пульсации напряжения в блоке питания? Пульсации напряжения в блоке питания обусловлены физической невозможностью идеально сгладить конденсаторами выпрямленного напряжения после выпрямительного моста. Как мы мы не увеличивали ёмкость сглаживающего конденсатора полностью их убрать не получится, если только не установить конденсаторы ёмкостью 100 000 … 200 000 мкФ… Но стоимость такого блока питания вырастет соизмеримо с его габаритами. Поэтому измерим ( приблизительно, из-за отсутствия осциллографа или специальных приборов ) пульсации самым простым методом с помощью пикового детектора.
Чем больше ёмкость конденсатора или конденсаторов тем ближе напряжение Uсгл приближается к Uампл. Очень большая ёмкость уменьшая пульсации вместе с этим увеличивает нагрузку на выпрямительные диоды при включении питания, так как разряженный конденсатор в момент подачи напряжения представляет собой короткое замыкание, вызывающее перегрузку и диодов, и трансформатора. И когда действительно требуется очень большая ёмкость сглаживающих конденсаторов применяются специальные методы по снижению зарядного тока.
Переходим к измерению Uампл, для этого к схеме добавляем пиковый детектор.
Как видно из схемы пиковый детектор – это диод с накопительным конденсатором. Емкость конденсатора 47 мкФ. Измеряем напряжение мультиметром ( у него высокое входное сопротивление и он почти не нагружает пиковый детектор ). В качестве диода применил германиевый точечный диод Д9. Почему именно германиевый? Германиевый диод открывается небольшим положительным напряжением и при отсутствии нагрузки падение напряжение на диоде минимальное.
Измеряем напряжение: при напряжении 18,9В и токе 1,0А напряжение на выходе пикового детектора равно 20,3В. Отключаем питание и заменяем диод Д9 на кремниевый Д220. Включаем питание и получаем на выходе пикового детектора 19,9В. Следовательно, пиковый детектор на германиевом диоде показывает точнее. Величина пульсаций составляет 1,4 Вольта. Линейный стабилизатор на микросхеме LM317 ( LM337 ) обеспечивает нормальную стабилизацию если, подаваемое на него Uсгл превышает верхний порог регулировки на 2,5…3 Вольта. Значит, если при регулировке стабилизатора установить верхний порог 16 Вольт, стабилизатор обеспечит нормальное выходное напряжение с минимальными пульсациями ( для их измерения уже потребуются специальные приборы или измерительные схемы ).
Так как наш будущий блок питания рассчитан на два напряжения, нам необходимы два одинаковых вольт-амперметра. Как определить, что они одинаковы? Метрологическую идентичность приборов можно определить только на специальном стенде, а у нас его нет… Попробуем сравнить их старым «дедовским» методом – вольтметры включим параллельно, а амперметры последовательно!
Уменьшаем нагрузку – устанавливаем снова 21,7Ома.
Как видно из рисунка показания практически не отличаются. Это порадовало! Но на схеме видно, что провода VA- не подключены. И инструкции написано, что при работе в схеме этот провод не подключают и только при питании прибора от отдельного источника питания к нему подключают проводники VA+ и VA-.
Но в интернете «гуляет» много интересных схем, где этот провод вопреки рекомендациям производителя подключен…
Решил рискнуть и проверить что получится если их подключить…
Вывод: подключать вывод VA- только при питании прибора от отдельного источника. И такое подключение нам потребуется при подключении второго прибора к стабилизатору отрицательного напряжения. Но об этом чуть позже.
Первая часть лабораторной работы получилась объёмная, но хочется подробнее рассказать – это очень важно для начинающих, а для опытных электронщиков ( особенно старшего поколения ) приятно будет вспомнить и освежить в памяти давно известный материал.
А следующей части рассмотрим сборку, наладку и проверку стабилизатора положительного напряжения.
Если материал понравился, и Вы нашли в нём полезное для себя не посчитайте за труд и оставьте свой отзыв! Очень буду рад прочитать Ваши комментарии.
Чаще заходите на мой канал, подписывайтесь! Информация учебного и познавательного характера будет регулярно пополняться!
Желаю Всем читателям здоровья и успехов в творчестве!!!