Закончив цикл уроков, где в качестве источника электроэнергии использовались батарейки, переходим к урокам, где будет использоваться сетевой блок питания. С сетевыми блоками питания вы знакомы. Это зарядное устройство вашего мобильного телефона или смартфона, блок питания роутера, блок питания ноутбука и другие.
Чем отличаются эти блоки питания?
Схемой – бывают трансформаторные (более массивные) и с импульсной схемой (малогабаритные).
Параметрами - у электроприборов важно учитывать их напряжение и ток. Поэтому посмотрите - на имеющихся у вас блоках питания указывается выходное напряжение и допустимый ток. Обычно на зарядных устройствах это 5 вольт, а на блоке питания роутера 9 вольт (иногда 12 вольт). Ток до 1 ампера (1000 мА). Если для смартфона требуется зарядное устройство с допустимым током до 1000 мА, то необходимо выбирать такое устройство. Нельзя здесь применять менее мощную "зарядку" на 500 мА. Такое зарядное устройство будет перегреваться и выйдет из строя, если вообще будет работать.
Как устроен классический трансформаторный блок питания? Это трансформатор, размер которого зависит от мощности блока питания, а мощность, как мы изучали – это напряжение умноженное на ток:
P=U*I
p – мощность (ватт)
U- напряжение (вольт)
I- ток (ампер)
Если у вас на блоке питания написано 500 мА, то легко перевести это значение в амперы, зная, что 1 Ампер = 1000 мА. Соответственно 500 мА = 0,5 Ампер. Напряжение зарядного устройства обычно 5 вольт. Следовательно мощность данного блока – 2,5 Ватт.
В наборе «Электроник- 2» (который вы можете у нас купить) находится трансформаторный блок питания с напряжением от 9 вольт и более, рассчитанный на ток до 500 мА. Трансформатор для безопасности помещён в закрытый корпус. Внутри корпуса трансформатор и выпрямитель.
Трансформатор выдаёт переменный ток. Но в электронных схемах используется постоянный ток. Такой, как в батарейках. Поэтому после трансформатора в схеме использован выпрямитель переменного тока. А почему называется выпрямитель?
Чтобы увидеть, как «выглядит» переменный ток, воспользуемся программой «Начала электроники». Здесь выберем генератор переменного тока, где в свойствах уже задано действующее напряжение 220 вольт, а частота 50 Гц (то же самое, что у вас дома в розетке - таков стандарт для бытовых потребителей электротока. В другой стране может быть другой стандарт. Так в США в розетке 100 вольт, 60 Герц). Вызовем в этой программе прибор - осциллограф. Осциллограф позволяет увидеть форму электротока. Подключаем щупы осциллографа к генератору переменного тока (не меняя параметров осциллографа) и видим такую картинку:
Теперь в параметрах генератора переменного тока задаём действующее напряжение 9 вольт. На виртуальном осциллографе зададим усиление 10 вольт на деление, а развёртку 5 мс/деление
Не забывайте в свойствах лампочки и генератора указывать необходимые параметры. То есть в первом случае для лампочки необходимо выбрать напряжение 220 вольт, а во втором опыте - 10 вольт. Форма синусоиды осталась прежней, но если в первом опыте размах синусоиды 200 вольт на деление, то во втором случае - 10 вольт на деление.
На диаграмме показан источник переменного тока с напряжением 9 вольт. Эта линия называется синусоида. А почему амплитуда 12 вольт, если вольтметр переменного тока показывает 9 вольт? 9 вольт – это действующее напряжение. А амплитуда выше действующего напряжения в 1,41 раза. Это надо помнить, так как при выпрямлении переменного тока это проявится.
Постоянный ток выглядит как ровная линия. Поэтому нам необходимо «выпрямить» переменный ток.
Как видно на диаграмме, переменный ток в измеряемой точке то повышает своё значение до + 12 вольт , то понижает до – 12 вольт. Поэтому на выводах трансформатора плюс и минус меняются местами очень быстро (50 раз в секунду). Сделаем так, чтобы на одном выводе был плюс, а на другом минус. Для этого используем свойства диода пропускать ток только в одном направлении. Если подключить диод к одному из выводов трансформатора, то у нас получается вот такой импульсный ток (диод не пропустил отрицательные импульсы):
Далеко от ровной линии? Да ещё и вольтметр покажет только половину действующего напряжения. Поэтому собирается схема из 4-х диодов. Называется такая схема – мостовой выпрямитель.
И теперь диаграмма выглядит так:
Уже лучше, но до прямой линии далеко. Да и напряжение может упасть на 1 или 2 вольта – потери. Диоды всё - таки имеют некоторое сопротивление. Поэтому для сглаживания напряжения в схему подключаем конденсатор большой ёмкости – от 1000 микрофарад и больше:
Конденсатор заряжается на максимуме амплитуды и отдаёт ток в цепь на минимуме амплитуды. Поэтому график будет выглядеть таким образом:
Как видите на нижней диаграмме, ток выпрямлен, а некоторое отличие от прямой линии зависит только от свойств конденсатора. Чем больше ёмкость конденсатора – тем ровнее диаграмма. Такие диаграммы называют осциллограммы. Напряжение на конденсаторе будет зависеть от нагрузки. Без нагрузки напряжение может достигать 12 вольт. Чем больше ток, тем напряжение будет ближе к действующему, то есть к 9 вольтам.
Повторим опыт с применением программы – симулятора «Физика»:
На синусоиде видим, что конденсатор хорошо сглаживает выпрямленный ток. Уберите конденсатор и убедитесь, что появилась такая пила:
Страница дистанционного радиокружка В Контакте
Мой сайт "Техническая академия"
