К сожалению, у автора сейчас нет достаточно времени, чтобы основательно заняться этим делом. Но отработки философии конструкции и основных технических решений не требуется - такая штука у меня отлично работает много лет. Дело лишь в небольшой модификации под современные детали, желательно уже применяемые нами. Поскольку поиск читателями нужных деталей может занять немалое время, я всё же дам эту вводную статью сейчас. Да и читатели уже торопят.
Итак, тема нашей следующей большой работы - лабораторный блок питания. Читатели нашего канала - разные. Есть увлеченные радиолюбители. Есть те, кто занимается семейным обучением детей и хотят, чтобы они знали физику и химию не только теоретически. Есть и люди, настроенные сугубо практически. Но эта конструкция нужна всем. Потому, что может питать почти всё. Ведь лабораторный блок питания должен иметь следующие характеристики:
- Плавно регулируемое в широких пределах стабилизированное выходное напряжение
- Наличие быстродействующей защиты и от коротких замыканий, и от перегрузок
- Возможность работы в режиме стабилизации не только напряжения, но и силы тока (что автоматически обеспечивает и выполнение предыдущего пункта)
В конкретных цифрах это должно быть примерно следующее:
Диапазон выходных напряжений - 0,5 -15 В
Постоянный выходной ток - до 2 А (с допустимостью кратковременных перегрузок до 2,5 - 3 А)
Удобное налаживание других радиолюбительских конструкций, выяснение пределов их работоспособности по напряжению питания, измерение напряжений и токов срабатывания реле, проведение различных физических опытов, зарядка аккумуляторов, проведение гальванических процессов, наконец просто питание бытовых устройств, блок питания от которых куда-то затерялся - всё станет возможно.
Однако сначала нам потребуется сделать выбор между двумя схемами построения блоков питания - обычной и импульсной. В обычной схеме напряжение сети понижается силовым трансформатором, затем выпрямляется, а далее следует схема, обеспечивающая стабилизацию, защиту и т.д. Недостатки: большой и массивный силовой трансформатор, большая тепловая мощность, выделяющаяся на регулирующем транзисторе, требующая соответственного радиатора.
В импульсном блоке питания сетевое напряжение сразу же выпрямляется высоковольтным выпрямителем, а далее собранный на высоковольтных транзисторах генератор превращает его снова в переменный ток, но уже частотой во много килогерц. Благодаря этому большую мощность может трансформировать крошечный трансформатор на ферритовом сердечнике. После трансформатора следует выходной выпрямитель. Стабилизация обычно осуществляется "зажатием" транзисторов высоковольтного генератора по сигналу цепи обратной связи. Поскольку они работают в ключевом режиме, то большие радиаторы им не требуются. Если вам нужен помещенный в небольшую сетевую вилку блок, способный вкачивать десяток ватт в аккумулятор айфона - то вам сюда.
Однако недостатки у этой схемы немалые:
- Сложность и плохая, скажем так, воспроизводимость в любительских условиях. Продавец ошибся или вы запутались в своих запасах, поставили ферритовое кольцо с малой проницаемостью - всё вроде бы собрано правильно, но не работает и непонятно, почему. И т.д.
- Сомнительная надежность. Одно дело - завод, годами получающий именно то, что нужно, от проверенных поставщиков. Другое дело - любитель, набравший высоковольтные детали из случайно попавшихся ему источников.
Но еще важнее следующие два недостатка:
1. Сложная, развитая и требующая наладки высоковольтная часть, НЕПОСРЕДСТВЕННО СОЕДИНЕННАЯ С СЕТЬЮ, несомненно ОПАСНА при настройке. А при неподобающем конструктивном исполнении (например, ненадежной межобмоточной изоляции) - и в эксплуатации.
2. Мощные резкие прямоугольные импульсы высоковольтного генератора, следующие, к тому же, на повышенной частоте, создают высокий уровень гармоник и ПОМЕХ. Эти помехи проходят и в сеть, и в выходную цепь, и излучаются непосредственно в эфир. Представляете себе, каково будет настраивать с таким питанием, например, чувствительный радиоприемник? А установка эффективных фильтров заметно сожрет выигрыш в массогабаритных характеристиках по сравнении с обычной схемой.
По этим соображениям мы выбираем обычную схему. Что же до экономичности и мощности, рассеиваемой регулирующим транзистором, то у автора есть одно решение, дающее на самых тяжелых режимах выигрыш не менее полуторакратного. Но для этого нам надо будет ближе познакомиться с еще одним типом радиодеталей...
О них - позже. А пока что будем искать другие важные части.
1. Силовой трансформатор. Нужное нам проще найти в советских сериях ТН - трансформатор накальный или ТПП. Нам нужно 6 обмоток обычного накального напряжения 6,3 В. Требуемый ток нагрузки каждой - 1,5 - 2,5 А. Болванка будет серьезная, ватт на 50. Возможен также другой вариант - 2 накальные обмотки + 2 обмотки на 10 - 13 вольт и на тот же ток. В крайнем случае, никто не запрещает нам набрать нужное из... двух трансформаторов.
2. Регулирующий транзистор. Наш традиционный "мощный" BD135 невообразимо слаб для такой роли. Хотя тоже будет работать в предоконечном каскаде. А на выход хорошо бы найти советский транзистор КТ803, КТ808 или КТ809, да не в пластмассовом, а в металлическом корпусе. Совсем шикарно будет найти прошедшие спецприемку 2Т803, 2Т808, 2Т809. Конечно, транзистор следует проверить на исправность. Но для собравших прибор "Деталь-тест" это проблемы не составит). К транзистору так же требуется его штатная металлическая пластинка с отверстиями для трех винтов М4, притягивающих его к радиатору. Сейчас ее проще найти на барахолке. Но можно и выпилить самому похожую.
3. Радиатор к регулирующему транзистору. Найдите хороший ребристый или игольчатый радиатор как можно большей площади с плоской пришлифованной площадкой, позволяющей установить ваш регулирующий транзистор. Просверлите на выбранном месте отверстия под выводы транзистора и под крепежные винты (хорошо бы нарезать в этих отверстиях метчиком резьбу, чтобы не крючить пальцы, надевая гайки с обратной стороны да еще между ребрами). На тонкие части выводов базы и эмиттера оденьте изоляционные трубочки, предотвращающие их замыкание с радиатором. Тщательно проверьте, чтобы на контактных поверхностях транзистора и радиатора не было никаких опилок или песчинок, препятствующих плотному соединению этих поверхностей. Для лучшего теплового контакта смажьте контактные поверхности белой кремнийорганической пастой КПТ-8 из радиомагазина. Но не перебирайте с ее количеством - паста вязкая и ее излишек теплопередачу наоборот ухудшит. Вместо нее можно использовать также самый обычный вазелин.
4. Полдесятка керамических конденсаторов емкостью 0,1 - 0,68 мкф. Вроде бы пустяк, но многое из того, что вы такого накупили, рассчитано вольт на 15, а нам нужно никак не меньше 30. Хорошо, если вы найдете старые советские КМ - их меньше, чем на 50 В не выпускали.
5. Стрелочный амперметр на 2 - 3 А с вертикальным положением шкалы. Если такого нет - берите более чувствительный милли- или микроамперметр. А как рассчитать и сделать шунт для него - мы уже писали.
6. Вольтметр можно было бы взять и готовый цифровой. Только с тремя выводами - то есть такой, у которого входы его питания и измеряемого напряжения раздельные. Такой может измерять напряжения и меньше 4 В. Но вполне сойдет и стрелочный на 15 В. Особенно хорошо смотреться будет, если он с амперметром будет одинакового дизайна. Так что можете взять два одинаковых миллиамперметра, ко второму подключите последовательно добавочное сопротивление - вот он и будет вольтметром.
7. Читатели, следившие за работами по "Деталь-тесту" уже знают, как на микросхеме - сдвоенном ОУ собрать стабилизатор, обеспечивающий и стабилизацию напряжения, и тока, и защиту от КЗ, и по-человечески разумно выбирающий нужный из этих режимов. Однако данный блок питания имеет еще ряд важных вспомогательных узлов, так что наших любимых LM258 берите сразу парочку - работа им найдется!
8. И, наконец, вам надо будет подыскать парочку хороших выходных клемм. С внутренним отверстием по оси, соответствующим обычной (не евро) сетевой вилке. Чтобы расположив клеммы на лицевой панели в 19 мм друг от друга вы бы могли подключать нагрузки и таким способом. С поперечным отверстием для возможности подключения просто зачищенного куска провода. И с невыпадающими при их полном выкручивании зажимами. Сейчас такие толковые клеммы найти не так просто, как в советские времена.