Для начинающих. Простой блок питания.

С одной стороны, удобно питать свои конструкции от аккумуляторов, тем более, что их много разных. Но не менее удобно питать конструкции от сети через блок питания с соответствующим выходным напряжением. Да и для зарядки тех же аккумуляторов блок питания пригодится.

В этой статье я расскажу как сделать простой блок питания с сетевым трансформатором, который по сложности не превосходит простой приемник прямого усиления и чуть сложнее, чем детекторный приемник.

Рассмотрим блок-схему блока питания.

Рис. 1.

Переменное напряжение от сети поступает на преобразователь напряжения - понижающий сетевой трансформатор. Пониженное переменное напряжение превращается в пульсирующее с помощью выпрямителя, а затем сглаживается сглаживающим фильтром. Получившееся постоянное напряжение стабилизируется с помощью стабилизатора напряжения и готово к подаче на нагрузку.

Самым "слабым" местом является понижающий трансформатор, так как это по нынешним временам самая дорогая часть блока питания. Раньше с этим проблем не было, так как на свалке можно было найти самые разные от ламповой техники. В дело шли не только сетевые трансформаторы, но и кадровые и звуковые трансформаторы ламповых телевизоров. Сейчас их можно найти на толкучках.

Я посмотрел на Озоне - 5 Вт (220В/12В) - 780 руб, 50 Вт - 1700 руб. На Али: 1 Вт - 300 руб, 2 Вт - 500 руб, 10 Вт - 1000 руб. (все с доставкой).

Понижающий трансформатор имеет одну первичную обмотку, рассчитанную на сетевое напряжение и одну или несколько вторичных обмоток, рассчитанных на напряжение, необходимое для питания конструкций.

Рис. 2. Условное обозначение трансформаторов.

Tr1 имеет одну вторичную обмотку, Tr2 - одну вторичную обмотку с отводом от середины, Tr3 - с двумя вторичными обмотками.

Конструктивно трансформаторы чаще всего выполняются на Ш-образном сердечнике.

Рис. 3. Ш-образные сердечники из штампованных пластин (А) и металлической ленты. (Б).

В штампованных и ленточных сердечниках в качестве материалов магнитопроводов применяют чаще всего электротехнические стали. Толщина лент навивки 0,1-0,3 мм, а штампованных пластин 0,5 мм. Для умень­шения потерь на вихревые токи уменьшают толщину пластин или лен­ты, а также изолируют их друг от друга слоем оксидной пленки (окислитель­ный отжиг пластин), или лаковым покрытием.

Обмотки трансформатора наматывают изолированным проводом на диэлектрическом каркасе из картона или пластмассы. Количество витков обмоток зависит от напряжения, на которые они рассчитаны. Отношение количества витков первичной и вторичной обмоток равно отношению напряжений, на которые они рассчитаны.

Рис. 4.

Первичная обмотка содержит на порядок бОльшее количество витков и ее сопротивление постоянному току (которое можно измерить мультиметром) намного больше, чем сопротивлению вторичной обмотки. Кроме того, вторичная обмотка, по которой течет ток бОльший, чем в первичной, мотается более толстым проводом. Есть еще одна закономерность: чем меньше мощность трансформатора, тем выше сопротивление его первичной обмотки.

Посмотрим, как это выглядит в натуре.

Рис. 5. Китайский трансформатор 1 Вт (220/12 В). Слева - вторичная обмотка (Ом), справа - первичная обмотка (кОм).

Рис. 6. Китайский трансформатор 10 Вт (220/12 В). Слева - вторичная обмотка (Ом), справа - первичная обмотка (кОм).

Есть у меня и тороидальный трансформатор, обмотки которого намотаны на кольцо, навитое из стальной ленты. Такой трансформатор имеет меньшие размеры и поле рассеивания.

Рис. 7. Советский тороидальный трансформатор 60 Вт (220/14 В). Слева - вторичная обмотка (Ом), справа - первичная обмотка (Ом).

С трансформатором вроде все. Можно, конечно, если у вас есть железо от трансформатора, каркас (можно склеить самому) и провод сделать трансформатор "с нуля". Но это уже другая песня.

Итак, у нас есть трансформатор, который выдает необходимое (а лучше на 2-3 В бОльшее) переменное напряжение. Теперь нужно его выпрямить. Это сейчас почти всегда делают с помощью полупроводникового p-n перехода. имеющего одностороннюю проводимость. Чаще всего это выпрямительные диоды. Работу диодного выпрямителя я очень подробно рассматривал в своей статье, кому интересно - посмотрите, там все подробно, с картинками.

Так как проще поиметь трансформатор с вторичной обмоткой без отвода от середины, то использовать нужно мостовой выпрямитель. Его можно выполнить на 4-х диодах (например 1N1007, его максимальный ток 1А, но лучше 0,5А). Если необходим бОльший ток, то диды можно взять помощнее: Д214, Д242 - 10А, или, что лучше, современные диоды с барьером Шоттки (1N5821 - 3А, STPS10L25D - 10А, SBL3040PT - 30).

Еще проще использовать интегральные выпрямительные мосты, такие как КЦ410 - 3А; DB102 - 1 А, в корпусе dip; RS507 - 3А; GBJ2501 - 25А.

Рис. 8. Выпрямительные диоды и интегральные мосты.

А теперь - к практике. Я уже давно собирался сделать себе маленький БП для своих приемников. УВЧ, УНЧ и УПЧ :). Требования такие: выходное напряжение 12 В (или 10В), выходной ток 50 - 70 мА. Для этого у меня есть китайский трансформатор мощностью 1 Вт и выходным напряжением 12 В. Для выпрямителя есть 1N1007, для сглаживающего фильтра - конденсатор 1000,0 мкФ х 25В, ну и, чтобы не возиться, интегральный стабилизатор L7812. А в качестве корпуса подойдет распределительная коробка.

Рис. 9.

Вот его схема.

Рис. 10.

Я все-таки решил сделать выходное напряжение равным 10 В. Дядюшка Ху пожалел провода для вторичной обмотки, в результате напряжение на конденсаторе С1 (с нагрузочным резистором 1 кОм) оказалось всего 13,8 В. А падение напряжения на стабилизаторе - около 2,2 В, т.е. на его входе должно быть минимум 14,2 В, а лучше - 15-16 В. Это позволит стабилизатору работать при колебании питающего сетевого напряжения 25 - 30 В. Я решил установить два индикатора: один - на выходе выпрямителя, второй - на выходе стабилизатора. Это позволит установить, что не работает: трансформатор или стабилизатор.

Предохранителей нет. Ставить сетевой предохранитель нет смысла - потребляемый ток около 5 мА, а стабилизатор имеет защиту от перегрева, а его не ставил на радиатор. Так что при падении на стабилизаторе напряжения 4 В и токе 100 мА на нем будет рассеиваться почти 0,5 Вт.

Можно поставить вместо большого стабилизатора маленький - 78L09, у него максимум 100 мА использующих внутреннее ограничение тока и защиту от перегрева, что делает их по существу очень долговечными.

Вот что у меня получилось:

Рис. 11.

Рис. 12.

В качестве выходного разъема использовал "тюльпан", небольшого тумблера на 250В у меня не нашлось, так что обошелся для него.

Как видите, изготовление блока питания с одним напряжением на выходе дело не сложное. Труднее сделать БП с регулируемым выходным напряжением. В чем же трудность? Ведь можно сделать простейший регулируемый стабилизатор, вот хотя бы такой:

Рис. 13.

Стабилитрон VD1 и R1 образуют источник опорного напряжения, которое подается на потенциометр R2, а с его движка - на базу транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя. На его эмиттере напряжение будет равно напряжению на базе, за вычетом падения напряжения на переходе э-б (около 0,7 В для кремниевых транзисторов). Таким образом, напряжение на Rн может меняться от напряжения стабилизации стабилитрона практически до 1 - 2 В.

А закавыка здесь в том, куда девается разница напряжения между Uвх и Uн. Оно падает на переходах транзистора (Uпнт). Представим себе, что напряжение Uвх = 12 В, а напряжение стабилизации стабилитрона - 9В; на нагрузке будем менять напряжение от 9 до 2 В, потребляемый ток - 1А.

При напряжении Uн=9 В Uпнт = 12В - 9В = 3 В, а мощность, рассеиваемая на транзисторе Рт = 3В х 1А = 3 Вт. При напряжении Uн=2 В Uпнт = 12В - 2В = 10 В, а мощность, рассеиваемая на транзисторе Рт = 10В х 1А = 10 Вт. Чувствуете разницу? Если в первом случае можно обойтись небольшой алюминиевой пластиной в качестве радиатора, то во втором случае таким радиатором не обойдешься. Да транзистор нужно взять в таком корпусе, который лучше отдает тепло.

Еще один вопрос: а можно ли как-нибудь, хоть грубо, но просто, индицировать ток, протекающий через транзистор и падение напряжения на нем. Можно, и для этого понадобится только резистор и светодиод. Современные светодиоды хорошо светят при напряжении на их выводах около 2В, а начинают заметно светиться уже при 1,5 В.

Рис. 14.

Сила тока через транзистор индуцируется светодиодом HL1, который включен параллельно резистору R3. При токе 1А падение напряжения на резисторе будет равно 2В и светодиод будет ярко светиться, а при токе менее 0,75А светиться не будет.

Светодиод HL2 будет светиться в зависимости от падения напряжение на транзисторе и величины R4. Если подобрать этот резистор так, чтобы светодиод ярко светил при минимальном напряжении на нагрузке, то при уменьшении увеличении этого напряжения светодиод будет постепенно гаснуть.

Хочу добавить, что это не защита транзистора от КЗ в нагрузке, а только приблизительная индикация режима его работы. А хорошая защита требует более сложных решений. А чтобы получить от блока питания 9В напряжение 5В проще установить последовательно еще одну микросхему стабилизации, благо стоят они (маломощные) ну просто копейки (около 3руб/шт).

А вот для более сложного блока питания с защитой от КЗ мне вчера пришла одна интересная микросхемка, но о ней - в другой статье.

Всем здоровья и успехов!