Прочитав эту статью, вы сможете без проблем разобраться практически с любой схемой регулируемого блока питания на биполярных транзисторах.
За основу возьмем схему из книги Борисова В.Г. Практикум начинающего радиолюбителя.
В схеме есть ошибка, но в книгах, в отличии от этих ваших интернетов всегда приводится подробное описание работы каждого компонента - найти ошибку сможет любой прочитавший описание. (я собирал схему когда учился в школе)
Зачем такое старье?
Во первых я её собирал лично, и точно знаю, что она работает, более того эта схема в несколько видоизмененном виде была собрана для питания вот такого магнитофона - который стоит у меня на даче. ~91...92 год.
Данный "мофон" питался исключительно от батареек, а найти готовый сетевой адаптер или батарейки в те времена было не реально. Не пропадать же добру - и поэтому "я его слепила из того, что было", разместив все детали в отсек для батареек.
Плата кстати сделана из куска картона, потому-что стеклотекстолит в моем захолустье, был доступен примерно также как адаптеры и батарейки.
Собирать такое в настоящее время смысла особого не имеет - уж если сильно хочется самодельный линейный ЛБП то лучше собрать по какой-нибудь такой схеме (я сейчас именно таким и пользуюсь) - но эта схема точно не для начинающих....
Поскольку транзисторы n-p-n структуры сейчас более распространены - разбирать работу схемы мы будем именно на них.
Эту часть схемы я рисовать не буду.
Здесь у нас предохранитель F1 (стеклянная трубочка с тонкой проволочкой, которая перегорает если через нее будет проходить слишком большой ток) разрывая цепь и спасая квартиру от пожара.
И трансформатор, который получает 380, 220 отдаёт маме на остальное гудит,
- обеспечивает гальваническую развязку от питающей сети;
- понижает сетевое напряжение до нужных нам 12В.
Просто считаем, что у нас есть трансформатор, который при подключении к сети на вторичной обмотке выдает переменное напряжение 12V.
Переменный ток (тот который в розетке) 10 миллисекунд течет в одну сторону, и 10 миллисекунд в другую.
Наша первая задача сделать так, чтобы ток в цепи тек в одну сторону. Для этого потребуется 4 выпрямительных диода.
Условное обозначение диода напоминает стрелочку. Ток течет только в том направлении куда эта самая стрелочка указывает (обратно не течет).
Из них необходимо собрать однофазный двухполупериодный мост.
Как работает эта схема видно из этой анимации. Когда ток от трансформатора течет "туда" - он проходит через диоды D1 и D4. Когда ток течет "обратно" - он проходит через диоды D2 D3. Через резистор R1 ток течет уже только в одном направлении. В электронике и электротехнике направление движения тока принято от плюса к минусу - поэтому где будет + а где - на выходах диодного моста надеюсь понятно без пояснений.
Ток проходящий через резистор R1 стал постоянным, можно ли вместо него подключить магнитофон приведенный в начале статьи?
Теоретически можно, а практически ничего хорошего из этой затеи не выйдет. Почему? Смотрим график изменения напряжения на нагрузке R1
Синяя линия - график изменения напряжения на выходе трансформатора.
Зеленая линия - график изменения напряжения на нагрузке.
Зеленая линия не пересекает 0 - ток течет в одном направлении, но напряжения там то пусто то густо. Если к такому источнику питания подключить магнитофон или любой другой усилитель звуковой частоты диффузор динамика будет колебаться туда сюда - даже если никакого звукового сигнала на входе УНЧ нет.
Ток в нагрузке такого выпрямителя постоянен по направлению, но он пульсирует с частотой 100Гц, т.е. с удвоенной частотой питающей сети. И если пульсации выпрямленного тока не сгладить, с такой же частотой станут изменяться базовые и коллекторные токи транзисторов и в головке громкоговорителя, подключенной к выходу усилителя , будет слышен лишь звук соответствующий частоте пульсаций тока выпрямителя.
Если после фразы "100Гц" у Вас возникло желание перестать читать статью (а такое желание возникает у многих Дзен читателей), то рекомендую посмотреть на линейку виртуального осциллографа (цена деления 10мс) и еще раз перечитать учебник физики разобравшись с такими понятиями как период, полупериод и частота.
Простым языком - магнитофон будет жутко гудеть.
Для того, чтобы гудело не так сильно на выход выпрямителя ставят сглаживающий конденсатор большой емкости.
Штука по принципу работы простая до безобразия - умеет быстро накапливать и отдавать электрическую энергию.
В моменты когда ток проходит через диоды питаем нагрузку и заряжаем конденсатор, в моменты когда сетевое напряжение близко или переходит через 0 питаем нагрузку от конденсатора.
Избавит ли это нас от гудения полностью? Смотрим график.
Выглядит это получше и зависимость тут понятна. Чем больше будет емкость конденсатора, тем меньше пульсации. Чем больший ток будет потреблять нагрузка - тем больше пульсации. Главная проблема этой простой схемы совсем в другом. В чем? Отключим нагрузку и подключим на выход выпрямителя вольтметр.
16V - если схема чувствительна к напряжению питания и ей нужно именно 12V и не вольтом больше - мы её просто спалим в момент подключения.
Откуда они там взялись если вольтметр подключенный к выходу трансформатора купленного в магазине выкорчеванного из старой Советской радиоаппаратуры показывал только 12V?
Вернемся к нашей первой схеме:
Тот факт, что переменный ток двигается туда сюда - не мешает ему нагревать резистор, однако в разные моменты времени он это делает по разному.
В точке А напряжение на резисторе равно 0 и резистор не греется совсем, в точке B напряжение максимальное, соответственно и нагрев максимальный. И как в таком случае посчитать мощность выделяемую на резисторе в виде тепла?
Давайте возьмем точно такой-же резистор и подключим его к источнику постоянного тока:
Его напряжение подберем таким образом, чтобы в течении длительного времени нагрев резисторов был одинаковым. Вот именно это значение и указывают на сетевых розетках, выходах трансформаторов, его показывают и вольтметры. Такое значение называют действующим - в импортном симуляторе оно фигурирует под аббревиатурой RMS (выделено в кружочке)
Для того чтобы найти амплитудное напряжение (максимум - на картинке указан стрелочками) действующее значение нужно умножить на 1,414.
12*1,414 = 16,968V
Мораль? Резисторы "по теплу" считаем используя действующее значение напряжения, а вот для подбора номинального напряжения конденсаторов используем амплитудное.
Для того, чтобы построить адекватный блок питания потребуется деталь которая умеет выдавать постоянное напряжение при некотором изменении входного. Например такая:
Это стабилитрон. Основных параметров два: напряжение стабилизации и ток при котором эта самая стабилизация происходит. В прямом направлении он работает как обычный диод - и в таком виде его обычно не используют, а вот в обратном... Возьмем например стабилитрон с напряжением стабилизации 12V:
Все пульсации (вольтметр V1) на выходе исчезли. У этой схемы даже есть умное название "параметрический стабилизатор". Миссия выполнена? Если нагрузка потребляет небольшой ток - то да. Для того, чтобы стабилитрон мог, что-то стабилизировать, необходимо, чтобы через него протекал ток некоторого значения (ток стабилизации). Понятно, что если мы начнем отбирать нагрузкой слишком большой ток - стабилизация исчезнет.
От этого виртуального стабилитрона ток больше 3.5mA забрать уже не выйдет.
Этот ток необходимо усилить и для этого как нельзя лучше подходят транзисторы, но сначала нужно прикрутить "крутилку" с помощью которой мы сможем регулировать переменное напряжение на выходе блока питания.
Установим его ручку в среднее положение разделив опорное напряжение 12V пополам.
Осталось добавить каскад на 2-х транзисторах
Ток в цепи, а значит, и напряжение на на нагрузке, регулирует транзистор большой мощности T2. Т2 управляется маломощным транзистором Т1. Оба транзистора стабилизатора включены по схеме с общим коллектором (эмиттерные повторители) и работают как двухкаскадный усилитель тока. Нагрузкой транзистора Т1 служит эмиттерный переход транзистора Т2 и резистор R2. Нагрузкой транзистора Т2 - нагрузка подключенная к выходу блока питания (резистор Rn). Резистор R1 и потенциометр РОТ1 образуют делитель напряжения, питающий цепь базы транзистора Т1. Благодаря стабилитрону D5 не переменном резисторе POT1 создается строго постоянное напряжение (в нашем случае 12V).
Кода движок потенциометра POT1 находится в крайнем нижнем по схеме положении, оба транзистора стабилизатора закрыты и следовательно тока через транзистор Т2 нет. Напряжения на нагрузке Rn нет.
По мере перемещения движка потенциометра РОТ1 вверх, на базу транзистора Т1 подается положительное открывающее его напряжение. Транзистор Т1 начинает открываться, и положительное напряжение начинает открывать транзистор T2.
Теперь на выходе у нас действительно постоянный ток без пульсаций.
Схема простая и рабочая, но поговорим и про минусы - для этого выходное напряжение установим на уровень 1.5V, а в цепь включим дополнительный амперметр М3.
Ток который протекает через нагрузку (М1) и ток который потребляется от трансформатора (М3) практически одинаковые. А вот напряжение в цепи куда подключен М3 составляет 16V. Куда у нас деваются эти 16-1.5 = 14.5V ?
Они рассеиваются на транзисторе T2 в виде тепла 14.5*0.079 = 1.15Вт. На больших токах и большой разнице между входным и выходным напряжениями потребуется радиатор. В качестве бонуса - отсутствие помех возникающих при работе любого, более эффективного импульсного стабилизатора.
Цель данной статьи дать только общие представления о работе таких устройств. (понятно что тут только про стабилитрон можно отдельную главу написать) Надеюсь - если вы теперь встретите любую похожую схему в Интернет или литературе вы уже сразу будете понимать как она работает в общих чертах.
Небольшое объявление: Друзья если материал и его изложение показались Вам интересны, напишите пожалуйста какой-нибудь комментарий к этой статье. (от этого будет зависеть дальнейшая судьба моего Дзен канала). Положительную конструктивную критику и замечания я всегда принимаю с удовольствием (и даже вношу правки).
Оглавление канала ТУТ
Всем удачи!