Публикация от: 15-06-2010, 09:57
  • 80

Да, да - ты уже начитался теории, прочитал, что такое электрический ток, что такое сопротивление, узнал кто такой товарищ Ом и еще много чего. И теперь ты хочешь резонно спросить - "И чего? Толк то в этом во всем какой? Куда это все приложить то можно?". А возможно ты ничего этого и не читал, потому как это страшно скучно, но приложить руки к чему то электронному все таки хочется. Сейчас мы как раз и займемся тем, что приложим все это как следует и спаяем первую реальную конструкцию, которая очень тебе пригодится в дальнейшем.

Делать мы будем блок питания для питания различных электронных устройств, которые мы соберем в дальнейшем. Ведь если мы сначала соберем, например, радиоприемник он все равно работать не будет, пока мы не дадим ему питания.

Итак, приступим. Прежде всего зададимся начальными параметрами - напряжением, которое будет выдавать наш блок питания и максимальный ток, который он способен будет отдать в нагрузку. То есть, насколько мощную нагрузку можно будет к нему подключить - сможем ли мы подключить к нему только один радиоприемник или же сможем подключить десять? Не спрашивайте меня зачем включать десять радиоприемников одновременно - не знаю, я просто для примера сказал.

Для начала, давайте подумаем над выходным напряжением. Предположим, что у нас есть два радиоприемника, один из которых работает от 9 вольт, а второй от 12 вольт. Не будем же мы делать два разных блока питания для этих устройств. Отсюда вывод - нужно сделать выходное напряжение регулируемым, чтобы его можно было настраивать на разные значения и питать самые разнообразные устройства.

Наш блок питания будет иметь диапазон регулировки выходного напряжения от 1,5 до 14 вольт - вполне достаточно на первое время. Ну а ток нагрузки мы с вами примем равным 1 амперу.

Схема нашего блока питания:

Блок питания начинающего радио любителя.



Проще не бывает, не правда ли? Итак, какие же детальки нам понадобятся, чтобы спаять эту схемку? Прежде всего, нам потребуется трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 13-16 вольт и током нагрузки не менее 1 ампера. Он обозначен на схеме как Т1. Также нам понадобится диодный мостик VD1 - КЦ405Б или любой другой с максимальным током 1 ампер. Идем дальше - С1 - электролитический конденсатор, которым мы будет фильтровать и сглаживать выпрямленное диодным мостом напряжение, его параметры указаны на схеме. D1 - стабилитрон - он заведует стабилизацией напряжения - ведь мы же не хотим, чтобы напряжение на выходе блока питания колебалось вместе с сетевым напряжением. Стабилитрон мы возьмем Д814Д или любой другой с напряжением стабилизации 14 вольт. Еще нам понадобятся постоянный резистор R1 и переменный резистор R2, которым мы будем регулировать выходное напряжение. А так же два транзистора - КТ315 с любой буковкой в названии и КТ817 тоже с любой буковкой. Для удобства, я загнал все нужные элементы в табличку, которую можно распечатать и вместе с этим листочком отправится в магазин на закупку.

Обозначение на схемеНоминалПримечание
Т1Любой с напряжением вторичной обмотки 12-13 вольт и током 1 ампер 
VD1КЦ405БДиодный мост. Максимальный выпрямленный ток не менее 1 ампера
C12000 мкФх25 вольтЭлектролитический конденсатор
R1470 ОмПостоянный резистор, мощность 0,125-0,25 Вт
R210 кОмПеременный резистор
R31 кОмПостоянный резистор, мощность 0,125-0,25 Вт
D1Д814ДСтабилитрон. Напряжение стабилизации 14В
VT1КТ315Транзистор. С любым буквенным индексом
VT2КТ817Транзистор. С любым буквенным индексом

Паять все это можно как на плате, так и навесным монтажем - благо элементов в схеме совсем немного. Транзистор VT2 необходимо обязательно установить на радиатор. Оптимальную площадь радиатора можно выбрать экспериментально, но она должна быть не меньше 50 кв. см. При правильном монтаже схема совершенно не нуждается в настройке и начинает работать сразу. Подключаем тестер или вольтметр к выходу блока питания и устанавливаем резистором R2 необходимое нам напряжение.

Далее расскажу о том, как рассчитывался этот блок питания и как рассчитать свой собственный.

Итак, наш блок питания состоит из двух основных узлов - это выпрямитель, состоящий из трансформатора, выпрямительных диодов и конденсатора и стабилизатор, состоящий из всего остального. Как настоящие индейцы, начнем, пожалуй, с конца и рассчитаем сначала стабилизатор.

Стабилизатор

Блок питания начинающего радио любителя.Это, так называемый параметрический стабилизатор. Состоит он из двух частей:
1 - сам стабилизатор на стабилитроне D с балластным резистором Rб
2 - эмиттерный повторитель на транзисторе VT.

Непосредственно за тем, чтобы напряжение оставалось тем каким нам надо, следит стабилизатор, а эмиттерный повторитель позволяет подключать мощную нагрузку к стабилизатору. Он играет роль как бы усилителя или если угодно - умощителя.

Два основных параметра нашего блока питания - напряжение на выходе и максимальный ток нагрузки. Назовем их:
Uвых - это напряжение
и
Imax - это ток.

Для блока питания, который мы отгрохали в прошлой части, Uвых = 14 Вольт, а Imax = 1 Ампер.

Сначала нам необходимо определить какое напряжение Uвх мы должны подать на стабилизатор, чтобы на выходе получить необходимое Uвых.
Это напряжение определяется по формуле:

Uвх = Uвых + 3

Откуда взялась цифра 3? Это падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора VT. Таким образом, для работы нашего стабилизатора на его вход мы должны подать не менее 17 вольт.


Транзистор

Определим, какой нам нужен транзистор VT. Для этого нам надо определить, какую мощность он будет рассеивать.

Считаем:

Pmax=1.3(Uвх-Uвых)Imax

Тут надо учесть один момент. Для расчета мы взяли максимальное выходное напряжение блока питания. Однако, в данном расчете, надо наоборот брать минимальное напряжение, которое выдает БП. А оно, в нашем случае, составляет 1,5 вольта. Если этого не сделать, то транзистор может накрыться медным тазом, поскольку максимальная мощность будет рассчитана неверно.
Смотри сам:

Если мы берем Uвых=14 вольтам, то получаем Pmax=1.3*(17-14)*1=3.9 Вт.
А если мы примем Uвых=1.5 вольта, то Pmax=1.3*(17-1.5)*1=20,15 Вт

То есть, если бы не учли этого, то получилось бы, что расчетная мощность в ПЯТЬ раз меньше реальной. Разумеется, транзистору это сильно не понравилось бы.

Ну вот, теперь лезем в справочник и выбираем себе транзистор.
Помимо только что полученной мощности, надо учесть, что предельное напряжение между эмиттером и коллектором должно быть больше Uвх, а максимальный ток коллектора должен быть больше Imax. Я выбрал КТ817 - вполне приличный транзистор...


Считаем сам стабилизатор.

Сначала определим максимальный ток базы свеже-выбранного транзистора ( а ты как думал? в нашем жестоком мире потребляют все - даже базы транзисторов).

Iб max=Imax / h21Э min

h21Э min - это минимальный коэффициент передачи тока транзистора и берется он из справочника Если там указаны пределы этого параметра - что то типа 30…40, то берется самый маленький. Ну, у меня в справочнике написано только одно число - 25, с ним и будем считать, а что еще остается?

Iб max=1/25=0.04 А (или 40 мА). Не мало.

Ну давайте будем теперь искать стабилитрон.
Искать его надо по двум параметрам - напряжению стабилизации и току стабилизации.

Напряжение стабилизации должно быть равно максимальному выходному напряжению блока питания, то есть 14 вольтам, а ток - не менее 40 мА, то есть тому, что мы посчитали.
Полезли опять в справочник...

Блок питания начинающего радио любителя.По напряжению нам страшно подходит стабилитрон Д814Д, к тому же он у меня был под рукой. Но вот ток стабилизации… 5 мА нам никак не годится. Чего делать будем? Будем уменьшать ток базы выходного транзистора. А для этого добавим в схему еще один транзистор. Смотрим на рисунок. Мы добавили в схему транзистор VT2. Сия операция позволяет нам снизить нагрузку на стабилитрон в h21Э раз. h21Э, разумеется, того транзистора, который мы только что добавили в схему. Особо не думая, я взял из кучи железок КТ315. Его минимальный h21Э равен 30, то есть мы можем уменьшить ток до 40/30=1.33 мА, что нам вполне подходит.


Теперь посчитаем сопротивление и мощность балластного резистора Rб.

Rб=(Uвх-Uст)/(Iб max+Iст min)

где Uст - напряжение стабилизации стабилитрона,
Iст min - ток стабилизации стабилитрона.

Rб = (17-14)/((1.33+5)/1000) = 470 Ом.

Теперь определим мощность этого резистора

Prб=(Uвх-Uст)2/Rб.

То есть

Prб=(17-14)2/470=0,02 Вт.

Собственно и все. Таким образом, из исходных данных - выходного напряжения и тока, мы получили все элементы схемы и входное напряжение, которое должно быть подано на стабилизатор.

Однако не расслабляемся - нас еще ждет выпрямитель. Уж считать так считать, я так считаю (каламбур однако).


Выпрямитель

Блок питания начинающего радио любителя.Ну, тут все проще и почти на пальцах. Учитывая то, что мы знаем, какое напряжение нам надо подать на стабилизатор - 17 вольт, вычислим напряжение на вторичной обмотке трансформатора. Для этого пойдем, как и в начале - с хвоста. Итак, после конденсатора фильтра мы должны иметь напряжение 17 вольт.

Учитывая то, что конденсатор фильтра увеличивает выпрямленное напряжение в 1,41 раза, получаем, что после выпрямительного моста у нас должно получиться 17/1,41=12 вольт.
Теперь учтем, что на выпрямительном мосту мы теряем порядка 1,5-2 вольт, следовательно, напряжение на вторичной обмотке должно быть 12+2=14 вольт. Вполне может случится так, что такого трансформатора не найдется, не страшно - в данном случае можно применить трансформатор с напряжением на вторичной обмотке от 13 до 16 вольт.

Определим емкость конденсатора фильтра.

Cф=3200Iн/UнKн

где Iн - максимальный ток нагрузки,
Uн - напряжение на нагрузке,
Kн - коэффициент пульсаций.

В нашем случае
Iн = 1 Ампер,
Uн=17 вольтам,
Kн=0,01.

Cф=3200*1/14*0,01=18823.

Однако, поскольку за выпрямителем идет еще стабилизатор напряжения, мы можем уменьшить расчетную емкость в 5…10 раз. То есть 2000 мкФ будет вполне достаточно.

Осталось выбрать выпрямительные диоды или диодный мост.

Для этого нам надо знать два основных параметра - максимальный ток, текущий через один диод и максимальное обратное напряжение, так же через один диод.

Необходимое максимальное обратное напряжение считается так

Uобр max=2Uн, то есть Uобр max=2*17=34 Вольта.

А максимальный ток, для одного диода должен быть больше или равен току нагрузки блока питания. Ну а для диодных сборок в справочниках указывают общий максимальный ток, который может протекать через эту сборку.

Ну вот вроде бы и все про выпрямители и параметрические стабилизаторы.
Впереди у нас стабилизатор для самых ленивых - на интегральной микросхеме и стабилизатор для самых трудолюбивых - компенсационный стабилизатор.


Остался трансформатор.

Надоели Вам все расчёты? Хорошо, не буду прочищать ваши мозги, хотя это бы и надо, обратимся к маленькой программке по расчёту трансформаторов. В принципе, Вы можете применить готовый.

Каждый кто сталкивался с расчетом трансформаторов предпочитает использовать для этой цели программу для расчета чем производить расчет в ручную. Программ на эту тему было написано много, но вашему вниманию предлагаю еще одну. Данная программа проста в своем использовании, что позволит ей занять достойное место в вашей радиолюбительской лаборатории.

Входные параметры:

* Напряжение сети - 220 Вольт, но можно и отличное от этого значения.
* Максимальный ток нагрузки для корректности расчетов лежит в интервале от 100mA до 1A, так как вне этого интервала программа не считает. Более корректно программа считает при вводе значений тока: 100mA, 200mA, 400mA, 600mA, 800mA, 1000mA.
* Требуемое напряжение после выпрямления диодным мостом! Лежит в пределах от 3 до 130 Вольт.

Блок питания начинающего радио любителя.


Выходные данные:

* Мощность трансформатора.
* Напряжение питания нагрузки - требуемое напряжение после выпрямителя - диодного моста.
* При любых расчетах диаметр провода, возможно округлять до одной цифры после запятой к большему значению.
* Число витков и диаметр каждой из обмоток площади сердечника и окна.
* Провод вторичной обмотки лучше не обрезать сразу, а оставит его еще витков на 10 - 15, это обусловлено диодами применяемыми вами в выпрямителе, и погрешностью железа трансформатора.
* Площадь окна - минимальный размер для размещения витков провода на каркасе, но желательно брать немного с запасом.
* Отношение ширины сердечника к толщине набора желательно считать в пределах 1,5 - 1,7.
* Площадь окна должна быть не менее чем показана в расчете для размещения провода на каркасе.

Скачать программу по расчёту трансформатора можно здесь: Вы не можете скачивать файлы с нашего сервера

Ну вот, с трансформатором разобрались, рассмотрим ещё один тип стабилизаторов.
Блок питания начинающего радио любителя.мы поговорим о еще одном типе стабилизаторов – компенсационном . Как видно из названия, принцип действия их основан на компенсации чего то чем то. Чего и чем сейчас узнаем. Для начала, рассмотрим схему простейшего компенсационного стабилизатора. Его схема более сложная, чем обычного параметрического, но совсем чуть-чуть.

Схема состоит из следующих узлов:

1. Источник опорного напряжения (ИОН) на R 2, D 1, который сам по себе является параметрическим стабилизатором.
2. Делителя напряжения R3-R5 .
3. Усилителя постоянного тока (УПТ) на транзисторе VT 1
4. Регулирующего элемента на транзисторе VT 2.

Работает весь этот зоопарк следующим образом. ИОН выдает опорное напряжение, равное напряжению на выходе стабилизатора на эмиттер VT 1. Напряжение с делителя поступает на базу VT 1. В результате, этому бедолаге приходится решать, что же делать с напряжением на коллекторе – то ли оставить все как есть, то ли увеличить, то ли уменьшить. И чтобы сильно не морочить, он поступает так – если напряжение на базе меньше опорного (которое на эмиттере), он увеличивает напряжение на коллекторе, открывая сильнее, таким образом, транзистор VT 2 и увеличивая напряжение на выходе, если же напруга на базе больше опорного, то происходит обратный процесс. В результате всей этой возни, напряжение на выходе остается неизменным, то есть стабилизированным, что и требуется. Причем, по сравнению с параметрическими стабилизаторами, коэффициент стабилизации у компенсационных значительно выше. Так же выше и КПД. Резистор R 4 нужен для подстройки в небольших пределах выходного напряжения стабилизатора.

Блок питания начинающего радио любителя.Ну а теперь перейдём к сладкому – к стабилизаторам на микросхемах. Я их называю стабилизаторами для ленивых, поскольку на пайку такого стабилизатора уходит минуты две, если не меньше. Чтобы сильно не тянуть резину, сразу переходим к схеме, хотя схема то…

Итак, перед вами схема, которая до отвращения проста. В ней всего три элемента, причем обязательным является только один – микросхема DA 1. Кстати, сказать, интегральные стабилизаторы по своей сущности являются компенсационными. Нуте-с, что же нам требуется? Только одно – знать напряжение, которое мы хотим получить от стабилизатора. Дальше мы идём в табличку и выбираем себе микросхему по душе.
Микросхема

Напряжение стабилизации, В Макс. ток, А Расс. Мощн., Вт Потребл. Ток мА
(К)142ЕН5А
(К)142ЕН5Б
(К)142ЕН5В
(К)142ЕН5Г
5±0,1
6±0,12
5±0,18
6±0,21
3,0
3,0
2,0
2,0
5 10
(К)142ЕН8А
(К)142ЕН8Б
(К)142ЕН8В
9±0,15
12±0,27
15±0,36
1,5 6 10
К142ЕН8Г
К142ЕН8Д
К142ЕН8Е
9±0,36
12±0,48
15±0,6
1 6 10

(К)142ЕН11

1.2...37 1,5 4 7
(К)142ЕН12
КР142ЕН12А
1.2...37
1,2...37
1.5
1,0
1 5
КР142ЕН18А
КР142ЕН18Б
-1,2...26,5
-1,2...26,5
1,0
1,5
1 5
Напряжение на входе микросхемы должно быть как минимум на 3 вольта выше, чем выходное, но не должно превышать 30 вольт. Ну собственно и все.

РИСУНОК 07.GIF Разумеется, кроме стабилизаторов с фиксированным напряжением, существуют интегральные стабилизаторы, специально заточенные под регулируемое напряжение. Итак, внимание на схему! Встречаем – КРЕН12А (можно и Б) – регулируемый стабилизатор напряжения 1,3-30 вольт и максимальным током 1,5 А.

Кстати, у нее есть и буржуйский аналог – LM 317 (на схеме нумерация выводов для нее дана в скобках). Входное напряжение не более 37 вольт. Если очень хочется, в этой схеме есть что посчитать. Во всяком случае, если у тебя не нашлось резистора 240 Ом, можно воткнуть и другой, при этом пересчитав резистор R 2. Для чего существует хитрая формула.

Блок питания начинающего радио любителя.[/center]

В формуле участвуют:
U опор = 1.25 В – внутреннее опорное напряжение микросхемы между 2-м и 8-м выводом, см. схему;
I опор – управляющий ток, текущий через резистор R 2.

Вообще говоря, формулу можно упростить, благодаря тому, что этот самый управляющий ток очень и очень мал – порядка 0,0055А, то есть на результат он практически не влияет.

Блок питания начинающего радио любителя.


Отсюда получаем, что:

Блок питания начинающего радио любителя.


Ну, теперь посчитаем.
Для начала возьмем МИНИМАЛЬНОЕ значение выходного напряжение, которое ты хочешь получить.
Итак, R1=240 Ом, Uвых=1,3 В, Uопор=1,25 В. Тогда:
R2=240(1,3-1,25)/1,25 = 9,6 Ом

После, берем МАКСИМАЛЬНОЕ напряжение, которое должен выдавать наш стабилизатор:
R1=240 Ом, Uвых=30 В, Uопор=1,25 В

R2=240(30-1,25)/1,25=5500 Ом, что есть 5,5 кОм.
Таким образом, для того чтобы напряжение на выходе стабилизатора изменялось от минимального до максимального нам нужно чтобы сопротивление резистора R2 изменялось от 9,6 Ом до 5,5кОм.
Подбираем ближайший к этому значению - у меня оказался - 4,8 кОм.

Блок питания начинающего радио любителя. Блок питания начинающего радио любителя.Такие вот пироги. Кстати, пока не забыл – микросхемы обязательно надо ставить на радиатор, иначе они сдохнут, причем довольно шустро. Правда грустно.
Внешне, микросхемка в корпусе КТ28-2 выглядит вот таким образом

Блок питания начинающего радио любителя.

Хочу обратить особое внимание на то, что хотя LM317 и является полным функциональным аналогом КРЕН12А, расположение выводов у этих микросхем НЕ СОВПАДАЕТ, если КРЕН12 выполнена в вышеозначенном корпусе.
Расположение выводов микросхемы LM317. Так же распологаются выводы КРЕН12, если она выполнена в корпусе ТО-200.

Вот и всё. Удачных Вам разработок, мой юный друг.

Теги: Блок питания