БЛОК ЖИВЛЕННЯ НА СТАБІЛІТРОНІ І ТРАНЗИСТОРІ СВОЇМИ РУКАМИ

Send

Розглянутий далі стабілізований блок живлення є одним з перших пристроїв, які збираються початківцями радіоаматорами. Це дуже простий, але дуже корисний прилад. Для його складання не потрібні дорогі компоненти, які досить легко підібрати новачкові в залежності від необхідних характеристик блоку живлення.
Матеріал буде також корисний тим, хто бажає більш детально розібратися в призначенні і розрахунку найпростіших радіодеталей. В тому числі, ви докладно дізнаєтеся про таких компонентах блоку живлення, як:

силовий трансформатор;
діодний міст;
згладжує конденсатор;
стабілітрон;
резистор для стабілітрона;
транзистор;
навантажувальний резистор;
світлодіод і резистор для нього.

Також в статті детально розказано, як підібрати радіодеталі для свого блоку харчування і що робити, якщо немає потрібного номіналу. Наочно буде показана розробка друкованої плати і розкриті нюанси цієї операції. Кілька слів сказано конкретно про перевірку радіодеталей перед пайкою, а також про збірку пристрою і його тестуванні.

Типова схема стабілізованого блоку живлення

Всіляких схем блоків живлення зі стабілізацією напруги існує сьогодні дуже багато. Але одна з найпростіших конфігурацій, з якої і варто починати новачкові, побудована всього на двох ключових компонентах - стабілітроні і потужному транзисторі. Природно, в схемі присутні і інші деталі, але вони допоміжні.

Схеми в радіоелектроніці прийнято розбирати в тому напрямку, в якому по ним протікає струм. У блоці живлення зі стабілізацією напруги все починається з трансформатора (TR1). Він виконує відразу кілька функцій. По-перше, трансформатор знижує напруга в електромережі. По-друге, забезпечує роботу схеми. По-третє, живить то пристрій, що підключений до блоку.
Діодний міст (BR1) - призначений для випрямлення зниженого напруги. Якщо говорити іншими словами, то в нього заходить змінну напругу, а на виході виходить вже постійне. Без діодного моста не буде працювати ні сам блок живлення, ні пристрої, які будуть до нього підключатися.
Згладжує електролітичний конденсатор (C1) потрібен для того, щоб прибирати пульсації, присутні в побутовій мережі. На практиці вони створюють перешкоди, які негативно позначаються на роботі електроприладів. Якщо для прикладу взяти підсилювач звуку, живиться від блоку живлення без згладжує конденсатора, то ці самі пульсації будуть виразно чутні в колонках у вигляді стороннього шуму. В інших приладах перешкоди можуть привести до некоректної роботи, збоїв і іншим проблемам.
Стабілітрон (D1) - це компонент блоку живлення, який стабілізує рівень напруги. Справа в тому, що трансформатор буде видавати бажані 12 В (наприклад) тільки тоді, коли в розетки буде рівно 230 В. Однак на практиці таких умов не буває. Напруга може як просаджувати, так і підвищуватися. Те ж саме трансформатор буде давати і на виході. Завдяки своїм властивостям стабілітрон вирівнює знижена напруга незалежно від стрибків в мережі. Для коректної роботи цього компонента потрібен струмообмежуючі резистор (R1). Про нього більш детально сказано нижче.
Транзистор (Q1) - потрібен для посилення струму. Справа в тому, що стабілітрон не здатний пропускати через себе весь споживаний приладом струм. Більш того, коректно він буде працювати тільки в певному діапазоні, наприклад, від 5 до 20 мА. Для харчування будь-яких приладів цього відверто мало. З даною проблемою і справляється потужний транзистор, відкривання і закривання якого управляється стабілітроном.
Згладжує конденсатор (C2) - призначений для того ж, що і вищеописаний C1. У типових схемах стабілізованих блоків живлення присутній також навантажувальний резистор (R2). Він потрібен для того, щоб схема зберігала працездатність тоді, коли до вихідних клем нічого не підключено.
У подібних схемах можуть бути присутні й інші компоненти. Це і запобіжник, який ставиться перед трансформатором, і світлодіод, що сигналізує про включення блоку, і додаткові згладжують конденсатори, і ще один підсилює транзистор, і вимикач. Всі вони ускладнюють схему, проте, підвищують функціональність пристрою.

Розрахунок і підбір радиокомпонентов для найпростішого блоку живлення

Трансформатор підбирається за двома основними критеріями - напрузі вторинної обмотки і по потужності. Є й інші параметри, але в рамках матеріалу вони не особливо важливі. Якщо вам потрібен блок живлення, скажімо, на 12 В, то трансформатор потрібно підбирати такий, щоб з його вторинної обмотки можна було зняти трохи більше. З потужністю все те ж саме - беремо з невеликим запасом.
Основний параметр діодного моста - це максимальний струм, який він здатний пропускати. На цю характеристику і варто орієнтуватися в першу чергу. Розглянемо приклади. Блок буде використовуватися для живлення приладу, яке споживає струм 1 А. Це означає, що діодний міст потрібно брати приблизно на 1,5 А. Припустимо, ви плануєте живити будь-якої 12-вольта прилад потужністю 30 Вт. Це означає, що струм буде близько 2,5 А. Відповідно, діодний міст повинен бути, як мінімум, на 3 А. Іншими його характеристиками (максимальна напруга та інше) в рамках такої простої схеми можна нехтувати.

Додатково варто сказати, що діодний міст можна не брати вже готовий, а зібрати його з чотирьох діодів. У такому випадку кожен з них повинен бути розрахований на струм, що проходить по схемі.
Для розрахунку ємності згладжує конденсатора застосовуються досить складні формули, які в даному випадку ні до чого. Зазвичай береться ємність 1000-2200 мкФ, і цього для простого блоку живлення буде цілком достатньо. Можна взяти конденсатор і побільше, але це суттєво збільшить вартість виріб. Інший важливий параметр - максимальне напруження. По ньому конденсатор підбирається в залежності від того, яка напруга буде присутній в схемі.
Тут варто враховувати, що на відрізку між доданими мостом і стабілітроном після включення згладжує конденсатора напруга буде приблизно на 30% вище, ніж на висновках трансформатора. Тобто, якщо ви робите блок живлення на 12 В, а трансформатор видає з запасом 15 В, то на даній ділянці через роботу згладжує конденсатора буде приблизно 19,5 В. Відповідно, він повинен бути розрахований на цю напругу (найближчий стандартний номінал 25 В).
Другий згладжує конденсатор в схемі (C2) зазвичай береться невеликої ємності - від 100 до 470 мкФ. Напруга на цій ділянці схеми буде вже стабілізованою, наприклад, до рівня 12 В. Відповідно, конденсатор повинен бути розрахований на це (найближчий стандартний номінал 16 В).
А що робити, якщо конденсаторів потрібних номіналів немає в наявності, і в магазин йти не хочеться (або банально немає бажання їх купувати)? У такому випадку цілком можливо скористатися паралельним підключенням декількох конденсаторів меншої ємності. При цьому варто врахувати, що максимальна робоча напруга при такому приєднанні підсумовуватися не буде!
Стабілітрон підбирається в залежності від того, яка напруга нам потрібно отримати на виході блоку живлення. Якщо відповідного номіналу немає, то можна з'єднати кілька штук послідовно. Стабилизируемого напруга, при цьому, буде підсумовуватися. Для прикладу візьмемо ситуацію, коли нам треба отримати 12 В, а в наявності є тільки два стабілітрона на 6 В. Поєднавши їх послідовно ми і отримаємо бажане напруга. Варто зазначити, що для отримання усередненого номіналу паралельне підключення двох стабілітронів не спрацює.
Максимально точно підібрати струмообмежуючі резистор для стабілітрона можна тільки експериментально. Для цього в уже робочу схему (наприклад, на макетної платі) включається резистор номіналом приблизно 1 кОм, а між ним і стабілітроном в розрив ланцюга ставиться амперметр і змінний резистор. Після включення схеми потрібно обертати ручку змінного резистора до тих пір, поки через ділянку ланцюга не потече необхідний номінальний струм стабілізації (вказується в характеристиках стабилитрона).
Підсилює транзистор підбирається за двома основними критеріями. По-перше, для розглянутої схеми він обов'язково повинен бути n-p-n структури. По-друге, в характеристиках наявного транзистора потрібно подивитися на максимальний струм колектора. Він повинен бути трохи більше, ніж максимальний струм, на який буде розрахований збирається блок живлення.
Навантажувальний резистор в типових схемах береться номіналом від 1 кОм до 10 кОм. Менший опір брати не варто, так як в разі, коли блок живлення не буде навантажений, через цей резистор потече надто великий струм, і він згорить.

Розробка і виготовлення друкованої плати

Тепер коротко розглянемо наочний приклад розробки і збірки стабілізованого блоку живлення своїми руками. В першу чергу, необхідно знайти всі присутні в схемі компоненти. Якщо немає конденсаторів, резисторів або стабилитронов потрібних номіналів - виходимо з ситуації вищеописаними шляхами.

Далі потрібно буде спроектувати і виготовити друковану плату для нашого приладу. Початківцям краще всього використовувати для цього просте і, найголовніше, безкоштовне програмне забезпечення, наприклад, Sprint Layout.
Розміщуємо на віртуальній платі всі компоненти відповідно до обраної схеми. Оптимізуємо їх розташування, коригуємо в залежності від того, які конкретно деталі є в наявності. На цьому етапі рекомендується перевіряти реальні розміри компонентів і порівнювати їх з додаються в розроблювану схему. Особливу увагу зверніть на полярність електролітичних конденсаторів, розташування висновків транзистора, стабилитрона і діодного моста.
Якщо ви заходите додати в блок живлення сигнальний світлодіод, то його можна буде включити в схему як до стабілітрона, так і після (переважно). Щоб підібрати для нього струмообмежуючі резистор, необхідно виконати наступний розрахунок. З напруги ділянки кола віднімаємо падіння напруги на світлодіоді і ділимо результат на номінальний струм його харчування. Приклад. На ділянці, до якого ми плануємо підключати сигнальний світлодіод, є стабілізовані 12 В. Падіння напруги у стандартних світлодіодів близько 3 В, а номінальний струм живлення 20 мА (0,02 А). Отримуємо, що опір струмообмежувального резистора R = 450 Ом.

Перевірка компонентів і складання блоку живлення

Після розробки плати в програмі переносимо її на стеклотекстолит, труїв, лудимо доріжки і видаляємо надлишки флюсу.

Після цього виконуємо установку радиокомпонентов. Тут варто сказати, що не зайвим буде одразу ж перевірити ще раз їх працездатність, особливо, якщо вони не нові. Як і що перевіряти?
Обмотки трансформатора перевіряються омметром. Де опір більше - там первинна обмотка. Далі його потрібно включити в мережу і переконатися, що він видає необхідну знижена напруга. При його вимірі, будьте особливо обережні. Також врахуйте, що напруга на виході змінну, тому на вольтметрі включається відповідний режим.
Резистори перевіряються омметром. Стабілітрон повинен "звониться" тільки в одному напрямку. Діодний міст перевіряємо по схемі. Вбудовані в нього діоди повинні проводити струм лише в одному напрямку. Для перевірки конденсаторів буде потрібно спеціальний прилад для вимірювання електричної ємності. У транзисторі n-p-n структури ток повинен протікати від бази до емітера і до колектора. В інших напрямках він протікати не повинен.
Починати збірку найкраще з дрібних деталей - резисторів, стабилитрона, світлодіоди. Потім впаюються конденсатори, діодний міст.
Особливу увагу звертайте на процес установки потужного транзистора. Якщо переплутати його висновки - схема не запрацює. Крім того, цей компонент буде досить сильно гріється під навантаженням, тому його необхідно встановлювати на радіатор.
Останнім встановлюється найбільша деталь - трансформатор. Далі до висновків його первинної обмотки припаивается штекер з проводом. На виході блоку живлення теж передбачаються дроти.

Залишилося тільки гарненько перевірити правильність установки всіх компонентів, змити залишки флюсу і включити блок живлення в мережу. Якщо все зроблено правильно, то світлодіод буде світитися, а на виході мультиметр покаже бажане напруга.

Send