Начинающему радиолюбителю о выпрямителях и блоках питания

1. Однофазный выпрямитель
Для питания электронных приборов используются источники постоянного напряжения, состоящие из трансформатора, выпрямителя и фильтра. Трансформатор понижает или повышает сетевое напряжение, выпрямитель преобразует его в однополярное пульсирующее напряжение, а фильтр сглаживает пульсации.

Рис. 1. Однополупериодный и двухполупериодный выпрямители.

Основным элементом выпрямителя является полупроводниковый диод. Он хорошо пропускает ток в прямом направлении (от анода к катоду) и практически не пропускает в обратном. При последовательном включении диода и нагрузки (рис. 1.1) по цепи течет пульсирующий ток, частота пульсаций равна частоте переменного напряжения f=50 Гц. Так как ток через нагрузку течет в течение одного полупериода, выпрямитель называется однополупериодным. На рис. 1.2 представлена мостовая схема, которая осуществляет двухполупериодное выпрямление. Постоянная составляющая выпрямленного напряжения в два раза больше, чем в предыдущем случае.

Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения используют сглаживающие фильтры. Индуктивный фильтр состоит из катушки индуктивности L, которую соединяют последовательно с нагрузкой R. Катушка индуктивности хорошо пропускает постоянную составляющую тока и оказывает большое сопротивление переменной составляющей. Емкостный фильтр представляет собой конденсатор С, подключенный параллельно нагрузке R. Конденсатор не пропускает постоянную составляющую тока, но хорошо пропускает переменную составляющую. П--образный фильтр (рис. 1.3) состоит из двух конденсаторов и одной катушки индуктивности.

Рис. 2. Внешний вид выпрямителя.

На рис. 2 приведен внешний вид блока питания, состоящего из понижающего трансформатора и двухполупериодного выпрямителя на диодах Д242А. Параллельно нагрузке включен конденсатор емкостью 200 мкФ на 25 В. Трансформатор понижает переменное напряжение от 220 до 12 В; его мощность 0,16 кВА.

2. Стабилизированный источник питания
Для подключения цифровых микросхем необходимо однополярное питание + 5 В. Работа с операционными усилителями требует двуполярного питания, то есть источник должен иметь три провода: + U, общий и - U, где U равно 5 - 15 В. Для получения этих напряжений может быть использован стабилизированный источник питания.

Рис. 3. Стабилизированный источник питания на 5 В.

В блоке питания используется трансформатор от старого магнитофона или радиоприемника. Надо подать на первичную обмотку 220 В, с помощью вольтметра измерить напряжения на вторичных обмотках и найти обмотку на концах которой 8 - 12 В. Вместо диодного моста, рассмотренного выше, можно использовать диодную сборку КЦ405А. Конденсаторы С1 и С2 сглаживают пульсации, они должны быть рассчитаны на 16 В. Транзистор работает как эмиттерный повторитель. Резистор R1 и стабилитрон VD2 образуют делитель напряжения.
Сопротивление резистора R1 подбирают так, чтобы напряжение на стабилитроне VD2 при изменении напряжения питания оставалось неизменным и составляло около 5 В.

Для изготовления источника вырабатывающего двуполярное питание +15 В, общий и -15 В потребуется трансформатор с двумя одинаковыми вторичными обмотками. При подаче на первичную обмотку напряжения 220 В, на концах вторичных обмоток должно быть 18 - 25 В. Вместо стабилитрона 2С156А следует использовать другой стабилитрон, рассчитанный на напряжение стабилизации 15 В. В принципе вместо стабилитрона VD2 можно поставить резистор, подобрав его сопротивление так, чтобы транзистор был полуоткрыт, однако в этом случае напряжение на выходе не будет стабилизированным. Если использовать переменный резистор на 1 ком, то это позволит осуществлять регулировку выходного напряжения.

3. Исследование стабилизатора напряжения
Для получения стабилизированного напряжения может использоваться специальная микросхема -- стабилизатор напряжения. Чтобы исследовать его работу возьмем стабилизатор PJ7805 (например, выпаяем из блока питания старого компьютера) и соберем схему, изображенную на рис.

4.1. Маркировку стабилизатора можно найти в Интернете: 1 -вход, 2 - общий, 3 - выход (рис. 4.1). При подаче входного напряжения 10 - 12 В, напряжение на выходе схемы составляет 5 В. Если уменьшать сопротивление нагрузки, в широких пределах изменять входное напряжение (с помощью R1), то показания вольтметра на выходе цепи остается постоянным. В опытах следует использовать трансформатор и выпрямитель, рассчитанные на ток 0,5 - 1 А.

Рис. 4. Включение стабилизатора напряжения.

На рис. 4.2 представлена схема включения регулируемого стабилизатора КР142ЕН12А. Микросхема имеет другую маркировку: 1 - регулировка, 2 - выход, 3 - вход. Стабилизатор выдерживает ток 1,5 А, при входном напряжении 40 В выходное напряжение может изменяться от 1,2 до 37 В. Регулировка осуществляется изменением потенциала вывода 1 с помощью переменного резистора R2. Резистор R1 позволяет изменять входное напряжение, при этом напряжение на выходе остается постоянным.

4. Двуполярный источник питания
Для питания схем, содержащих операционные усилители потребуется стабилизированный источник, выдающий двуполярное напряжение +5 В, общий, -5 В. Он может быть собран по схеме, приведенной на рис. 5. Трансформатор Т1 понижающий, имеет две одинаковые вторичные обмотки, при включении напряжение на каждой из них 9 В. Выпрямление осуществляется с помощью диодных мостов КЦ405А. Для стабилизации используется микросхема КРЕН5А. Конденсаторы Cl - С4 необходимы для сглаживания пульсаций.