Здравствуйте уважаемые читатели сайта . У каждого радиолюбителя, в его домашней лаборатории, обязательно должен быть регулируемый блок питания, позволяющий выдавать постоянное напряжение от 0 до 14 Вольт при токе нагрузки до 500mA. Причем такой блок питания должен обеспечивать защиту от короткого замыкания
на выходе, чтобы не «сжечь» проверяемую или ремонтируемую конструкцию, и не выйти из строя самому.
Эта статья, в первую очередь, рассчитана на начинающих радиолюбителей, а идею написания этой статьи подсказал Кирилл Г
. За что ему отдельное спасибо.
Предлагаю Вашему вниманию схему простого регулируемого блока питания, который был собран мной еще в 80-е годы (в то время, я учился в 8 классе), а схема была взята из приложения к журналу «Юный Техник» №10 за 1985 год. Схема немного отличается от оригинала изменением некоторых германиевых деталей на кремниевые.
Как видите, схема простая и не содержит дорогих деталей. Рассмотрим ее работу.
Принципиальная схема блока питания.
Включается блок питания в розетку при помощи двухполюсной вилки ХР1
. При включении выключателя
SA1
напряжение 220В подается на первичную обмотку (
I
) понижающего трансформатора
Т1
.
Трансформатор Т1
понижает сетевое напряжение до
14
–
17
Вольт. Это напряжение, снимаемое со вторичной обмотки (
II
) трансформатора, выпрямляется диодами
VD1
—
VD4
, включенными по мостовой схеме, и сглаживается фильтрующим конденсатором
С1
. Если не будет конденсатора, то при питании приемника или усилителя в динамиках будет слышен фон переменного тока.
Диоды VD1
—
VD4
и конденсатор
С1
образуют
выпрямитель
, с выхода которого постоянное напряжение поступает на вход
стабилизатора напряжения
, состоящего из нескольких цепей:
1. R1
,
VD5
,
VT1
; 2.
R2
,
VD6
,
R3
; 3.
VT2
,
VT3
,
R4
.
Резистор R2
и стабилитрон
VD6
образуют
параметрический стабилизатор
и стабилизируют напряжение на переменном резисторе
R3
, который включен параллельно стабилитрону. С помощью этого резистора устанавливают напряжение на выходе блока питания.
На переменном резисторе R3
поддерживается постоянное напряжение, равное напряжению стабилизации
Uст
данного стабилитрона.
Когда движок переменного резистора находится в крайнем нижнем (по схеме) положении, транзистор VT2
закрыт, так как напряжение на его базе (относительно эмиттера) равно нулю, соответственно, и
мощный
транзистор
VT3
тоже закрыт.
При закрытом транзисторе VT3
сопротивление его перехода
коллектор-эмиттер
достигает нескольких десятков мегаом, и практически все напряжение выпрямителя
падает
на этом переходе. Поэтому на выходе блока питания (зажимы
ХТ1
и
ХТ2
) напряжения не будет.
Когда же транзистор VT3
открыт, и сопротивление перехода
коллектор-эмиттер
составляет всего несколько Ом, то практически все напряжение выпрямителя поступает на выход блока питания.
Так вот. По мере перемещения движка переменного резистора вверх, на базу транзистора VT2
будет поступать
отпирающее
отрицательное напряжение, и в его эмиттерной цепи (БЭ) потечет ток. Одновременно, напряжение с его нагрузочного резистора
R4
подается непосредственно на базу мощного транзистора
VT3
, и на выходе блока питания появится напряжение.
Чем больше
отрицательное отпирающее напряжение на базе транзистора
VT2
, тем
больше
открываются оба транзистора, тем
большее
напряжение на выходе блока питания.
Наибольшее напряжение на выходе блока питания будет почти равно напряжению стабилизации Uст
стабилитрона
VD6
.
Резистор R5
имитирует нагрузку блока питания, когда к зажимам
ХТ1
и
ХТ2
ничего не подключено. Для контроля выходного напряжения предусмотрен вольтметр, составленный из
миллиамперметра
и добавочного резистора
R6
.
На транзисторе VT1
, диоде
VD5
и резисторе
R1
собран узел защиты от короткого замыкания между гнездами
ХТ1
и
ХТ2
. Резистор
R1
и прямое сопротивление диода
VD5
образуют делитель напряжения, к которому своей базой подключен транзистор
VT1
. В рабочем состоянии транзистор
VT1
закрыт положительным (относительно эмиттера) напряжением смещения на его базе.
При коротком замыкании на выходе блока питания эмиттер
транзистора
VT1
окажется соединенным с анодом диода
VD5
, и на его базе (относительно эмиттера) появится отрицательное напряжение смещения (падение напряжения на диоде
VD5
). Транзистор
VT1
откроется, и участком
коллектор-эмиттер
зашунтирует стабилитрон
VD6
. В результате этого транзисторы
VT2
и
VT3
окажутся закрытыми. Сопротивление участка
коллектор-эмиттер
регулирующего транзистора
VT3
резко
возрастет
, напряжение на выходе блока питания
упадет
почти до нуля, и через цепь короткого замыкания потечет настолько малый ток, что он не причинит вреда деталям блока. Как только короткое замыкание будет устранено, транзистор
VT1
закроется и напряжение на выходе блока восстановится.
Компоненты схемы
В качестве подстроечных резисторов P3 и P4 лучше применить многооборотные компоненты типа «3296W». Причем, номиналы 250кОм и 25кОм я не нашел и вместо них поставил 200кОм и 20кОм.
Резистор R7 должен быть мощностью 0,5Вт. Шунт R4 лучше поставить мощностью 5Вт (греется здорово).
В качестве стабилитрона D2 я установил BZX55C 2V4, а в качестве стабилитрона D3 я установил 1N4740A.
Силовой транзистор 2N3055 можно заменить на более мощный NPN транзистор, например TIP35C, 2SC5200 или другой им подобный, но напрямую в плату их устанавливать нельзя, цоколевка не подходит, необходимо редактировать печатную плату, поэтому устанавливаем на проводах.
Транзисторы BC547/BC557 меняются на BC546/BC556.
Транзисторы дифференциального каскада (T5 и T6) желательно подобрать по коэффициенту передачи тока (h21э).
Где еще может понадобиться
Питание прибора
Перечисленные выше места применения данного типа прибора, созданного при использовании мощных транзисторов, являются лишь небольшой частью обширной сферы их применения. Итак, самодельный блок питания, собранный на мощных полевых транзисторах, может применяться для следующих целей:
- экономия ресурсов аккумуляторной батареи (АКБ). Такие батареи стоят достаточно дорого, чтобы тратить их на различные опыты, с которыми справится регулируемый блок питания;
- обеспечение питания низковольтного электроинструмента;
- участие в электрификации комнат дома, где имеются высокие требования к условиям пожарной безопасности. К таким помещениям относятся сараи, различные хозяйственные постройки, а также гаражи, подвалы и т.д.;
Обратите внимание! При питании приборов переменным током из-за большой величины низковольтной проводки для электроники и бытовой техники могут создаваться различные помехи.
- использование прибора при резке нагретым нихромом таких материалов, как легкоплавкий пластик, поролон и пенопласт;
- оформление светового дизайна домашних помещений. Такой БП позволяет подключать к сети в 220 В светодиодные ленты. Это притом что сами ленты обычно имеют значительно меньшее напряжение;
Обратите внимание! Качественно собранный самодельный блок питания обеспечит вам стабильное освещение и длительный срок службы самой светодиодной ленты.
Светодиодная подсветка
- обеспечение питания пруда, уличного фонтана и любого другого вида наружной иллюминации дома;
- для использования в биоэлектропроцедурах;
- заряжать мобильные портативные устройства (смартфоны, планшеты, мобильные телефоны и т.д.), а также ноутбуки в случае, когда отсутствует стабильный источник электроэнергии.
Указанные выше способы применения самодельного радиоустройства данного типа не являются исчерпывающими, так как область применения изделия очень широка и все перечислить невозможно.
Начало сборки
В самом начале, после того как вы решили собрать своими руками БП с использованием мощных транзисторов, следует перебрать имеющиеся схемы сборки.
Вариант схемы
На рисунке приведена самая простая схема для сборки БН регулируемого типа с использованием мощных транзисторов (полевых). Эта схема состоит из следующих элементов:
- понижающий трансформатор;
- диодный выпрямитель;
- конденсаторный сглаживающий фильтр.
Эти три элемента являются основными функциональными узлами прибора. В зависимости от того, какой будет номинальная мощность самодельного БП, данные узлы будут различаться по типам и габаритам.
Трансформаторы
Самой дорогостоящей и одновременно с этим основной частью БП является трансформатор. Именно он будет осуществлять понижение переменного сетевого напряжения до требуемого вам уровня. Перед тем как выбрать нужный тип транзистора, следует рассчитать ту электрическую мощность, которая будет нужна. Чтобы получить реальные цифры, необходимо сделать следующие вычисления:
- напряжение умножить на силу тока нагрузки;
- к получившейся цифре приплюсовываем небольшой запас для мощности. Это запас должен составлять примерно 20-30%;
- конечная цифра и окажется необходимой электрической мощностью в данной конкретной ситуации.
Теперь, когда все готово и нужные компоненты куплены, можно приступать к самой сборке.
Требования к прибору
Самодельный прибор должен быть рассчитан на питание при любой нагрузке, включая реактивную. Это позволит значительно расширить спектр применения БП в быту.
Обратите внимание! Заданное напряжение должно поддерживаться с высокой точностью и на необходимое время.
При этом его схема защиты от мощных перегрузок, должны быть доступны в плане использования другими домочадцам. Также следует точно следовать выбранной ранее схемы сборки, чтобы избежать неправильного спаивания между собой компонентов прибора. Это позволит избежать в будущем многих проблем, таких как поломка проверяемой аппаратуры, порча самого БП и т.д.
Нужное изделие
Любой начинающий радиолюбитель мечтает справиться со сборкой регулируемого блока питания, сделанного на полевых транзисторах. Особенностью такого изделия является то, что здесь имеется возможность регулировать напряжение, получаемое на выходе. Именно поэтому данный тип блока питания и получил название «регулируемый». Блок обладает защитой от перепадов напряжения. Здесь нет ничего сложного, главное знать схемы сборки и точно следовать им. Пригодиться блок питания регулируемого типа, собранного на полевых транзисторах, может в следующих ситуациях:
- проверка работоспособности схемы, собранной ранее для других целей;
- когда имеется необходимость плавной подачи напряжения;
- как способ облегчить себе работу в будущем, так как вам больше не придется собирать блок питания под требуемый уровень напряжения.
Самодельный блок питания
Блок питания (БП) любого типа, включая регулируемый и собранный на полевых транзисторах, является неотъемлемым элементом, без которого не буду работать ни одни схемы. При этом транзистор может быть достаточно мощным. Несмотря на то, что промышленные изделия, собранные на полевых транзисторах, представляют собой достаточно качественную продукцию, все равно приятней сделать все своими руками. Ведь здесь качество будет гарантироваться вашим умением и познаниями в радиоэлектронике. К тому же не всегда имеется возможность приобрести нужный блок питания, а вот собрать его своими руками можно всегда. Решив самостоятельно сделать устройство для домашних нужд, вы значительно сэкономите свои финансы, а также получите многофункциональную вещь, без которой трудно обойтись в современном мире.
Трансформатор
Вторичная обмотка трансформатора должна быть рассчитана на ток, не меньше максимального тока нагрузки (1,5), а лучше, чтобы он имел запас. Напряжение вторичной обмотки выбирается под нужные параметры ЛБП. Я рекомендую для Uвых=30В применить трансформатор на ~24В, так как после выпрямления на емкости С1 на холостом ходу напряжение будет в 1,41 раз больше (34В), а после стабилизатора снизится на несколько вольт. Применение трансформатора с обмоткой ~24В избавит от пересчета некоторые элементы схемы. Для Uвых=50В я рекомендую применить трансформатор с вторичной обмоткой 36В.
Также для уменьшения рассеиваемой мощности на регулирующем транзисторе рекомендуется применять трансформатор с двумя-тремя вторичными обмотками и добавить тумблер или коммутатор обмоток. Можно применить трансформатор 12В+12В, и сделать переключатель для переключения режимов регулировки напряжения от 0 до 15В и от 15В до 30В.
Стабилизатор ЛБП можно питать от импульсного источника питания, тогда входную емкость C1 необходимо уменьшить до нескольких сотен микрофарад.
