Добридень, шановні читачі. Продовжимо огляд лінійних джерел живлення.

У практичній частині поговоримо про майбутній лабораторний БЖ (блок живлення).

------------

Зверніть увагу на блок-схему лінійного джерела живлення наведеного на Мал. 2 у минулому дописі. Напругу ми знизили та випрямили. Наступний крок – фільтрація.

 

Ланка фільтрації

 

Вже сама назва каже про те, що призначення цієї ланки – фільтрування. Тож будемо розбиратися, що вона фільтрує і для чого. Давайте я подам вирізку із малюнка дослідження форми струму після двопівперіодного випрямляча (Мал. 1), так буде більш наглядно. Судячи із осцилограми ми маємо пульсуючий струм частотою 100 Гц. Його амплітуда то збільшується до 10.67 В, то спадає до 0. Звісно, це ще не "чистий" постійний струм, хоч і має вже явний "плюс" та "мінус". Звучання такого струму, за умови відсутності фільтрації, можна "почути" у динаміку підсилювача як низькочастотний рокіт, адже частота коливань його імпульсів знаходиться у низькочастотному діапазоні того сектору, який здатна чути людина. Живлення електронних пристроїв таким струмом не найкраща ідея, адже його змінна складова повністю нівелює характеристики вашого пристрою, а інколи може завдати навіть непоправної шкоди.

Тож призначення ланки фільтрації і полягає у сплощенні верхівок імпульсів (відфільтровуванні змінної складової), перетворенні пульсуючого струму на "чистий" постійний. Яким чином цього домогтися? Мабуть слід застосувати елементи які б віддавали енергію, накопичену у моменти максимальної амплітуди, під час спаду її до нуля. Які це елементи? З матеріалів, розглянутих нами раніше, можна зробити припущення, що такими елементами можуть бути або індуктивні елементи, або конденсатори, адже вони здатні накопичувати енергію. Так воно і є. Саме дроселі або конденсатори є найбільш вживаними елементами для створення ланок фільтрації, бо і той і той здатен накопичувати енергію та за потреби віддавати накопичений потенціал.

 

Мал. 2

На малюнку 2 наведені схематичні зображення ланок схеми з елементами фільтрації. Навіть, поки що, не вдаючись у деталі, відразу помітна різна система увімкнення до кіл обраних нами елементів. Конденсатор вмикається паралельно, а дросель – послідовно з колами виходу ланки випрямлення. Така особливість обмовлена зовсім різними способами впливу на пульсуючий струм елементів фільтрації.

Почнемо із конденсатора. Він згладжує пульсації на виході ланки випрямлення за рахунок взаємодії із постійною складовою вихідної напруги. Під час наростання амплітуди імпульсу відбувається накопичення конденсатором потенціалу. Під час спадання амплітуди вхідного імпульсу – конденсатор віддає накопичений потенціал

Мал. 3

споживачу (R). За рахунок цього відбувається компенсація провалів амплітуди на виході ланки фільтрації. Але, швидкість розряду конденсатора безпосередньо залежить від струму навантаження. Чим менший опір навантаження тим більший струм, тим швидше відбувається розряд конденсатора, а це призводить до погіршення фільтруючих властивостей такої ланки, просідання напруги на її виході.

 

Умовно графічне зображення такого процесу можете побачити на Мал. 3. Для компенсації такого явища доводиться збільшувати ємність конденсатора, адже це логічно. Не дарма серед аматорів побутує жартівливий вислів – "ємності конденсатора у фільтрі БЖ ніколи не буває багато". Втім, практично, існує певна залежність – на кожен 1.0 ампер навантаження слід брати конденсатор ємністю не менше 2000 мікрофрад.

 

Слід також не забувати, що при вмиканні БЖ розряджений конденсатор фільтра потягне на себе, для заряду, певний струм, інколи навіть більший ніж розрахунковий робочий струм блока живлення. Тому діоди ланки випрямляння слід брати із певним запасом, стосовно їхнього робочого струму, особливо у потужних БЖ – де є значна сумарна ємність конденсаторів фільтра.

 

Мал. 4

Зовсім інакше працює фільтр, який базується на використанні елемента індуктивності. Фільтрація – згладжування, імпульсів відбувається за рахунок взаємодії такого елементу зі змінною складовою пульсацій вихідної напруги ланки випрямлення. А форма напруги на виході ланки фільтрації трохи інша.

 

Впадає в око те, що "хвилькі" змінили напрямок (Мал. 4). Такий процес характерний для індуктивності, адже при зміні напрямку струму запускається механізм протидії – відбувається вивільнення "накопиченої" енергії.

 

Позитивною якістю індуктивного фільтра є те, що він практично не реагує на зміну струму навантаження. Який, звісно, не повинно перевищувати потужності вхідного джерела струму.

 

Мал. 5

Недоліком індуктивної системи фільтрації вважаються її масо-габаритні характеристики та вартість. Адже дросель системи фільтрації БЖ повинен мати суттєву індуктивність при використанні дроту намотки здатному підтримувати потрібну щільність струму. Такі дроселі схожі на трансформатори з однією обмоткою.

 

Втім, якби там не було, а поєднання у ланках фільтрації індуктивності та ємності (Мал. 5) має досить непогані характеристики. Такі системи фільтрації змінного струму мережевої частоти можна зустріти у старому побутовому обладнанні, стаціонарних лабораторних блоках живлення та ін.

Огляд ланок фільтрації був би не зовсім повним, якщо не сказати декілька слів про транзисторні фільтри. Їх іще називають – активними фільтрами. Для таких фільтрів характерний досить великий ККД та коефіцієнт згладжування. Принцип їхньої роботи полягає у тому, що колекторно-емітерний бар’єр біполярного транзистора для змінної складової має набагато більший опір ніж для постійної.

Різновидів таких схем досить багато, їхні варіації покладені в основу збільшення ККД, коефіцієнту згладжування, покращення термокомпенсації і т. ін.

Я хочу навести для прикладу дві простенькі, показові схеми із якими ми ще зустрінемося трохи нижче. Отже Мал. 6:

Мал. 6

Фільтр із Мал. 6-а, як правило, застосовується для споживачів із не дуже великим струмом навантаження, бо частина випрямленої напруги падає на резисторі R1, що і змушує обмежувати максимальний струм цього кола. При збільшенні величини опору резистора R1 зростає коефіцієнт згладжування, але падає ККД і навпаки.

Фільтр із Мал. 6-b, застосовується у колах із відносно великими струмами навантаження. Транзистор тут працює в режимі емітерного повторювача, задачу резистора R1 виконує навантаження, а тому ККД і коефіцієнт згладжування не зовсім постійні, тобто безпосередньо залежать від опору навантаження. Результат фільтруючої дії такого каскаду приблизно відповідає добутку ємності конденсатора С1 на коефіцієнт підсилення транзистора. Скажімо, при ємності конденсатора 100 мкФ та коефіцієнті підсилення  транзистора – 100, фільтруюча дія буде відповідати конденсатору 10 000 мкФ. 

Запам'ятайте ці дві схемки активних фільтрів.

Так, поступово ми наблизилися до останньої ланки лінійних блоків живлення.

 

Ланка стабілізації

Тож остання ланка лінійних блоків живлення – ланка стабілізації, в основі своїй – стабілізації напруги. У деяких блоках живлення її доповнюють, або, навіть, замінюють ланкою стабілізації струму.

Основне призначення ланки стабілізації – це утримання вихідних параметрів БЖ на постійному рівні, не залежно від зовнішніх факторів які впливають на нього. У переважній більшості побутових БЖ присутня лише ланки стабілізації напруги. Для лабораторних блоків живлення характерна додаткова ланка ще й стабілізації струму. Для пристроїв заряджання акумуляторів, зокрема свинцево-кислотних, більш потрібна ланка стабілізації струму з фіксованою вихідною напругою.

Найпростішою ланкою стабілізації напруги може бути звичайний стабілітрон. Не буду вдаватися у подробиці, адже цю тему ми вже розглядали. Для згадки, перечитайте попередній допис про напівпровідникові діоди.

Мал. 7

Єдине, що хотів би додати, то це просту схему отримання мізерних напруг стабілізації. Ви не знайдете стабілітрона із напругою стабілізації, скажімо, 1.0 В. Можна, звісно, спробувати реалізувати схему на стабісторах, чи діодах, або ж ускладнений варіант на ОП (операційних підсилювачах), які ми будемо невдовзі розглядати. Декого пошуки реалізації такого рішення заганяють у глухий кут. Проте, існує надзвичайно простий варіант зображений на Мал. 7. Як ви зрозуміли зі схеми напруга стабілізації стабілітронів може бути якою завгодно, головне полягає у різниці цих напруг. Таким чином можна отримати будь-яку малу напругу стабілізації.

 

Втім, такі ланки не відрізняються здатністю стабілізувати великі струми та й коефіцієнт стабілізації напруги стабілітроном залежить від стабільності струму через нього. Для того щоб збільшити струм ланки стабілізації її доповнюють транзисторним каскадом, а для покращення коефіцієнта стабілізації – стабілізують струм, який протікає через стабілітрон, за допомогою джерела стабільного струму.

Мал. 8

От ми поступово і підібралися до цікавого перетворення! Давайте розглянемо найпростіший варіант покращення характеристики навантаження ланки стабілізації основаної на стабілітроні. Це, як ми уже знаємо, додавання транзисторного каскаду. Зверніть увагу на Мал. 8. На ньому зображена найпростіша ланка транзисторного стабілізатора напруги. Вона вам нічого не нагадує?Уважні читачі відразу звернуть увагу на практично повну її тотожність зі схемою активного фільтра з Мал. 6-b, за винятком лише того, що конденсатор замінено стабілітроном. Так, це та ж сама схема емітерного повторювача, який чудово виконує роль ще й ланки підсилення струму стабілізатора напруги на базі стабілітрону.

 

Резистор R1 обмежує струм через стабілітрон, але не робить його стабільним. Для того щоб стабілізувати струм, слід застосувати джерело стабільного струму.

Мал. 9

Настав час чергового перетворення! На Мал. 9  зображено ланку стабілізації напруги БЖ із живленням стабілітрона від джерела постійного струму. Зверніть увагу, як це ДСС (джерело стабільного струму) схоже на ланку активного фільтра з Мал. 6-а.

 

 

 

Мал. 10

На базі біполярного транзистора, стабілітрона VD1 та двох резисторів побудоване ДСС яке забезпечує стабілітрон VD2 відносно стабільним струмом. Навіть така проста схема підвищує коефіцієнт його стабілізації у 5-10 разів.

Отже такі ланки стабілізаторів виконують не лише свою безпосередню задачу – стабілізацію напруги, а ще є і досить ефективними фільтрами.

Джерело стабільного струму можна побудувати і на польовому транзисторі. Приклад такого джерела наведено на Мал. 10. Резистор R, як і у попередньому випадку, відповідає за величину стабільного струму.

 

 

Схем стабілізаторів існує дуже велика кількість. Різноманітні варіанти, комбінації, призначення яких забезпечити потрібний струм, високий коефіцієнт стабілізації, температурну стабільність. Але в основі своїй вони поділяються на послідовні, паралельні, параметричні та компенсаційні.

У послідовних стабілізаторів регулюючий елемент увімкнений послідовно із колом проходження струму (навантаженням), у паралельних – паралельно. Із цього можна зробити висновок, що майже усі наведені вище варіанти стабілізаторів – послідовні, окрім того, який зображений на Мал. 9, адже стабілітрон VD2 увімкнений паралельно навантаженню стабілізатора.

Існують і транзисторні схеми паралельних стабілізаторів, правда використовуються вони досить рідко. Основна причина їхньої непопулярності це малий ККД, а от до переваг можна віднести те, що вони практично не навантажують трансформатор та кола фільтрів, тож і такої реакції на зміну струму навантаження у них немає. Ще одна перевага – паралельні стабілізатори абсолютно не чутливі до режимів КЗ.

Мал. 11

Простий варіант паралельного стабілізатора на біполярному транзисторі наведено на Мал. 11.

Гадаю, стосовно того, який вам трапився на очі стабілізатор паралельний чи послідовний ви зрозуміли

Тепер розглянемо наступну пару параметричний та компенсаційний.

Параметричним стабілізатором називають такий, де рівень стабілізації напруги задається параметрами стабілізуючого елементу. Це, як правило – стабілітрон, але може бути і стабістор, діоди, чи то інтегральний стабілізатор TL431.

Як виходить із написаного, усі наведені вище варіанти ланок стабілізаторів – параметричні, адже скрізь, як стабілізуючий елемент, застосовано різноманітні стабілітрони.

Мал. 12

Стабілізація напруги у компенсаційних стабілізаторах досягається трохи іншим шляхом. Можна ще інколи почути назву – послідовний стабілізатор зі зворотним зв'язком. Такі стабілізатори автоматично підтримують задані параметри напруги на виході БЖ з необхідною точністю і незалежно від вхідної напруги та струму навантаження. Вони відрізняються досить великим коефіцієнтом стабілізації, здатністю працювати у колах із великим струмом навантаження.

Наведу приклад простої ланки компенсаційного стабілізатора із можливістю ручного коригування вихідної напруги у певних межах (Мал. 12).

Давайте коротко розглянемо принцип її роботи. Нам зрозуміло, що резистор R2 обмежує струм стабілітрона D1, разом вони – ланка опорної напруги. Ця ланка задає базову напругу на яку буде орієнтуватися стабілізатор. Транзистор VT1 – каскад підсилення потужності стабілізатора напруги. Ланка резисторів R3, R4, R5 – подільник напруги увімкнений після кіл стабілізації. Він слугує датчиком напруги на виході стабілізатора. Найцікавіша та найвідповідальніша частина схеми – транзистор VT2 та резистор R1. Ця ланка відповідає за порівняння опорної напруги та напруги на виході, і в разі невідповідності – вироблення сигналу для їхнього узгодження.

Як це працює? На емітер транзистора VT2 подається опорна напруга. На базу транзистора, із подільника R3, R4, R5, подається напруга, яка є результатом роботи стабілізатора. Позитивний потенціал БЖ подано на колектор транзистора через резистор R1, який і є його елементом колекторного навантаження.

Тепер уявімо ситуацію коли, внаслідок впливу зміни зовнішніх факторів, виникла певна неузгодженість. Скажімо, напруга на виході – збільшилася. У такому разі збільшиться і потенціал на базі транзистора VT2, а це призведе до того, що він почне відкриватися. Тобто, у колі емітер-колектор-резистор R1 почне збільшуватися струм, а це, у свою чергу потягне за собою зменшення потенціалу у точці приєднання бази транзистора VT1. І, як наслідок, транзистор VT1 почне закриватися, зменшуючи напругу на виході стабілізатора. Зворотний процес відбуватиметься при зменшенні напруги на виході стабілізатора. Таким чином система тяжітиме до збалансування встановлених параметрів.

Це проста схема, вона має не дуже великий коефіцієнт стабілізації (близько 30), втім, показова для розуміння принципу дії компенсаційного стабілізатора. Її простота не погіршує практичних якостей, бо навіть такий стабілізатор суттєво кращий за параметричний.

Схем компенсаційних стабілізаторів існує неймовірна кількість. Кожна із них відрізняється характерними особливостями, покращеними властивостями стабілізації напруги, здатністю працювати при великих струмах навантаження і т.ін. Скажімо додавання до попередньої схеми ДСС (джерела стабільно струму), може збільшити її коефіцієнт стабілізації у декілька десятків разів.

Мал. 13

Для ознайомлення хотілося б навести приклад якісного компенсаційного стабілізатора із коефіцієнтом стабілізації більшим за 50000 (Мал. 13). Він побудований на іншій елементній базі, але принцип роботи лишається тим самим.

Так, тут як регулюючий елемент використано польовий транзистор, контролює напругу та виробляє сигнал корекції ОП (операційний підсилювач). А ланки опорної напруги та подільник вихідної напруги ви уже знайдете самостійно.

Такий стабілізатор напруги відносно стійкий до режиму КЗ, бо його опорна ланка увімкнена після регулюючого транзистора. Таке увімкнення ланки опорної напруги має як свої переваги, так і недоліки.

Власне кажучи, режими КЗ є для стабілізаторів найстрашнішим. Під час цього режиму напруга на виході стабілізатора падає, а кола автоматичного утримання напруги намагаються її збільшити. Тому процес, практично миттєво, доводить струм через регулюючий транзистор до безмежних значень, і він – виходить з ладу. Найліпшим удосконаленням стабілізатора напруги, є його захист від КЗ.

Мал. 14

Давайте спробуємо удосконалити стабілізатор схема якого наведена вище (Мал. 12). Не дуже складна модернізація дозволяє обмежити його максимально можливий струм безпечним рівнем.

Що змінилося? З'явилися два нові елементи R6 та VT3. R6 – це шунт, падіння напруги на якому відкриває ключовий елемент VT3.

Що потрібно? Ми уже знаємо, що для стабільного відкриття транзистора напруга зміщення на переході база-емітер повинна складати 0.7 вольта. Саме такий рівень падіння напруги, під час протікання певного струму і виникає на резисторі певного номіналу R6. Тепер саме час звернутися нам до Закону Ома. Припустимо, що нам потрібно обмежити струм стабілізатора на рівні 1 ампера. Тоді R=U/I, отже R=0.7/1, де 0.7 (0.7 В) – рівень потрібного нам падіння напруги на резисторі R6, 1 (1.0 А) – рівень обмеження струму стабілізатора. Знаходимо: розрахункова величина опору резистора R6 повинна складати 0.7 Ом.

Як це працює? Під час протікання через резистор R6 струму меншого за 1 ампер, падіння напруги на ньому буде меншим за 0.7 вольта. Транзистор VT3 – закритий і не впливає на роботу стабілізатора. Його неначебто немає і стабілізатор чітко виконує свою задачу – стабілізація напруги на виході БЖ.

При збільшенні струму навантаження до 1.0 А на резисторі R6 виникає падіння напруги на рівні 0.7 вольта, тобто ця напруга буде прикладена до переходу база-емітер. Наслідком цього буде відкриття транзистора VT3, він "просинається" і включається у роботу стабілізатора. По колу R1-VT3 піде струм, що, у свою чергу, зменшить напругу на базі транзистора VT1, закриваючи його.

Застосовуючи формулу розрахунку, можна підібрати номінал резистора R6 для потрібного рівня обмеження струму.

Мал. 15

Ми з вами розглянули різноманітні варіанти найпростіших стабілізаторів напруги на дискретних елементах. До виготовленні таких стабілізаторів аматори вдаються тоді, коли від нього хочуть отримати якісь ексклюзивні характеристики. Найпоширенішим і найуживанішим на сьогодні є використання інтегральних стабілізаторів на кшталт 78ХХ, 79ХХ. Такі стабілізатори мають цілком непогані характеристики, захищені від КЗ, перегріву, до того ж – чудово фільтрують вихідну напругу.

У назві стабілізатора вказано напругу його стабілізації, наприклад – 7805 – 5.0 В, 7812 – 12.0 В, 7824 – 24.0 В. Стабілізатор, назва якого починається цифрами 78 призначений для стабілізації позитивної ланки напруги, а цифри 79 вказують на стабілізатор для негативної. Схема увімкнення стабілізатора виглядає надзвичайно просто (Мал. 15).

 

Мал. 16

Існують також інтегральні стабілізатори для БЖ з можливістю регулювання вихідної напруги, наприклад LM317. Ми уже використовували такий елемент при виготовленні нашого першого БЖ, тому зупинятися на деталях я не буду. Додам лише те, що такий самий стабілізатор для ланки негативної напруги має індекс LM337.

LM317 розрахована на максимальний струм навантаження – 1.5 А, але існують і більш потужніші аналоги: LM350 – 3.0 А, LM338 – 5.0 А.

Не слід також забувати про те, що інтегральні стабілізатори серії LM3ХХ можуть виконувати також і функцію стабілізатора струму. Схема увімкнення трохи змінюється, але залишається досить простою (Мал. 16).

Формула для розрахунку резистора R проста: R= 1.2/I. Отже, для того щоб отримати стабільний струм 800 мА, слід використати резистор номіналом 1.2/0.8 = 1.5 Ом. Не забувайте про його потужність.

А послідовно скомбінувавши схему з Мал. 16 та Мал. 15 (7812) матимемо стабілізатор напруги 12 В зі стабільним струмом не вищим за 0.8 А. Такий стабілізатор можна використати для живлення різноманітних додатків, які потребують обмежений струм і фіксовану напругу.

На цьому, мабуть, закінчимо огляд лінійних вторинних джерел живлення. На черзі – імпульсні.

 

 

-------------------------------------------------------------------

ВІДСТУП

лабораторний блок живлення (основний)

 

Перш за все слід визначитися із тим, що ми розуміємо під назвою – лабораторний блок живлення, адже жорстких стандартів стосовно терміну лабораторний немає.

На мою думку таке джерело живлення повинно мати можливість регулювати напругу від 0 до певного, потрібного аматору значення. Воно повинно мати захист від короткого замикання, мати можливість встановлювати обмеження струму на виході. І найголовніше – бути інформативним. Тобто, обов'язково, за допомогою індикаторів показувати встановлену на виході напругу та струм, який споживає навантаження, та рівень його встановленого обмеження. Це, на мій погляд, основні вимоги до джерела, яке претендує на назву – лабораторний блок живлення.

Для себе я обрав верхню межу на рівні 30 вольтів та максимальний струм на рівні 3-5 амперів. Чому через дефіс? Основний діапазон потрібних аматору робочих струмів лежить у межах 0 – 3000 мА, але інколи, за потреби, непогано було б, щоб джерело живлення могло бути безпечно навантажене і струмом до 5000 мА.

Отже, задачу ми визначили – виготовлення лабораторного блока живлення для власної майстерні. Його характеристики:

                           1.вихідна напруга із можливістю регулювання від 0 до 30 вольтів;

                           2.здатність тривало забезпечувати навантаження струмом 3(5) амперів в усьому діапазоні дозволеної напруги;

                           3.захист від короткого замикання;

                           4.здатність регулювати та підтримувати встановлений струм на виході;

                           5.обов'язкова присутність приладів вихідного контролю напруги та струму;

                           6.система контролю за температурним режимом вузлів схильних до перегріву із їхнім примусовим охолодженням (за потреби);

                           7.система аварійного вимкнення при досягненні межі критичного перегріву.

Давайте ці вимоги накладемо на наш попередній – допоміжний блок живлення. Дуже схожі можливості і якщо аматор не має потреби в основному джерелі живлення, то його, для роботи, вистачить цілком.

Яка ж основна різниця між допоміжним та основним джерелом. Це сама суть, база джерела. Допоміжне джерело живлення – повністю імпульсне, основне лінійне, або, можливо, – комбіноване з лінійним стабілізатором.

Лінійне джерело відрізняється вихідним струмом позбавленим імпульсних завад, високочастотних шумів. І хоч його ККД нижчий, чистіший постійний вихід інколи має суттєві переваги. До плюсів слід додати відсутність конденсаторів великої ємності на виході. А от стосовно мінусу, окрім низького ККД, це великі масо-габаритні показники, в основному за рахунок потужного трансформатора та необхідного радіатора.

Мал. 17

В Інтернеті величезна кількість схем лінійних блоків живлення. Простіших, складніших, із різноманітними регулюваннями, без. Я знаю, що колись ви захочете реалізувати власний проект. Проаналізуєте інформацію, схемотехніку і створите джерело живлення під свої потреби, але…

Найліпшим та найпростішим варіантом реалізації основного лінійного джерела живлення на сьогодні, буде використання конструктора К-178 (Мал. 17). Ми спробуємо проаналізувати його недоліки, деякі особливості і проведемо певну модернізацію.

    Отже, параметри заявлені комплектувальником цього конструктора досить-таки привабливі:

•             можливість регулювання вихідної напруги від 0 до 30 В;
•             можливість встановлення обмеження вихідного струму від 0 до 3 А;
•             захист від КЗ.

Слід лише звертати увагу на попередження виробника стосовно того, що на вхід плати БЖ подається змінна напруга не вища за 24 В.

Здавалося б усе гаразд, потрібний мережевий силовий трансформатор із вихідною напругою на вторинні обмотці 24 В та зі здатністю віддавати струм 3 А підібрати можна.

Але є одне "АЛЕ". Виробники конструктора, трішечки вводять в оману. Річ у тім, що при використаній елементній базі виріб не може забезпечити заявлені характеристики, принаймні при напрузі у побутовій мережі живлення 220 вольтів і вище. Давайте звернемо увагу на схему і спробуємо розібратися.

Мал. 18

В основу конструктора покладено схему (Мал. 18), яка відома багатьом аматорам і вже давно "живе" на теренах Інтернету. Схема стала воістину "народною" і недоліки її розібрані уздовж і впоперек. Китайці випускають схожі конструктори у різноманітних варіантах та із різними доповненнями, але суть від цього не міняється. Недолік живе стабільно.

Втім, схемотехніка плати (хоч і застаріла) надійна, працездатна і малошумна, хоч і максимальної напруги 30 В з неї, при наявній комплектації, отримати теоретично – неможливо, практично можна, але не впевнено і не довго.

Мал. 19

І якби цей недолік не можна було вилікувати, я мабуть і не вчиняв би тут словоблуддя.

Для більш досвідчених аматорів скажу, що один із методів лікування недоліку – відокремлення живлення існуючих ОП (операційних підсилювачів.)

Перед тим, як пояснити спосіб лікування цього конструктора, пройдемося коротко по тому, чому виникає така ситуація.

У мене трішечки інша модель, від виробника із піднебесної (Мал. 19), але, як я наголошував, вони конструктивно однакові. За основу я візьму свій варіант. 

 

Клеми 1 та 2 є входом змінної напруги 24 В до регулятора-стабілізатора. З випрямного містка, утвореного діодами D1-D4, виходить постійно-пульсуюча напруга – позитивна від з'єднання катодів D1+D2, негативна від з'єднання анодів D3+D4. Для згладжування пульсуючої складової застосовано фільтр-конденсатор C1.

Шина позитивної напруги (угорі), перериваючись вмонтованим послідовно колекторно-емітерним переходом регулюючого транзистора Q4, надходить до вихідної клеми 3. Шина негативної напруги, у свою чергу перериваючись послідовним резистором R7, надходить до вихідної клеми 4. Резистор R7 виконує роль шунта, падіння напруги на якому є показником струму споживання навантаженням. Позаяк через резистор протікає досить значний струм, він має потужність 5 Вт. Як на мене, при використаному номіналі 0.47 Ом (мовчу про більші значення), цього недостатньо. Радив би відразу змінити його на 10 ватний і розташувати якомога вище над платою. Під час роботи на режимах максимальних струмів резистор буде відчутно нагріватися. Давайте прикинемо: заявлений струм – 3 ампера, при 0.47 омах падіння напруги становитиме 1,41 вольта, потужність, яка виділятиметься при цьому – 4.2 вата. Неначебто відповідає умовам, але при щільному розташуванні під час монтажу, невдовзі матимете чорну обвуглену плату (та й не дуже я довіряю китайським ватам).  До речі, можна зменшити номінал резистора R7, це полегшить не лише його температурний режим, але й зменшить падіння напруги на виході БЖ при гарному навантаженні, та якщо більше нічого не міняти, потягне за собою збільшення можливого максимального робочого струму джерела живлення бо підвищиться межа його блокування у режимі КЗ. Захист від КЗ у цьому БЖ реалізовано блокуванням вихідної напруги за рахунок закриття регулюючого транзистора при перевищенні певної встановленої межі максимального струму на виході. Саме тому слід усе робити в комплексі – або потурбуватися про максимальний режим регулюючого транзистора, або скоригувати кола ОП U3 які відповідають за межу максимального струму. Втім про все це потім.

Отже, на шинах плюс-мінус живе напруга близько 33 вольтів. Уявімо, що нам слід отримати від БЖ 3 вольти при струмі 3 ампери. На транзисторі повинно розсіятися 30х3= 90 ватів, а це межа можливості регулюючого транзистора у корпусі 247 чи ТО-3Р. Тож максимальний струм 3 ампери вибрано не просто так, та й говорити про правило 50-70 (пам'ятаєте?) навіть не варто. Але це теж лікується різними способами і максимальний струм БЖ цілком можна підняти до 5 амперів, за умови наявності трансформатора здатного віддавати таку потужність.

Мал. 20

Їдемо далі. Від цієї напруги живиться лише один ОП U1, який продукує опірну напругу. Для живлення інших двох передбачено додаткову шину -5.0 В, тобто їхнє живлення двополюсне: +33 та -5. 33+5= 38 вольтів – це вже занадто! Із технічного паспорта на МС TL081 відомо, що її максимальна напруга живлення становить 36.0 В. Отже ці ОП на межі виживання. Звісно, при певному навантаженні максимальна напруга просяде, але основний час життя лабораторний БЖ проводить саме у холостому режимі. Мал. 20 – холостий режим роботи кіл живлення регулятора-стабілізатора.

 

 

Лікується така болячка заміною мікросхем операційних підсилювачів на MC34071 (або подібні). Ця мікросхема практично повний аналог вжитої, але відрізняється дозволеною максимальною напругою живлення 44 вольта. На жаль МС відсутня у магазині, втім, будемо сподіватися – з'явиться.

А поки-що блок живлення цілком можна експлуатувати з меншою напругою живлення, правда буде меншою і вихідна напруга.

Є ще один тимчасовий варіант, який слід спробувати практично. Нам відомо, що на потужному кремнієвому випрямному діоді існує певне падіння напруги. А хто заважає увімкнути після містка необхідну кількість послідовно з'єднаних потужних діодів, скажімо 10А10, і спробувати довести напругу живлення ОП U2, U3 вольтів до 35 у холостому режимі. Це, звісно, має і свої негативні наслідки, але як тимчасовий захід... Чому б і ні?

Стосовно трансформатора живлення.

Гарним вибором будуть готові трансформатори на 2х12 В – 5 А та 2х12 В – 3 А. Обидва вони складаються із двох секцій по 12 вольтів, чому так краще я поясню трохи нижче. Втім, слід пам'ятати, що такі трансформатори можна буде використовувати лише після заміни операційних підсилювачів, або додаткових заходів по зниженню випрямленої напруги на шинах живлення.

Якщо ви хочете запустити та повністю скомпонувати свій ЛБЖ в існуючому стані, то слід буде застосувати якийсь трансформатор із вихідною напругою вторинної обмотки в межах 12 – 22 вольта.

Мені спало на думку, що аматори, яким цікаве самостійне виготовлення лінійного джерела живлення, серйозно підходять до творчості. У їхньому розпорядженні обов'язково повинен бути ЛАТР (лабораторний автотрансформатор). За допомогою такого пристрою дуже легко скоригувати напругу побутової мережі, перевірити межі робочої напруги будь-якого пристрою (імпульсні БЖ, стабілізатори мережевого живлення і т.п.). Так от, маючи ЛАТР ви можете подати на первинну обмотку 24 вольтового трансформатора 200 вольтів, в результаті на вторинній отримаєте необхідні 22 вольти. Тобто, до вирішення питання стосовно живлення ОП, чи їх заміни, ЛБЖ живити від окремої розетки де буде встановлено 200 вольтів.

 

Продовження за посиланням.