В самом деле - это самый простой регулируемый блок питания на свете!
Потратив меньше часа на его сборку вы получите стабилизированный регулируемый блок питания с выходным напряжением 0...12 В и максимальным током нагрузки 1 А для питания ваших конструкций.
Этот набор создан на основе замечательной статьи на одном известном кошачьем сайте. В статье (см. ниже...) описывается самый простой стабилизированный блок питания, который только можно себе представить. И не просто описывается - во второй части этой статьи описываются все расчёты, которые необходимо выполнить при конструировании такого блока питания.
Разработчики только добавили в схему светодиод D2
и баластный резистор Rd
для светодиода. Светодиод будет показывать подачу напряжения на блок питания.
И да в набор добавлен маленький радиатор для транзистора VT2
и крепёж для него, чтобы вы могли испытать ваш блок питания сразу после сборки.
Характеристики:
Входное напряжение: 12...15 В;
Выходное напряжение: 0...12 (±1) В;
Максимальный ток нагрузки: 1 А;
Сложность: 1 балл;
Время сборки: Около 1 часа;
Размеры печатной платы: 81 x 31 x 2 мм;
Упаковка: OEM;
Размеры OEM упаковки: ~255 x 123 x 35 мм;
Размеры устройства: ~81 x 31 x 35 мм;
Общая масса набора: ~200 г.
Комплект поставки:
Плата печатная;
Набор радиодеталей;
Моточек монтажного провода для переменного резистора (~0,5 м);
Радиатор для микросхемы;
Крепёж для радиатора (~Винт M3x20; гайка M3; шайба M3);
БОНУС!
Моточек трубчатого припоя ПОС-61 (~0,5 м);
Схема цоколёвки компонентов;
Схема цветовой маркировки резисторов;
Инструкция по сборке и эксплуатации.
Примечания:
Для данного блока питания необходим понижающий трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 12...15 В и током не менее 1 А.
Подсоедините трансформатор к блоку питания через клеммник X1.
Включите трансформатор в сеть.
Светодиод D2 должен загореться, информируя о поступлении постоянного напряжения на блок питания.
Переменным резистором R2 установите необходимое выходное напряжение.
Подключите нагрузку - всё работает!
Для увеличения нажмите на картинку
(навигация по картинкам осуществляется стрелочками на клавиатуре)
ЧАСТЬ 1
Блок питания
Да, да, я уже понял, что тебе не терпится - ты уже начитался теории, прочитал, что такое электрический ток, что такое сопротивление, узнал кто такой товарищ Ом и ещё много чего. И теперь ты хочешь резонно спросить: "И чего? Толк то в этом во всём какой? Куда это всё приложить то можно?". А возможно ты ничего этого и не читал, потому как это страшно скучно, но приложить руки к чему-то электронному всё-таки хочется. Спешу тебя обрадовать - сейчас мы как раз и займёмся тем, что приложим всё 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 соберём в дальнейшем. Ведь если мы сначала соберём, например, радиоприёмник - он всё равно работать не будет, пока мы не дадим ему питания. Так что, перефразируя известную пословицу - "блок питания - всему голова" (с) by Автор статьи.
Итак, приступим. Прежде всего зададимся начальными параметрами - напряжением, которое будет выдавать наш блок питания и максимальным током, который он способен будет отдать в нагрузку. То бишь, насколько мощную нагрузку можно будет к нему подключить - сможем ли мы подключить к нему только один радиоприёмник 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 радиоприёмника, 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.
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.
Идём 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.
Ещё 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 (или найти эти компоненты или их аналоги ).
| Обозначение на схеме | Номинал | Примечание |
| Т1 | Любой с напряжением вторичной обмотки 12...13 Вольт и током 1 Ампер | |
| VD1 | КЦ405Б | Диодный мост. Максимальный выпрямленный ток не менее 1 Ампера |
| С1 | 2000 мкФ х 25 Вольт | Электролитический конденсатор |
| R1 | 470 Ом | |
| R2 | 10 кОм | Переменный резистор |
| R3 | 1 кОм | Постоянный резистор, мощностью рассеивания 0,125...0,25 Вт |
| D1 | Д814Д | Стабилитрон. Напряжение стабилизации 14 В |
| VT1 | КТ315 | |
| VT2 | КТ817 | Транзистор. С любым буквенным индексом |
Паять всё это можно как на плате, так и навесным монтажём - благо элементов в схеме совсем немного, но рекомендуется (для отладки схемы) собирать её на беспаечной макетной плате
.
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.
Вот в общем-то и всё. Вопросы есть?
Ну например: "А почему резистор R1 - 100 Ом?" или, "почему два транзистора - неужели нельзя обойтись одним?". Нет?
Ну ладно, как хотите, но если всё-таки появятся, прочтите следующую часть этой статьи, где рассказывается о том, как рассчитывался этот блок питания и как рассчитать свой собственный.
ЧАСТЬ 2
Блок питания "Проще не бывает"
Ага, все-таки зашёл? Что, любопытство замучило? Но я очень рад. Нет, правда.
Располагайся поудобнее, сейчас мы вместе произведём некоторые нехитрые расчёты, которые нужны, чтобы сварганить тот блок питания, который мы уже сделали в первой части статьи.
Хотя надо сказать, что эти расчёты могут пригодиться и в более сложных схемах.
Итак, наш блок питания состоит из двух основных узлов:
Выпрямителя, состоящего из трансформатора, выпрямительных диодов и конденсатора;
Стабилизатора, состоящего из всего остального.
Как настоящие индейцы, начнём, пожалуй, с конца и рассчитаем сначала стабилизатор.
Стабилизатор
Схема стабилизатора показана на рисунке:
Это, так называемый параметрический
стабилизатор. Состоит он из двух частей:
Самого стабилизатора на стабилитроне D с балластным резистором R б
;
Эмиттерного повторителя 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.
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 расчёта мы взяли максимальное выходное напряжение блока питания. Однако, в данном расчёте, надо наоборот брать минимальное напряжение, которое выдаёт 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 берём Uвых=14 Вольтам, то получаем P max
=1,3*(17-14)*1=3,9 Вт.
А если мы примем Uвых=1,5 Вольта, то P max =1,3*(17-1,5)*1=20,15 Вт
То есть, если бы не учли этого, то получилось бы, что расчётная 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...
Сначала определим максимальный ток базы свежевыбранного транзистора (а ты как думал? в нашем жестоком мире потребляют все - даже базы транзисторов).
I б max =I max / h21 Э min
h21 Э min - это минимальный коэффициент передачи тока транзистора и берётся он из справочника. Если там указаны пределы этого параметра - что то типа 30…40, то берётся самый маленький. Ну, у меня в справочнике написано только одно число - 25, с ним и будем считать, а что ещё остаётся?
I б max =1/25=0.04 А (или 40 мА), что 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...
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 ещё 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 R б :
R б =(Uвх-Uст)/(I б max +I ст min ),
Где:
Uст - напряжение стабилизации стабилитрона,
Iст min - ток стабилизации стабилитрона.
R б = (17-14)/((1.33+5)/1000) = 470 Ом.
Теперь определим мощность этого резистора:
P rб = (U вх - U ст )*2/R б ,
То есть:
P rб = (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 ещё ждёт выпрямитель. Уж считать так считать, я так считаю (каламбур, однако).
Выпрямитель
Итак, смотрим на схему выпрямителя:
Ну, тут всё 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 пойдём, 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 учтём, 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 найдётся, не страшно - в данном случае можно применить трансформатор с напряжением на вторичной обмотке от 13 до 16 Вольт.
C ф = 3200*I н /(U н *K н ,
Где:
Iн - максимальный ток нагрузки;
Uн - напряжение на нагрузке;
Kн - коэффициент пульсаций.
В нашем случае:
Iн = 1 Ампер;
Uн=17 Вольт;
Kн=0,01.
C ф = 3200*1/17*0,01=18823.
Однако, поскольку за выпрямителем идёт ещё стабилизатор напряжения, мы можем уменьшить расчётную ёмкость 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:
U обр max = 2U н , то есть U обр 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 всё про выпрямители и параметрические стабилизаторы.
Впереди у нас стабилизатор для самых ленивых - на интегральной микросхеме и стабилизатор для самых трудолюбивых - компенсационный стабилизатор.
ЧАСТЬ 3
Блок питания
В этой части, как и обещалось, мы поговорим о ещё одном типе стабилизаторов - компенсационном
. Как видно из названия (название видно, нет?), принцип действия их основан на компенсации чего-то чем-то как-то где-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:
- Источник опорного напряжения (ИОН) на R 2, D 1, который сам по себе является параметрическим стабилизатором.
- Делителя напряжения R3-R5.
- Усилителя постоянного тока (УПТ) на транзисторе VT1.
- Регулирующего элемента на транзисторе VT2.
Работает весь этот зоопарк следующим образом. ИОН выдаёт опорное напряжение, равное напряжению на выходе стабилизатора на эмиттер VT1. Напряжение с делителя поступает на базу VT1. В результате, этому бедолаге приходится решать, что же делать с напряжением на коллекторе - то ли оставить всё как есть, то ли увеличить, то ли уменьшить. И чтобы сильно не морочиться, он поступает так - если напряжение на базе меньше опорного (которое на эмиттере), он увеличивает напряжение на коллекторе, открывая сильнее, таким образом, транзистор VT2 и увеличивая напряжение на выходе, если же напруга на базе больше опорного, то происходит обратный процесс.
В результате всей этой возни, напряжение на выходе остаётся 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 R4 нужен для подстройки в небольших пределах выходного напряжения стабилизатора.
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, причём обязательным является только один - микросхема DA1. 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 микросхемку по душе.
Напряжение на входе микросхемы должно быть как минимум на 3 Вольта выше, чем выходное, но не должно превышать 30 вольт. Ну собственно и всё.
Что, что? Тебе нужно не 15 Вольт, а 14? Экий ты капризный. Ну да ладно. В качестве поощрительного приза (правда, пока не знаю за что) расскажу ещё про одну схемку.
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 неё есть и буржуйский аналог - LM317 (на схеме нумерация выводов для неё 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 R2.
Для этого существует хитрая формула:
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 R2.
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:
Ну, теперь посчитаем.
Для начала возьмём МИНИМАЛЬНОЕ значение выходного напряжения, 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, берём 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.
Такие вот пироги. Кстати, пока не забыл - микросхемы обязательно надо ставить на радиатор, иначе они сдохнут, причём довольно шустро. Правда грустно.
Внешне, микросхемка в корпусе КТ28-2 выглядит вот таким образом:
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:
Теперь точно всё.
Этот блок питания на микросхеме LM317, не требует каких – то особых знаний для сборки, и после правильного монтажа из исправных деталей, не нуждается в наладке. Несмотря на свою кажущуюся простоту, этот блок является надёжным источником питания цифровых устройств и имеет встроенную защиту от перегрева и перегрузки по току. Микросхема внутри себя имеет свыше двадцати транзисторов и является высокотехнологичным устройством, хотя снаружи выглядит как обычный транзистор.
Питание схемы рассчитано на напряжение до 40 вольт переменного тока, а на выходе можно получить от 1.2 до 30 вольт постоянного, стабилизированного напряжения. Регулировка от минимума до максимума потенциометром происходит очень плавно, без скачков и провалов. Ток на выходе до 1.5 ампер. Если потребляемый ток не планируется выше 250 миллиампер, то радиатор не нужен. При потреблении большей нагрузки, микросхему поместить на теплопроводную пасту к радиатору общей площадью рассеивания 350 – 400 или больше, миллиметров квадратных. Подбор трансформатора питания нужно рассчитывать исходя из того, что напряжение на входе в блок питания должно быть на 10 – 15 % больше, чем планируете получать на выходе. Мощность питающего трансформатора лучше взять с хорошим запасом, во избежание излишнего перегрева и на вход его обязательно поставить плавкий предохранитель, подобранный по мощности, для защиты от возможных неприятностей.
Нам, для изготовления этого нужного устройства, потребуются детали:
- Микросхема LM317 или LM317T.
- Выпрямительная сборка почти любая или отдельные четыре диода на ток не менее 1 ампер каждый.
- Конденсатор C1 от 1000 МкФ и выше напряжением 50 вольт, он служит для сглаживания бросков напряжения питающей сети и, чем больше его ёмкость, тем более стабильным будет напряжение на выходе.
- C2 и C4 – 0.047 МкФ. На крышке конденсатора цифра 104.
- C3 – 1МкФ и больше напряжением 50 вольт. Этот конденсатор, так же можно применить большей ёмкости для повышения стабильности выходящего напряжения.
- D5 и D6 – диоды, например 1N4007, или любые другие на ток 1 ампер или больше.
- R1 – потенциометр на 10 Ком. Любого типа, но обязательно хороший, иначе выходное напряжение будет «прыгать».
- R2 – 220 Ом, мощностью 0.25 – 0.5 ватт.
Сборка регулируемого стабилизированного блока питания
Сборку я произвел на обычной макетной платы без всякого травления. Мне этот способ нравится из-за своей простоты. Благодаря ему схему можно собрать за считанные минуты.
Проверка блока питания
Вращением переменного резистора можно установить желаемое напряжение на выходе, что очень удобно.С тех пор как возобновил свою радиолюбительскую деятельность, меня часто посещала мысль о качественном и универсальном . Имевшийся в наличии и произведенный лет 20 назад блок питания имел лишь два напряжения на выходе - 9 и 12 вольт при токе порядка одного Ампера. Остальные необходимые в практике напряжения приходилось «выкручивать» добавляя разные стабилизаторы напряжения, а для получения напряжений выше 12 Вольт - использовать трансформатор и разные преобразователи.
Такая ситуация порядком надоела и стал присматривать схему лабораторника в интернете для повторения. Как оказалось многие из них это одна и та же схема на операционных усилителях, но в разных вариациях. При этом на форумах обсуждения этих схем на тему их работоспособности и параметров напоминали тему диссертаций. Повторять и тратиться на сомнительные схемы не хотелось, и во время очередного похода на Алиэкспресс вдруг набрел на набор конструктора линейного блока питания с вполне приличными параметрами: регулируемым напряжением от 0 до 30 Вольт и током до 3 Ампер. Цена в 7,5 $, делала процесс самостоятельной покупки компонентов, разработки и травлением платы просто бессмысленным. В итоге, получил по почте вот такой набор:
Не взирая на цену набора, качество изготовления платы могу назвать отменным. В комплекте даже оказалось два лишних конденсатора на 0,1 мкф. Бонус - пригодятся)). Все что нужно сделать самому - это «включив режим внимания», расставить компоненты по своим местам и спаять. Китайские товарищи позаботились о том, чтобы перепутать, что либо смог только человек, впервые узнавший о батарейке и лампочке - на плату нанесена шелкография с номиналами компонентов. В финале получается вот такая плата:
Характеристики лабораторного блока питания
- входное напряжение: 24 В переменного тока;
- выходное напряжение: от 0 до 30 В (регулируемое);
- выходной ток: 2 мА - 3 А (регулируемый);
- пульсации выходного напряжения: менее 0.01%
- размер платы 84 х 85 мм;
- защита от короткого замыкания;
- защита по превышению установленной величины тока.
- О превышении установленного тока сигнализирует светодиод.
Для получения полноценного блока следует добавить лишь три компонента - трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 24 вольта при 220 вольтах на входе (важный момент, о котором подробно ниже) и током 3,5-4 А, радиатор для выходного транзистора и кулер на 24 Вольта для охлаждения радиатора при большом токе нагрузки. Кстати, в интернете нашлась и схема данного блока питания:
Из основных узлов схемы можно выделить:
- диодный мост и фильтрующий конденсатор;
- регулирующий узел на транзисторах VT1 и VT2;
- узел защиты на транзисторе VT3 отключает выход, пока питание операционных усилителей не будет нормальным
- стабилизатор питания вентилятора на микросхеме 7824;
- на элементах R16, R19, C6, C7, VD3, VD4, VD5 построен узел формирования отрицательного полюса питания операционных усилителей. Наличие этого узла обуславливает питание всей схемы именно переменным током от трансформатора;
- выходные конденсатор С9 и защитный диод VD9.
Отдельно нужно остановиться на некоторых компонентах примененных в схеме:
- выпрямительные диоды 1N5408, выбраны впритык - максимальный выпрямленный ток 3 Ампера. И хоть диоды в мосте работают попеременно, все же не будет лишним заменить их более мощными, например диодами Шотки на 5 А;
- стабилизатор питания вентилятора на микросхеме 7824 выбран на мой взгляд не совсем удачно - под рукой у многих радиолюбителей наверняка найдутся вентиляторы на 12 вольт от компьютеров, а вот куллеры на 24 В встречаются гораздо реже. Покупать такой не стал, решив заменить 7824 на 7812, но в процессе испытаний БП отказался от этой идеи. Дело в том, что при входном переменном напряжении в 24 В, после диодного моста и фильтрующего конденсатора получаем 24*1,41=33,84 Вольта. Микросхема 7824 прекрасно справится с задачей рассеивания лишних 9, 84 Вольта, а вот 7812 приходится тяжко, рассеивая в тепло 21,84 Вольта.
Кроме того, входное напряжение для микросхем 7805-7818 регламентировано производителем на уровне 35 Вольт, для 7824 на уровне 40 Вольт. Таким образом, в случае простой замены 7824 на 7812, последняя будет работать на грани. Вот ссылка на даташит .
Учитывая вышеприведенное, имевшийся в наличии кулер на 12 Вольт подключил через стабилизатор 7812, запитав ее от выхода штатного стабилизатора 7824. Таким образом, схема питания кулера получилась хоть и двухступенчатой, но надежной.
Операционные усилители TL081, согласно даташита требуют двуполярное питание +/- 18 Вольт - в целом 36 Вольт и это максимальное значение. Рекомендуемое +/- 15.
И вот тут начинается самое интересное относительно переменного входного напряжения величиной 24 Вольта! Если взять трансформатор, который при 220 В на входе, выдает 24 В на выходе, то опять же после моста и фильтрующего конденсатора получаем 24*1,41=33,84 В.
Таким образом, до достижения критической величины остается всего 2,16 Вольта. При увеличении напряжения в сети до 230 Вольт (а такое бывает в нашей сети), с фильтрующего конденсатора снимем уже 39,4 Вольта постоянного напряжения, что приведет к гибели операционных усилителей.
Выхода тут два: либо заменить операционные усилители другими, с более высоким допустимым напряжением питания, либо уменьшить количество витков во вторичной обмотке трансформатора. Я пошел по второму пути, подобрав количество витков во вторичной обмотке на уровне 22-23 Вольта при 220 В на входе. На выходе БП получил 27,7 Вольта, что меня вполне устроило.
В качестве радиатора для транзистора D1047 нашел в закромах радиатор процессора. На нем же закрепил стабилизатор напряжения 7812. Дополнительно установил плату контроля оборотов вращения вентилятора. Ею со мной поделился донорский компьютерный блок питания ПК. Терморезистор закрепил между ребер радиатора.
При токе в нагрузке до 2,5 А вентилятор вращается на средних оборотах, при повышении тока до 3 А в течении длительного времени вентилятор включается на полую мощность и снижает температуру радиатора.
Индикатор цифровой для блока
Для визуализации показаний напряжения и тока в нагрузке применил вольтамперметр DSN-VC288, который обладает следующими характеристиками:
- диапазон измерений: 0-100 В 0-10A;
- рабочий ток: 20mA;
- точность измерения: 1%;
- дисплей: 0.28 " (Два цвета: синий (напряжение), красный (сила тока);
- минимальный шаг измерения напряжения: 0,1 В;
- минимальный шаг измерения силы тока: 0,01 A;
- рабочая температура: от -15 до 70 °С;
- размер: 47 х 28 х 16 мм;
- рабочее напряжение, необходимое для работы электроники ампервольтметра: 4,5 - 30 В.
Учитывая диапазон рабочего напряжения существует два способа подключения:
- Если источник измеряемого напряжения работает в диапазоне от 4,5 до 30 Вольт , то тогда схема подключения выглядит так:
- Если источник измеряемого напряжения работает в диапазоне 0-4,5 В или выше 30 Вольт , то до 4,5 Вольт ампервольтметр не запустится, а при напряжении более 30 Вольт он просто выйдет из строя, во избежание чего следует воспользоваться следующей схемой:
В случае с данным блоком питания, напряжение для питания ампервольтметра есть из чего выбрать. В блоке питания есть два стабилизатора - 7824 и 7812. До 7824 длина провода получалась короче, поэтому запитал прибор от него, подпаяв провод к выходу микросхемы.
О проводах из комплекта
- провода трехконтактного разъема тонкие и выполнены проводом 26AWG - толще тут и не нужно. Цветная изоляция интуитивно понятна - красный это питание электроники модуля, черный это масса, желтый — измерительный провод;
- провода двухконтрактного разъема - это провода токоизмерительные и выполнены толстым проводом 18AWG.
При подключении и сравнении показаний с показаниями мультиметра, расхождения составили 0,2 Вольта. Производитель предусмотрел подстроечные сопротивления на плате для калибровки показаний напряжения и тока, что является большим плюсом. В некоторых экземплярах наблюдается отличные от нуля показания амперметра без нагрузки. Оказалось, что решить проблему можно сбросом показаний амперметра, как показано ниже:
Картинка из интернета, потому прошу простить за грамматические ошибки в надписях. В общем со схемотехникой закончили -
Конкурс начинающих радиолюбителей
“Моя радиолюбительская конструкция”
Конструкция несложного лабораторного блока питания на транзисторах от “0” до “12” вольт, и подробное описание всего процесса изготовления устройства
Конкурсная конструкция начинающего радиолюбителя:
“Регулируемый блок питания 0-12 В на транзисторах”
Здравствуйте уважаемые друзья и гости сайта!
Представляю на ваш суд четвертую конкурсную работу.
Автор конструкции – Фолкин Дмитрий, город Запорожье, Украина.
Регулируемый блок питания 0-12 В на транзисторах
Мне нужен был БП, регулируемый от 0 и до … В (чем больше, тем лучше). Я пересмотрел несколько книг и остановился на конструкции, предложенной в книге Борисова «Юный радиолюбитель». Там очень хорошо все расписано, как раз для начинающего радиолюбителя. В процессе создания такого сложного для меня устройства я допускал некоторые ошибки, анализ которых я сделал в данном материале. Мое устройство состоит из двух частей: электрической части и деревянного корпуса.
Часть 1. Электрическая часть БП.
Рисунок 1 – Принципиальная электрическая схема блока питания из книги
Я начал с подбора необходимых деталей. Некоторые из них я нашел у себя, а другие покупал на радиорынке.
Рисунок 2 – Детали для электрической части
На рис. 2 представлены такие детали:
1 – вольтметр
, показывающий выходное напряжение БП (я купил вольтметр без названия с тремя шкалами, к которому для правильных показаний необходимо подбирать шунтирующий резистор);
2 – вилка сетевого питания БП
(я взял зарядку от Motorola, вынул плату, а вилку оставил);
3 – лампочка с патроном
, которая будет служить индикатором подключения БП к сети (лампочка 12.5 В 0.068 А, две таких я нашел в каком-то старом радиоприемнике);
4 – выключатель из сетевого удлинителя
для компьютера (внутри него есть лампочка, к сожалению, у меня была сгоревшая);
5 – резистор 10 кОм переменный регулировочный группы А
, т.е. с линейной функциональной характеристикой и ручка к нему; нужен для плавного изменения выходного напряжения БП (я взял СП3-4ам, а ручку из радиоприемника);
6 – красная «+» и черная «-» клеммы
, служащие для подключения нагрузки к БП;
7 – плавкий предохранитель 0.5 А
, установленный в фиксаторах на ножках (я нашел в старом радиоприемнике стеклянный предохранитель 6Т500 с четырьмя ножками);
8 – трансформатор понижающий 220 В/12 В
также на четырех ножках (можно ТВК-70; у меня был без маркировки, но продавец написал на нем «12 В»);
9 – четыре диода с максимальным выпрямленным током 0.3 А
для выпрямительного диодного моста (можно Д226, серии Д7 с любой буквой или выпрямительный блок КЦ402; я взял Д226Б);
10 – транзистор средней или большой мощности
с радиатором и фиксирующим фланцем (можно П213Б или П214 – П217; я взял П214 сразу с радиатором, чтобы не грелся);
11 – два электролитических конденсатора на 500 мкФ
или больше, один 15 В или больше, второй 25 В или больше (можно К50-6; я взял К50-35 оба на 1000 мкФ, один 16 В, второй 25 В);
12 – стабилитрон с напряжением стабилизации 12 В
(можно Д813, Д811 или Д814Г; я взял Д813);
13 – маломощный низкочастотный транзистор
(можно МП39, МП40 – МП42; у меня МП41А);
14 – резистор постоянный 510 Ом, 0.25 Вт
(можно МЛТ; я взял подстроечный СП4-1 на 1 кОм, потому что его сопротивление надо будет подбирать);
15 – резистор постоянный 1 кОм, 0.25 Вт
(мне попался высокоточный ±1%);
16 – резистор постоянный 510 Ом, 0.25 Вт
(у меня МЛТ)
Также для электрической части мне понадобилось:
– односторонний фольгированный текстолит
(рис. 3);
– самодельная минидрель
со сверлами диаметром 1, 1.5, 2, 2.5 мм;
– проводки, болтики, гаечки и другие материалы и инструменты.
Рисунок 3 – На радиорынке мне попался очень старый советский текстолит
Далее, измеряя геометрические размеры имеющихся элементов, я нарисовал будущую плату в программе , которая не требует установки. Затем я взялся за изготовление печатной платы методом ЛУТ. Делал это первый раз, поэтому воспользовался данным видеоуроком _http://habrahabr.ru/post/45322/.
Этапы изготовления печатной платы:
1 . Распечатал в типографии на лазерном принтере на глянцевой бумаге 160 г/м2 нарисованную плату и вырезал (рис. 4).
Рисунок 4 – Изображение дорожек и расположение элементов на глянцевой бумаге
2 . Отрезал кусок текстолита размером 190х90 мм. За неимением ножниц по металлу воспользовался обычными канцелярскими ножницами, резалось долго и тяжело. С помощью наждачной бумаги нулевки и 96% этилового спирта подготовил текстолит к переносу тонера (рис. 5).
Рисунок 5 – Подготовленный фольгированный текстолит
3 . Сначала с помощью утюга перенес тонер с бумаги на металлизированную часть текстолита, грел долго, около 10 минут (рис. 6). Потом вспомнил, что хотел сделать еще и шелкографию, т.е. нанесение рисунка на плату со стороны деталей. Приложил бумагу с изображением деталей на не металлизированную часть текстолита, грел не долго, около 1 минуты, получилось плоховато. Все-таки сначала надо было шелкографию, а потом переносить дорожки.
Рисунок 6 – Бумага на текстолите после прогревания утюгом
4 . Далее необходимо удалить эту бумагу с поверхности текстолита. Я использовал теплую воду и щетку для обуви с металлическими ворсинками в середине (рис. 7). Оттирал бумагу очень усердно. Возможно, это была ошибка.
Рисунок 7 – Щетка для обуви
5 . После отмывки от глянцевой бумаги, на рисунке 8 видно, что тонер перевелся, но некоторые дорожки разорваны. Наверняка это из-за усердной работы щеткой. Поэтому пришлось купить маркер для CD\DVD дисков и дорисовать им практически все дорожки и контакты вручную (рис. 9).
Рисунок 8 – Текстолит после переноса тонера и удаления бумаги
Рисунок 9 – Дорисованные маркером дорожки
6 . Далее необходимо вытравить ненужный металл с текстолита, оставив нарисованные дорожки. Делал это так: налил в пластиковую посудину 1 л теплой воды, насыпал туда пол баночки хлорного железа и размешал пластиковой чайной ложкой. Затем положил туда фольгированный текстолит с размеченными дорожками (рис. 10). На баночке с хлорным железом обещанное время травления 40-50 минут (рис. 11). Подождав указанной время, я не обнаружил на будущей плате никаких изменений. Поэтому высыпал все хлорное железо, что было в баночке, в воду и размешал. В процессе травления я помешивал раствор пластмассовой ложечкой для ускорения процесса. Травилось долго, около 4 часов. Чтобы ускорить травление, можно было бы подогревать воду, но я такой возможности не имел. Раствор с хлорным железом можно восстановить с помощью железных гвоздей. У меня их не оказалось, поэтому я использовал толстые болты. Медь осела на болтах, а в растворе появился осадок. Раствор я слил в трехлитровую пластмассовую бутылку с толстым горлышком и поставил в кладовке.
Рисунок 10 – Заготовка печатной платы плавает в растворе хлорного железа
Рисунок 11 – Баночка с хлорным железом (масса не указана)
7 . После травления (рис. 12) я аккуратно промыл плату теплой водой с мылом и удалил тонер с дорожек этиловым спиртом (рис. 13).
Рисунок 12 – Текстолит с вытравленными дорожками и тонером
Рисунок 13 – Текстолит с вытравленными дорожками без тонера
8 . Далее я принялся за сверление отверстий. Для этого у меня есть самодельная минидрель (рис. 14). Для ее изготовления пришлось разобрать старый сломанный принтер Canon i250. Оттуда я взял моторчик на 24 В, 0.8 А, блок питания к нему и кнопку. Затем на радиорынке я приобрел цанговый патрон на вал 2 мм и 2 комплекта сверл диаметром 1, 1.5, 2, 2.5 мм (рис. 15). Патрон надевается на вал моторчика, вставляется сверло с держателем и зажимается. Сверху на моторчик я приклеил и припаял кнопку, которая приводит минидрель в действие. Сверла не особо поддаются центрированию, поэтому их немного «водит» по сторонам при работе, но в любительских целях использовать можно.
Рисунок 14 –
Рисунок 15 –
Рисунок 16 – Плата с высверленными отверстиями
9 . Потом покрываю плату флюсом, смазывая ее толстым слоем аптечного глицерина с помощью кисточки. После этого можно лудить дорожки, т.е. покрывать их слоем олова. Начав с широких дорожек, большой каплей припоя на паяльнике я водил по дорожкам, пока полностью не залудил плату (рис. 17).
Рисунок 17 – Луженая плата
10. В конце произвел монтаж деталей на плату. Начал я с самых массивных трансформатора и радиатора, а закончил транзисторами (где-то читал, что в конце всегда паяют транзисторы) и соединительными проводами. Также в конце монтажа в разрыв цепи стабилитрона, отмеченный на рис. 1 крестом, я включил мультиметр и подобрал такое сопротивление подстроечного резистора СП4-1, чтобы в этой цепи установился ток 11 мА. Такая наладка описана в книге Борисова «Юный радиолюбитель».
Рисунок 18 – Плата с деталями: вид снизу
Рисунок 19 – Плата с деталями: вид сверху
На рисунке 18 видно, что я немного не угадал с расположением отверстий для монтажа трансформатора и радиатора, пришлось досверливать. Также почти все отверстия для радиодеталей оказались немного меньше в диаметре, потому что ножки радиодеталей не влазили. Возможно дырки стали меньше после лужения припоем, поэтому следовало бы их сверлить после лужения. Отдельно надо сказать про отверстия под транзисторы – их расположение также оказалось неправильным. Тут мне надо было внимательнее и тщательнее рисовать схему в программе Sprint-Layout. При расположении базы, эмиттера и коллектора транзистора П214 мне следовало бы учитывать, что радиатор устанавливается на плату своей нижней стороной (рис. 20). Чтобы припаять выводы транзистора П214 к нужным дорожкам пришлось использовать медные кусочки провода. А у транзистора МП41А пришлось отогнуть вывод базы в другую сторону (рис. 21).
Рисунок 20 – Отверстия для выводов транзистора П214
Рисунок 21 – Отверстия для выводов транзистора МП41А
Часть 2. Изготовление деревянного корпуса БП.
Для корпуса мне понадобилось:
- 4 фанерных доски 220х120 мм;
– 2 фанерных доски 110х110 мм;
– 4 фанерных кусочка 10х10х110 мм;
– 4 фанерных кусочка 10х10х15 мм;
– гвозди, 4 тюбика суперклея.
Этапы изготовления корпуса:
1 . Сначала я распилил большой кусок фанеры на доски и кусочки необходимого размера (рис.22).
Рисунок 22 – Отпиленные фанерные доски для корпуса
2
. Потом просверлил с помощью минидрели отверстие под провода на вилку питания БП.
3
. Затем соединил с помощью гвоздей и суперклея дно и боковые стенки корпуса.
4
. Далее приклеил внутренние деревянные части конструкции. Длинные стойки (10х10х110 мм) склеиваются к низу и по бокам, удерживая собой боковые стенки. Маленькие квадратные кусочки приклеил к низу, на них будет устанавливаться и крепиться печатная плата (рис. 23). Также внутри вилки и сзади корпуса я закрепил держатели для проводов (рис. 24).
Рисунок 23 – Корпус: вид спереди (видны подтеки от клея)
Рисунок 24 – Корпус: вид сбоку (и тут клей дает о себе знать)
5 . На лицевую панель корпуса выносились: вольтметр, лампочка, выключатель, переменный резистор, две клеммы. Мне требовалось просверлить пять круглых и одно прямоугольное отверстие. Это заняло продолжительное время, так как нужных инструментов не было и приходилось использовать что было под рукой: минидрель, прямоугольный напильник, ножницы, наждачная бумага. На рис. 25 можно увидеть вольтметр, к одному из контактов которого присоединен шунтирующий подстроечный резистор на 100 кОм. Опытным путем с помощью 9 В батарейки и мультиметра было установлено, что вольтметр дает правильные показания при сопротивлении шунта 60 кОм. Патрон для лампочки отлично приклеился на суперклей, а выключатель и без клея хорошо закрепился в прямоугольном отверстии. Переменный резистор неплохо вкрутился в дерево, а клеммы закрепились на гайках и болтах. Из выключателя я удалил подсвечивающую лампочку, поэтому на выключателе вместо трех осталось два контакта.
Рисунок 25 – Внутренности БП
Закрепив плату в корпусе, установив необходимые элементы на передней панели, соединив компоненты с помощью проводов и прикрепив переднюю стенку суперклеем я получил готовое функциональное устройство (рис. 26).
Рисунок 26 – Готовый БП
На рис. 26 можно увидеть по цвету, что лампочка стоит другая, не та, которая подбиралась изначально. Действительно, при подключении 12.5 В лампочки, рассчитанной на ток 0.068 А ко вторичной обмотке трансформатора (как было указано в книге), она перегорала через несколько секунд работы. Вероятно из-за большого тока во вторичной обмотке. Следовало подыскать новое место присоединения лампочки. Лампочку я заменил на целую такую же по параметрам, но покрашенную в темно-синий цвет (чтобы глаза не слепило) и с помощью проводов подпаял ее параллельно после конденсатора C1. Теперь она работает продолжительное время, но в книге указано напряжение в той цепи равное 17 В и я боюсь придется снова подыскивать новое место для лампочки. Также на рис. 26 видно, что в выключатель сверху вставлена пружина. Она необходима для надежной работы кнопки, которая болталась. Ручка на переменном резисторе, изменяющая выходное напряжение БП для лучшей эргономичности была укорочена.
При включении БП сверяю показания вольтметра и мультиметра (рис. 27 и 28). Максимальное выходное напряжение равно 11 В (куда-то подевался 1 В). Дальше я решил измерить максимальный выходной ток и при выставлении на мультиметре максимального предела в 500 мА стрелка зашкаливала. Это значит, что максимальный выходной ток несколько больше 500 мА. При плавном кручении ручки переменного резистора также плавно изменяется выходное напряжение БП. Но изменение напряжения от нуля стартует не сразу, а примерно через 1/5 оборота ручки.
Итак, потратив значительное количество времени, сил и финансов, я все-таки собрал БП с регулируемым выходным напряжением 0 – 11 В и выходным током более 0.5 А. Если смог я, то сможет и кто-либо другой. Всем удачи!
Рисунок 27 – Проверка БП
Рисунок 28 – Проверка правильности показаний вольтметра
Рисунок 29 – Установка выходного напряжения 5 В и проверка с помощью контрольной лампочки
Уважаемые друзья и гости сайта!
Не забывайте высказывать свое мнение по конкурсным работам и принимайте участие в обсуждениях на форуме сайта. Спасибо.
Приложения к конструкции:
(15.0 KiB, 1,655 hits)
(38.2 KiB, 1,534 hits)
(21.0 KiB, 1,042 hits)
Литий-Ионные (Li-Io), напряжение заряда одной банки: 4.2 - 4.25В. Далее по числу ячеек: 4.2, 8.4, 12.6, 16.8.... Ток заряда: для обычных акумов равен 0.5 от ёмкости в амперах или меньше. Высокотоковые можно смело заряжать током, равным ёмкости в амперах (высокотоковый 2800 mAh, заряжаем 2.8 А или меньше).
Литий-полимерные (Li-Po), напряжение заряда одной банки: 4.2В. Далее по числу ячеек: 4.2, 8.4, 12.6, 16.8.... Ток заряда: для обычных акумов равен ёмкости в амперах (акум 3300 mAh, заряжаем 3.3 А или меньше).
Никель-металл-гидридные (NiMH), напряжение заряда одной банки: 1.4 - 1.5В. Далее по числу ячеек: 2.8, 4.2, 5.6, 7, 8.4, 9.8, 11.2, 12.6... Ток заряда: 0.1-0.3 ёмкости в амперах (акум 2700 mAh, заряжаем 0.27 А или меньше). Зарядка не более 15-16 часов.
Свинцово-кислотные (Lead Acid), напряжение заряда одной банки: 2.3В. Далее по числу ячеек: 4.6, 6.9, 9.2, 11.5, 13.8 (автомобильный). Ток заряда: 0.1-0.3 ёмкости в амперах (акум 80 Ah, заряжаем 16А или меньше).
