Przy 1-2 amperach, ale uzyskanie wyższego prądu jest już problematyczne. Tutaj opiszemy zasilacz dużej mocy o standardowym napięciu 13,8 (12) woltów. Obwód wynosi 10 amperów, ale wartość tę można dodatkowo zwiększyć. W obwodzie proponowanego zasilacza nie ma nic specjalnego poza tym, jak wykazały testy, jest on w stanie dostarczyć prąd o natężeniu do 20 A przez krótki czas lub 10 A w sposób ciągły. Aby jeszcze bardziej zwiększyć moc należy zastosować większy transformator, mostek prostowniczy diodowy, większą pojemność kondensatorów i większą liczbę tranzystorów. Dla wygody obwód zasilania pokazano na kilku rysunkach. Tranzystory nie muszą być dokładnie tymi, które znajdują się w obwodzie. Użyliśmy 2N3771 (50V, 20A, 200W), ponieważ jest ich dużo na magazynie.
(pliki do pobrania: 1157)
Przy obecnym poziomie rozwoju bazy elementarnej podzespołów radioelektronicznych, proste i niezawodne zasilanie własnymi rękami można wykonać bardzo szybko i łatwo. Nie wymaga to zaawansowanej wiedzy z zakresu elektroniki i elektrotechniki. Wkrótce to zobaczysz.
Wykonanie pierwszego źródła prądu to dość ciekawe i zapadające w pamięć wydarzenie. Dlatego ważnym kryterium jest tutaj prostota obwodu, aby po złożeniu działał od razu, bez żadnych dodatkowych ustawień i regulacji.
Należy zauważyć, że prawie każde urządzenie elektroniczne, elektryczne lub urządzenie potrzebuje zasilania. Jedyna różnica polega na podstawowych parametrach - wielkości napięcia i prądu, których iloczyn daje moc.
Wykonanie zasilacza własnymi rękami jest bardzo dobrym pierwszym doświadczeniem dla początkujących inżynierów elektroników, ponieważ pozwala poczuć (nie na sobie) różne wielkości prądów płynących w urządzeniach.
Współczesny rynek zasilaczy dzieli się na dwie kategorie: transformatorowe i beztransformatorowe. Te pierwsze są dość łatwe w wykonaniu dla początkujących radioamatorów. Drugą niepodważalną zaletą jest stosunkowo niski poziom promieniowania elektromagnetycznego, a co za tym idzie zakłóceń. Istotną wadą według współczesnych standardów jest znaczna waga i wymiary spowodowane obecnością transformatora - najcięższego i najbardziej nieporęcznego elementu w obwodzie.
Zasilacze beztransformatorowe nie mają ostatniej wady ze względu na brak transformatora. A raczej jest, ale nie w klasycznej prezentacji, ale działa z napięciem o wysokiej częstotliwości, co pozwala zmniejszyć liczbę zwojów i rozmiar obwodu magnetycznego. W efekcie zmniejszają się gabaryty transformatora. Wysoka częstotliwość jest generowana przez przełączniki półprzewodnikowe, w procesie załączania i wyłączania według zadanego algorytmu. W efekcie powstają silne zakłócenia elektromagnetyczne, dlatego takie źródła należy ekranować.
Będziemy montować zasilacz transformatorowy, który nigdy nie straci na znaczeniu, ponieważ nadal jest stosowany w sprzęcie audio high-end, dzięki minimalnemu poziomowi generowanego szumu, co jest bardzo ważne dla uzyskania wysokiej jakości dźwięku.
Chęć uzyskania jak najbardziej kompaktowego gotowego urządzenia doprowadziła do pojawienia się różnych mikroukładów, wewnątrz których znajdują się setki, tysiące i miliony pojedynczych elementów elektronicznych. Dlatego prawie każde urządzenie elektroniczne zawiera mikroukład, którego standardowe zasilanie wynosi 3,3 V lub 5 V. Elementy pomocnicze mogą być zasilane napięciem od 9 V do 12 V DC. Wiemy jednak dobrze, że w gniazdku panuje napięcie przemienne 220 V o częstotliwości 50 Hz. Jeśli zostanie zastosowany bezpośrednio do mikroukładu lub innego elementu niskiego napięcia, natychmiast ulegną awarii.
Stąd staje się jasne, że głównym zadaniem zasilacza sieciowego (PSU) jest obniżenie napięcia do akceptowalnego poziomu, a także konwersja (prostowanie) go z prądu przemiennego na prąd stały. Ponadto jego poziom musi pozostać stały niezależnie od wahań na wejściu (w gnieździe). W przeciwnym razie urządzenie będzie niestabilne. W związku z tym kolejną ważną funkcją zasilacza jest stabilizacja poziomu napięcia.
Ogólnie rzecz biorąc, struktura zasilacza składa się z transformatora, prostownika, filtra i stabilizatora.
Oprócz elementów głównych zastosowano także szereg elementów pomocniczych, np. diody sygnalizacyjne LED sygnalizujące obecność dostarczonego napięcia. A jeśli zasilacz zapewnia jego regulację, to oczywiście będzie woltomierz, a być może także amperomierz.
W tym obwodzie transformator służy do obniżenia napięcia w gniazdku 220 V do wymaganego poziomu, najczęściej 5 V, 9 V, 12 V lub 15 V. Jednocześnie zapewnia się galwaniczną izolację przewodów wysokiego i niskiego napięcia. przeprowadzane są również obwody napięciowe. Dlatego w każdej sytuacji awaryjnej napięcie na urządzeniu elektronicznym nie przekroczy wartości uzwojenia wtórnego. Izolacja galwaniczna zwiększa także bezpieczeństwo personelu obsługującego. W przypadku dotknięcia urządzenia osoba nie znajdzie się pod wysokim potencjałem 220 V.
Konstrukcja transformatora jest dość prosta. Składa się z rdzenia pełniącego funkcję obwodu magnetycznego, który zbudowany jest z cienkich płytek dobrze przewodzących strumień magnetyczny, oddzielonych dielektrykiem, którym jest nieprzewodzący lakier.
Na pręcie rdzenia nawinięte są co najmniej dwa uzwojenia. Jeden jest pierwotny (zwany także siecią) - dostarczane jest do niego 220 V, a drugi jest wtórny - usuwane jest z niego obniżone napięcie.
Zasada działania transformatora jest następująca. Jeśli do uzwojenia sieciowego zostanie przyłożone napięcie, to po jego zamknięciu zacznie przez nie płynąć prąd przemienny. Wokół tego prądu powstaje zmienne pole magnetyczne, które gromadzi się w rdzeniu i przepływa przez niego w postaci strumienia magnetycznego. Ponieważ na rdzeniu znajduje się inne uzwojenie - wtórne, pod wpływem przemiennego strumienia magnetycznego powstaje w nim siła elektromotoryczna (EMF). Kiedy to uzwojenie zostanie zwarte do obciążenia, będzie przez nie płynął prąd przemienny.
Radioamatorzy w swojej praktyce stosują najczęściej dwa typy transformatorów, różniące się głównie rodzajem rdzenia – pancernym i toroidalnym. Ten ostatni jest wygodniejszy w użyciu, ponieważ dość łatwo jest nawinąć na niego wymaganą liczbę zwojów, uzyskując w ten sposób wymagane napięcie wtórne, które jest wprost proporcjonalne do liczby zwojów.
Głównymi parametrami są dla nas dwa parametry transformatora - napięcie i prąd uzwojenia wtórnego. Przyjmiemy aktualną wartość jako 1 A, ponieważ użyjemy diod Zenera dla tej samej wartości. O tym nieco dalej.
Nadal montujemy zasilacz własnymi rękami. Kolejnym elementem porządku w obwodzie jest mostek diodowy, zwany także prostownikiem półprzewodnikowym lub diodowym. Przeznaczony jest do zamiany napięcia przemiennego uzwojenia wtórnego transformatora na napięcie stałe, a dokładniej na wyprostowane napięcie pulsujące. Stąd wzięła się nazwa „prostownik”.
Istnieją różne obwody prostownicze, ale najczęściej stosowany jest obwód mostkowy. Zasada jego działania jest następująca. W pierwszym półcyklu napięcia przemiennego prąd przepływa wzdłuż ścieżki przez diodę VD1, rezystor R1 i diodę LED VD5. Następnie prąd powraca do uzwojenia przez otwarty VD2.
W tym momencie do diod VD3 i VD4 przykładane jest napięcie wsteczne, dzięki czemu są one zablokowane i nie przepływa przez nie prąd (w rzeczywistości płynie on tylko w momencie przełączenia, ale można to pominąć).
W następnym półcyklu, gdy prąd w uzwojeniu wtórnym zmieni kierunek, stanie się odwrotnie: VD1 i VD2 zamkną się, a VD3 i VD4 otworzą się. W takim przypadku kierunek przepływu prądu przez rezystor R1 i diodę LED VD5 pozostanie taki sam.
Mostek diodowy można przylutować z czterech diod połączonych według powyższego schematu. Można też kupić gotowy. Występują w wersji poziomej i pionowej w różnych obudowach. W każdym razie nasuwają się cztery wnioski. Obydwa zaciski zasilane są napięciem przemiennym, są oznaczone znakiem „~”, oba mają tę samą długość i są najkrótsze.
Wyprostowane napięcie jest usuwane z pozostałych dwóch zacisków. Oznaczono je jako „+” i „-”. Pin „+” ma najdłuższą długość spośród pozostałych. A na niektórych budynkach w pobliżu znajduje się skos.
Za mostkiem diodowym napięcie ma charakter pulsacyjny i nadal nie nadaje się do zasilania mikroukładów, a zwłaszcza mikrokontrolerów, które są bardzo wrażliwe na różnego rodzaju spadki napięcia. Dlatego trzeba to wygładzić. Aby to zrobić, możesz użyć dławika lub kondensatora. W rozważanym obwodzie wystarczy zastosować kondensator. Musi jednak mieć dużą pojemność, dlatego należy zastosować kondensator elektrolityczny. Takie kondensatory często mają polaryzację, dlatego należy jej przestrzegać podczas podłączania do obwodu.
Zacisk ujemny jest krótszy od dodatniego, a na korpusie w pobliżu pierwszego znajduje się znak „-”.
Prawdopodobnie zauważyłeś, że napięcie w gniazdku nie jest równe 220 V, ale waha się w pewnych granicach. Jest to szczególnie zauważalne przy podłączaniu dużego obciążenia. Jeśli nie zastosujesz specjalnych środków, zmieni się to proporcjonalnie na wyjściu zasilacza. Jednakże takie wibracje są wyjątkowo niepożądane, a czasami nie do przyjęcia dla wielu elementów elektronicznych. Dlatego napięcie za filtrem kondensatora musi zostać ustabilizowane. W zależności od parametrów zasilanego urządzenia stosowane są dwie możliwości stabilizacji. W pierwszym przypadku stosowana jest dioda Zenera, a w drugim zintegrowany stabilizator napięcia. Rozważmy zastosowanie tego ostatniego.
W amatorskiej praktyce radiowej szeroko stosowane są stabilizatory napięcia serii LM78xx i LM79xx. Dwie litery wskazują producenta. Dlatego zamiast LM mogą występować inne litery, na przykład CM. Oznaczenie składa się z czterech cyfr. Pierwsze dwa - 78 lub 79 - oznaczają odpowiednio napięcie dodatnie lub ujemne. Dwie ostatnie cyfry w tym przypadku zamiast dwóch X: xx oznaczają wartość wyjścia U. Na przykład, jeśli pozycja dwóch X wynosi 12, to stabilizator ten wytwarza napięcie 12 V; 08 – 8 V itp.
Na przykład rozszyfrujmy następujące oznaczenia:
LM7805 → napięcie dodatnie 5V
LM7912 → 12 V ujemne U
Zintegrowane stabilizatory mają trzy wyjścia: wejściowe, wspólne i wyjściowe; zaprojektowany dla prądu 1A.
Jeżeli moc wyjściowa U znacznie przewyższa moc wejściową, a maksymalny pobór prądu wynosi 1 A, wówczas stabilizator bardzo się nagrzewa, dlatego należy go zamontować na grzejniku. Konstrukcja obudowy przewiduje taką możliwość.
Jeśli prąd obciążenia jest znacznie niższy niż limit, nie trzeba instalować grzejnika.
Klasyczna konstrukcja obwodu zasilania obejmuje: transformator sieciowy, mostek diodowy, filtr kondensatora, stabilizator i diodę LED. Ten ostatni działa jako wskaźnik i jest podłączony przez rezystor ograniczający prąd.
Ponieważ w tym obwodzie elementem ograniczającym prąd jest stabilizator LM7805 (dopuszczalna wartość 1 A), wszystkie pozostałe elementy muszą być przystosowane do prądu co najmniej 1 A. Dlatego uzwojenie wtórne transformatora jest wybierane na prąd jednego amper. Jego napięcie nie powinno być niższe od wartości ustabilizowanej. I nie bez powodu należy z takich rozważań wybierać, aby po wyprostowaniu i wygładzeniu U było o 2 – 3 V wyższe od ustabilizowanego, czyli tj. Na wejście stabilizatora należy podać kilka woltów więcej niż wartość wyjściowa. W przeciwnym razie nie będzie działać poprawnie. Np. dla wejścia LM7805 U = 7 - 8 V; dla LM7805 → 15 V. Należy jednak wziąć pod uwagę, że jeśli wartość U będzie zbyt duża, mikroukład bardzo się nagrzeje, ponieważ „dodatkowe” napięcie gaśnie na jego wewnętrznej rezystancji.
Mostek diodowy może być wykonany z diod typu 1N4007 lub gotowy na prąd co najmniej 1 A.
Kondensator wygładzający C1 powinien mieć dużą pojemność 100 - 1000 µF i U = 16 V.
Kondensatory C2 i C3 zostały zaprojektowane w celu wygładzenia tętnienia o wysokiej częstotliwości, które pojawia się podczas pracy LM7805. Są instalowane dla większej niezawodności i są zaleceniami producentów stabilizatorów podobnych typów. Obwód działa również normalnie bez takich kondensatorów, ale ponieważ praktycznie nic nie kosztują, lepiej je zainstalować.
Często konieczne jest zasilanie tylko jednego lub pary mikroukładów lub tranzystorów małej mocy. W takim przypadku nie jest racjonalne stosowanie mocnego zasilacza. Dlatego najlepszą opcją byłoby zastosowanie stabilizatorów serii 78L05, 78L12, 79L05, 79L08 itp. Są zaprojektowane na maksymalny prąd 100 mA = 0,1 A, ale są bardzo kompaktowe i nie większe niż zwykły tranzystor, a także nie wymagają montażu na grzejniku.
Oznaczenia i schemat połączeń są podobne do omawianej powyżej serii LM, różni się jedynie rozmieszczeniem pinów.
Przykładowo pokazano schemat podłączenia stabilizatora 78L05. Nadaje się również do LM7805.
Schemat podłączenia stabilizatorów napięcia ujemnego pokazano poniżej. Wejście wynosi -8 V, a wyjście -5 V.
Jak widać, wykonanie zasilacza własnymi rękami jest bardzo proste. Każde napięcie można uzyskać instalując odpowiedni stabilizator. Należy także pamiętać o parametrach transformatora. Następnie przyjrzymy się, jak wykonać zasilacz z regulacją napięcia.
