Сайт паяльник все для радиолюбителя

На этапе развития мобильной техники и портативной электроники отсутствовала стандартизация источников питания. В те времена достаточно просто было встретить питающие блоки на непривычные нам номинальные напряжения - 3,7В, 7,6В или 9,5 вольта.

Большинство выпускаемого сейчас оборудования стандартизировано по напряжению. Обычно это 5, 9 или 12 вольт. Для таких устройств вы легко найдете нужный блок питания. Если же нужно подключить нестандартный потребитель, то что делать? Как изменить питание?

Технический консультант, специалист по электромонтажным, ремонтным и наладочным работам, кандидат наук

Время чтения: 6 минут

## Введение

Давно прошли те времена, когда большинство блоков питания (БП) состояло из минимального числа элементов: трансформатора, диодного моста и выходного фильтра.

Упрощенная схема линейного ИП

Современная электроника требовательна к источнику питания (ИП). Ей нужны минимальные пульсации, встроенная стабилизация и защита.

Также важна безопасность устройства и его компактность. Все это привело к выходу на передний план импульсных БП.

## Как изменить напряжение?

Промышленность выпускает два вида БП: регулируемые и не регулируемые. У первых - уже встроен регулирующий или подстроечный резистор. Используя их пользователь может самостоятельно изменить или скорректировать выходные параметры.

Блоки с ANXIN, 24В, 2А, 50Вт подстроечным сопротивлением (слева), Hangjiasheng HJS-480-0-36 (36В, 15А) с регулирующим потенциометром (справа).

Нерегулируемые БП выдают только стабилизированный потенциал.

Можно ли сделать из них регулируемый блок или хотя бы изменить выходное напряжение? Ответ прост. Конечно - да.

Для реализации этого есть несколько методов. Первый метод - установить внешний dc - dc преобразователь. Второй - внести изменения в схему.

## Установка конвертера

Это наиболее простое и, можно сказать, элегантное решение. К преимуществам применения DC-DC конвертеров относятся:

Блок-схема включения одного AC/DC конвертера и нескольких DC/DC преобразователей

На рынке представлено множество DC-DC преобразователей. Они отличаются:

Подробнее о выборе конвертеров описано в нашей статье Как выбрать DC-DC преобразователь.

## Внесение изменений в конструкцию

Выбор такого решения требует наличия: базовых знаний в принципах работы импульсных БП, паяльного инструмента и нескольких электронных компонентов.

Что же необходимо изменить в схемотехнике импульсного блока питания, чтобы повысить или понизить напряжение на выходе? Давайте в этом разбираться.

### Устройство

В качестве примера рассмотрим один из импульсных источников питания (ИИП), представленных в нашем каталоге - бескорпусный блок питания на 12 вольт.

Внешний вид рассматриваемого устройства

Если грубо разделить наш БП, то он состоит из трех основных частей:

Это хорошо видно на схеме блока питания.

### Электросхема

Электрическая принципиальная схема ИИП

В высоковольтной части схемы поступающее напряжение стабилизируется и преобразуется в высокочастотные импульсы, поступающие на трансформатор TV1. За формирование импульсов и их характеристики отвечает ШИМ-контроллер. В данной схеме это CR6842S.

Низковольтная часть

В низковольтной части осуществляется фильтрация выходного сигнала. С выходных цепей трансформатора осуществляется отбор питающего напряжения для PWM-контроллера, а также сигнал для обратной связи.

Как раз величина сигнала ОС, поступающего на ШИМ, определяет какой потенциал будет на выходе. Управляет сигналом микросхема TL431 — регулируемый стабилизатор. В нем и кроется возможность того, как понизить вольтаж блока питания.

Корректировка обратной связи

Для начала обращаемся к даташиту (datasheet) на интегральную микросхему. Находим используемую схему включения. Как мы видим, используется шунтирующая схема. Здесь же указано каким образом выполняется регулировка — подбором соотношения сопротивлений резисторов R1 и R2.

Электросхема включения регулируемого стабилизатора TL431

Производитель рекомендует использовать резистор R1 в качестве постоянного, с сопротивлением не менее 10 кОм, а R2 в качестве подстроечного. В нашем случае — это сопротивления R14 (20 кОм) и R15 (5,1 кОм). Для регулировки нужно заменить резистор R15 другим, соответствующего номинала.

Уменьшаем потенциал

Из указанной в даташите формулы видим, что это возможно сделать, уменьшая дробь R1/R2. Определим, каково должно быть сопротивление R15. Для начала определим опорное напряжение Vrev. Путем несложных манипуляций получаем формулу и решение.

Расчет опорного напряжения

Теперь можем рассчитать R15 для напряжения, например, в 9В.

Расчет шунтирующего резистора

В расчетах у нас вышло 7,43 кОм, соответственно, принимаем ближайшее из стандартного ряда — 7,5 кОм

Увеличиваем потенциал

Последовательность действий здесь аналогична. Необходимо рассчитать шунт на такой номинал, который позволит поднять напряжение до необходимого.

Однако следует учитывать, что бесконечно поднимать выходной потенциал невозможно. Предел регулировки ограничен возможностями компонентов:

Также подъем напряжения сказывается на трансформаторе.

При необходимости существенного увеличения выходного потенциала придётся заменить часть элементов выходной схемы, что сопоставимо со стоимостью DC-DC конвертера.

Заключение

Как мы видим, для корректировки напряжения не требуется сложных инструментов и великих знаний.

Большинство БП имеют схожую, рассмотренной нами, схему контроля напряжения. Отличия могут заключаться в марке используемых компонентов, а также их номинале. Достаточно разобраться в схеме, а также иметь минимальный набор инструментов, и вы сможете изменить свой источник питания.

Получение 12 В для питания различных устройств

Часто в быту, и не только, возникает необходимость получить 12В для питания различных устройств (лед ленты, роутеры и т.д.) Здесь рассмотрим несколько способов получения такого напряжения

Способы получения

Способ №1: использование блока питания

Самый простой способ получить (перейти) 12 В из 220 — это использование блока питания соответствующего напряжения.

Способ №2: компьютерный блок питания

У большинства людей, дома есть ПК. В блоке питания есть разъем с черным проводом (минус), желтым проводом (+12В) и красным проводом (+5В).

Способ №3: трансформатор

Можно взять трансформатор на 12 В и с его помощью запитать необходимое устройство. Необходимо сделать схему из диодного моста и конденсатора для преобразования напряжения.

Способ №4: конденсаторный источник питания

Можно собрать маломощный конденсаторный источник питания, если нет блока питания и трансформатора под рукой.

Способ №5: использование резистора (не рекомендуется)

Можно использовать резистор соответствующего номинала, однако качество и мощность такого подключения будут минимальными.

Способ №6: без использования сети 220В

Можно получить 12 В, соединив последовательно 8 батареек напряжением 1,5 вольта. Этот способ отлично подойдет, когда нет доступа к сети 220В.

Выводы

Чтобы сделать 12 вольт из 220 В, есть несколько рабочих способов. В зависимости от возможностей и доступных материалов, можно выбрать наиболее подходящий метод.

ПОДХОДЯЩИЕ ТОВАРЫ

• Время на прочтение

Паяльные станции НеоТерм

Вы любите паять? А я очень! В любом занятии важен инструмент. Вот и пайка не исключение. А если работать с другом, то всё становится гораздо интереснее и веселее. Сегодня познакомимся со станцией НеоТерм-3Т, заглянем внутрь. Узнаем простое, но эффективное и красивое схемное решение и некоторые забавные, но весьма удобные хитрости пайки.

Что за станции такие – НеоТерм?

У саратовской компании Магистр целая линейка симпатичных паяльных станций НеоТерм. Отличаются они составом и количеством инструмента, который можно одновременно к ним подключать.

Станция НеоТерм-3Т

Ранее я приобрёл трёхканальную станцию НеоТерм-3Т. У станции богатый набор инструмента, включая паяльники разной конструкции (в том числе с картриджами), термопинцет, термозачистка и др. Два паяльника позволяют работать одновременно с другом. Или паять сразу в две руки, для чего я их и взял.

Паяльные жалы

Также в паяльники можно вставить разные жала, одно побольше, другое поменьше, что может быть полезно для ювелирных работ.

Одновременная работа

Если паять вдвоём всё-таки скучно, то можно выбрать станцию с тремя паяльниками (НеоТерм-3С).

Другие инструменты

Вместо двух паяльников можно подключить термопинцет или термозачистку для удобства работы.

Внутреннее устройство

Когда в руки попадает какой-нибудь приборчик, всегда интересно, что там у него внутри. Давайте взглянем на внутреннее устройство станции НеоТерм-3Т.

На передней панели установлена основная плата с микроконтроллером STM32F071RBT6, энергонезависимой памятью 24LC02B-I/SN, пищалкой, экраном, кнопками и прочей мелочёвкой.

Питается станция от тороидального трансформатора ПКФЛ 671113.678ш мощностью 148 ВА, изготовленного белорусским предприятием «Юджэн».

Кроме управляющей платы есть ещё силовая. Все выводы трансформатора подключены к этой плате. На ней интересных деталей уже побольше: беленькие оптопары MOCD207R2M, 3 пары транзисторов (IRF7493 и IRFH6200), разъёмы для термоинструментов, 2 ОУ OP07C и разная мелочь.

Как же работает управление нагрузкой?

Можно заметить, что транзисторы включены попарно и встречно – любопытненько! Вооружившись мультиметром срисовываем схему, приводим её в понятный читаемый вид (показана только одна из вторичных обмоток трансформатора).

Заодно можно помоделировать в Spice симуляторе.

Пусть на выводе 7 обмотки плюс, а на выводе 6 минус (положительная полуволна). Ток через R2, диод VD1 и обратный диод ключа VT2 заряжает конденсатор С1.

По каналам ключей VT1, VT2 ток не течёт, так как они закрыты. Постепенно накопительный конденсатор С1 заряжается до напряжения, равного амплитуде синусоиды минус падение на диоде VD1 и обратном диоде транзистора VT2.

Теперь можно использовать заряд этого конденсатора для открывания полевых транзисторов. Если открыть транзистор оптопары U1B, то ключи VT1, VT2 откроются и ток нагрузки потечёт через них.

Закрыть транзисторы VT1, VT2 можно открыванием оптопары U2B, которая разрядит ёмкости затворов.

Посмотрим на графики SPICE модели. Сверху видим ток нагрузки и напряжение на ней. А также Напряжение на обмотке трансформатора, питающей схему. По центру – короткие прямоугольные импульсы открывания и закрывания (подаются на светодиоды оптопар U1B и U2B соответственно). Снизу приведены напряжения сток-исток VT1 и VT2.

Что здесь происходит?

Такое управление похоже на фазовое управление тиристорами (симисторами), но здесь мы можем закрыть транзисторы в любой момент, а не ждать, пока напряжение анод-катод уменьшится до нуля и тиристоры (симисторы) закроются сами.

Значительный плюс – малое сопротивление канала полевого транзистора, по сравнению с сопротивлением открытого тиристора или симистора. Посмотрим на график из даташита транзистора IRFH6200.

При 4 В затвор-исток сопротивление канала в районе 1 мОм. При токе 50 А будет падение 50 мВ. У тиристора прямое падение напряжения на участке анод-катод будет более 1 В. Например, у тиристора CLA50E1200HB при 50 А будет падение 1,25 В.

У более низковольтного КУ202Г максимальное напряжение в открытом состоянии указано 1,5 В. 1500 мВ/50 мВ=30 раз. Разница значительная.

Стабилитрон VD2 на 12 В защищает затворы транзисторов от превышения напряжения. Резистор между затвором и истоком препятствует самопроизвольному открыванию и поможет закрыть транзисторы, если контроллер вдруг отвалится.

Зачем диод VD1? Представим, что его нет. Тогда накопленный в С1 при положительной полуволне заряд утёк бы из конденсатора во время отрицательной полуволны.

Вот такая любопытная схема. Очень интересное, простое и красивое схемное решение, на мой взгляд.

Мы рассмотрели схему управления нагрузкой в канале термозачистки. Аналогичным образом управляются паяльники в двух других каналах.

Хороший инструмент есть – время творить!

Возможно, захочется почитать и это

И паять не только в две руки, но и левой ногой

❯ Что внутри?

Прошу прощения. иАтмега328 фьюзы при программировании не надо изменять?

Cirkon написал комментарий

Подойдет, только уровни TX-RX нужно будет согласовать с сим-модулем.

Спасибо что подсказали про составной транзистор. "ничего не будет греться" — интересненько, а куда будет деваться лишняя энергия?

IgorS написал комментарий

На красном АЛ307Б может падать чуть больше, чем 1,7 В. Это не страшно. Для любых других цветов придётся пересчитывать номиналы.

Существует крылатое выражение «театр начинается с вешалки», авторство которого приписывают мэтру театрального искусства Константину Сергеевичу Станиславскому. Смысл изречения в том, что представление рождается не на сцене, а гораздо раньше — с момента входа в храм искусства: гардероб — первое место, куда должен проследовать зритель, а гардеробщики — это встречающие его «артисты», которые задают тон и настроение.

Никто из известных и уважаемых специалистов в мире электроники, конечно, не говорил, что «электронное устройство берёт начало с источника питания», но всем инженерам-электроникам и просто радиолюбителям известно, что он придаёт эксплуатационные особенности прибору, который обеспечивает электропитанием. От конструкции и схемотехники БП будет зависеть качество работы и удобство питаемого электроприбора в эксплуатации. А в наш век повальной миниатюризации и повышения эстетичности техники такие же требования предъявлены к источникам энергии: они обязаны сочетать, кажется, несовместимые параметры: миниатюрность, высокую мощность, надежность и безопасность.

Сегодня выпускают многообразие типов и конструктивных исполнений БП. Схемотехника их обширна и элементную базу нынешних моделей нельзя назвать скудной: от архаичных трансформаторов, суть которых за сотню лет не изменилась, до современных высокочастотных импульсников, показавшим нам, насколько БП бывают мощными и миниатюрными.

Разбираемся, какие узлы применяют в многочисленных источниках питания (ИП), рассмотрим принцип их работы и дадим сравнительные характеристики. Это поможет начинающим радиоэлектронщикам, которые только постигают азы электроники.

Время чтения: 25 минут

Блок питания? Это очень просто!

Нюансы схемотехники разных БП

Здесь мы опишем базовые узлы: от входных цепей с постепенным продвижением к выходным.

Входной фильтр

Итак, что же это такое. Назначение фильтра — защита от перенапряжения, ВЧ-помех и тому подобных опасных воздействий. Их схемотехника многогранна: от скромных разновидностей, применяемых в бытовой аппаратуре, до сложнейших и дорогих, эксплуатируемых в составе ИП ответственной техники: модулей числового программного управления производственных станков. Не будем углубляться в дебри электротехники, а разберём тему на примерах широко распространённых трансформаторных и импульсных БП: например, компьютерных.

Богатый внутренний мир БП для ПК

Входной фильтр выделен

Напряжение питающей сети через F1-плавкий предохранитель, защищающий от превышения допустимого электротока, поступает на VDR1-варистор. Это ПП-резистор, сопротивление которого нелинейно меняется в зависимости от приложенного потенциала (смотри статью «Что такое полупроводник?»). Оно очень велико и достигает десятков мегаом. Но при достижении определённого значения между выводами (на схеме обозначен варистор на 470 вольт) оно скачкообразно падает до незначительных величин (единицы ом), тем самым пропуская высоковольтные всплески через себя, защищая БП от их негативного воздействия.

Далее на пути встречается радиоэлемент N1 — полупроводниковый терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, или по-другому NTC-термистор.

NTC-термистор 5D-15 (5 — сопротивление в Омах при температуре 25°C, 25 — диаметр, опосредованно отражающий максимальную допустимую рассеиваемую мощность: она растёт по мере его увеличения)

Термистор уменьшает сопротивление при нагревании. Это происходит прямым способом, то есть не при внешнем нагреве источником тепла, а при прохождении через него электротока. При включении БП в сеть, NTC-термистор, будучи холодным, оказывает сопротивление прохождению тока, а по мере нагрева от токовой нагрузки оно падает. Это позволяет снизить пусковой ток, который без него может доходить до десятков ампер (хоть и крайне малое время), и предотвратить срабатывание защиты как в блоке (к примеру, перегорание предохранителя) так и расположенной в электроснабжающих электрических щитах.

Проходя через термистор, электричество поступает на конденсатор X1. Это компонент специализированного назначения — так называемый X-конденсатор.

X-конденсатор 0.22 мкФ * 250 вольт AC

В зарубежной литературе такой тип радиокомпонентов называют across the line — дословно «(идущий) через линию» или, если техническим языком, то межфазный. Он предназначен для гашения дифференциальных помех в питающей сети. X-конденсаторы работают в тяжелых условиях и подвержены всем факторам, имеющимся у сетей с низкокачественной электрической энергией. Они конструируются так, чтобы при возникновении серьёзной высоковольтной помехи произошло короткое замыкание внутри, которое вслед за этим приведёт к перегоранию плавкого предохранителя. Таким образом, повреждение двух дешёвых компонентов входного фильтра обезопасит чувствительную и наиболее ценную основную часть БП.

Примечание: ввиду сложнейших условий работы применение обычных вместо X-конденсаторов, даже если ёмкость и потенциал у них аналогичны, недопустимо.

Параллельно ему установлен R1-резистор, предназначение которого — быстрая разрядка X1-конденсатора, для того чтобы накопленный им заряд электричества не приводил к поражению человека, коснувшегося контактов выключенной из розетки штепсельной вилки.

Далее параллельно ему включён необычный радиокомпонент, схематическое изображение которого напоминает обозначение трансформатора. Но на самом деле L1 — двухобмоточный синфазный дроссель.

Выглядит он так

Имея симметричную и одинаковую конструкцию обмоток, такой дроссель почти без сопротивления пропускает противофазное дифференциальное напряжение: например, отрицательную и положительную полуволны переменного сетевого потенциала. Но синфазная помеха, которая равным образом влияет на оба питающих проводника, вызовет увеличение индуктивного сопротивление дросселя и будет подавлена.

Завершает конструкцию входного фильтра группа конденсаторов Y1, Y2 и Y3. Это так называемые Y-конденсаторы.

Y-конденсатор 4.7 нФ * 400 вольт AC

В зарубежной технической литературе их ещё называют «line to ground», то есть «линия (идущая) к земле». На схематичном изображении видно, что каждый из них подключен к заземляющему проводнику: Y1 от фазного, Y2 от нейтрального, Y3 от корпуса устройства. Предназначены они для подавления синфазных электромагнитных помех, проникающих из питающей сети. Y-конденсаторы, как и X-конденсаторы, работают в непростых условиях, но в отличие от последних, проектируются так, чтобы при выходе из строя разрывать цепь, избегая попадания входного потенциала на корпус и минимизируя вероятность поражения током.

Примечание: ввиду эксплуатации в сложных условиях и особых требований к отработке нештатных ситуаций, монтаж обычных конденсаторов взамен Y-конденсаторов, даже с аналогичными параметрами электрической ёмкости и рабочего напряжения, недопустим.

Ш-образная пластина собственной персоной

В собранном виде он выглядит получше:

Типичный сетевой понижающий трансформатор

Состоит он из двух обмоток, намотанных тонким медным эмалированным проводом, и железного сердечника-магнитопровода, выполненного из штампованных Ш- и I-образных пластин (стержневой сердечник). Либо из стальной ленты, которая наматывалась вокруг обмоток (броневой сердечник) или в виде кольца, если быть точным, тора (тороидальный трансформатор). Условное графическое изображение детали отражает её конструкцию: обмотки, не имеющие электрического контакта друг с другом и сердечник между ними.

Условное обозначение трансформатора на электрических принципиальных схемах

Работает он просто. AC-ток первичной цепи, протекающий по одной из обмоток, создаёт переменное магнитное поле, которое генерирует электродвижущую силу (ЭДС) на другой. При её подключении во вторичную цепь по ней тоже начнёт протекать электроток (смотри статью «Гальваническая развязка цифрового осциллографа»).

Напряжение на вторичной обмотке прямопропорционально количеству витков. Их соотношение между первичной и вторичной, то есть коэффициент трансформации K описан формулой:

где K — коэффициент трансформации, U1 и U2 — напряжения на первичной и вторичной обмотках, N1 и N2 — число витков на них.

Он применяется для снижения потенциала, чтобы дать возможность запитать низковольтные потребители от относительно высоковольтной сети. Подбирая значения K, добиваются нужных выходных параметров на трансформаторе, которые далее поступают на выпрямитель, но об этом позже. Кроме этого, он организует гальваническую изоляцию вторичных цепей и устройства от электрической сети, придавая ему высокую электробезопасность и многократно снижая риск поражения электротоком опасного для жизни уровня (Подробнее об этом написано в статье про гальваноразвязку, ссылку на которую мы дали выше).

Трансформаторный БП имеет высокий КПД, а сам трансформатор не вносит искажений и помех в форму трансформируемого напряжения.

Импульсный преобразователь (AC-DC)

При всех плюсах, классический трансформаторный ИП имеет один недостаток, а именно — плохие массогабаритные показатели. В моделях, созданных для работы с переменным током низкой частоты сети (50 Гц) конструкционно в роли сердечника применено только специальное трансформаторное железо, либо сталь, имеющие высокую плотность и, следовательно, массу. А рост мощности приводит к неизбежному увеличению размера сердечника, веса и материалоёмкости всего устройства. Ещё какое-то время назад это был преградой для создания действительно недорогой и портативной техники.

Но изобретение импульсника позволило уменьшить габариты, массу и стоимость ИП. Схемотехнически он сложнее трансформаторного, но фактически мало чем от него отличается. Рассмотрим типовой экземпляр:

Многие узлы будут рассматриваться далее, и на порядке их работы внимание заострять не станем. Рассмотрим лишь общие черты.

Сетевая электроэнергия через предохранитель FU1 поступает на фильтр из двух Y-конденсаторов C1 и C2, а затем непосредственно на выпрямитель, образованный диодами VD1-VD4, которые выпрямляют AC-ток в DC, но если быть точным, то в пульсирующий. После сглаживания пульсаций с помощью С3-конденсатора постоянный ток запитывает генератор высокой частоты на VT1-транзисторе, нагрузкой которого выступает первичная обмотка T1-трансформатора. Он в корне не похож на «железный» компонент. Так как он работает на частотах от десятков кГц до десятков МГц, то и трансформатор нужен необычный — импульсный.

Импульсные трансформаторы блока питания для компьютера

Так как трансформация высокочастотная, то возможно снижение материалоёмкости (следовательно, габаритов и массы) без потери передаваемой мощности. Напряжение со вторичной обмотки поступает на выпрямитель VD8-VD11, сглаживающий фильтр на конденсаторе C7 и стабилизатор D1. Об этих узлах будет рассмотрено далее.

Импульсный ВЧ-трансформатор, так же как и низкочастотный, гальванически изолирует вторичные цепи с питающей сетью, но первичный выпрямитель, фильтр и генератор находятся под потенциалом электросети и требуют особых мер по соблюдению электробезопасности.

В импульсниках, как правило, устанавливается микросхема-драйвер, управляющая мощными транзисторами, нагруженными на импульсный трансформатор. Применение специализированной микросхемы позволяет заметно повысить КПД, понизить уровень создаваемых электромагнитных помех и обеспечить высокую стабильность параметров на выходе. Номенклатура драйверов обширна, то стандартом де-факто стала TL494 и множество её клонов, которые уже несколько десятилетий выступают «сердцем» большинства ИБП.

Импульсные блоки питания (ИБП), применяемые как зарядные устройства мобильной техники, выполняются по более примитивной схемотехнике, именуемой обратноходовой преобразователь, где многообмоточный накопительный дроссель заменяет трансформатор. Они обладают невысокой мощностью, ограниченной возможностями дросселя (на практике не более 200 ватт) и высоким уровнем электромагнитных помех. Но простота конструкции позволяет ставить их в недорогую технику (адаптеры-зарядники, энергосберегающие и светодиодные лампы и т.п.)

Бестрансформаторное питание

В рассмотренных узлах применяется трансформатор: либо низкочастотный «железный», либо высокочастотный импульсный. Но его применение необязательно. Существуют и бестрансформаторные модификации, в которых потенциал снижается с помощью гасящих резисторов, конденсаторов, или более изощрённым путём.

Примечание: они не имеют гальванической развязки с питающей сетью, поэтому при работе с ними важно соблюдать меры электробезопасности.

На заре электроники они применялись в массово выпускаемых радиоприёмниках. Например, в «Москвич-Б». Трансформатор был очень дорогим и материалоёмким изделием, и для послевоенных стран масштабное изготовление такого дорогого узла было невозможным. Вводное напряжение здесь непосредственно поступало на выпрямитель и далее шло для питания анодных цепей, а радиолампы соединялись, как ёлочная гирлянда, последовательно, и через гасящий резистор или лампу накаливания также напрямую включались в сеть.

Схема 3: радиоприёмник Москвич-Б

В относительно сложной технике, такой как радиоприёмник, применение бестрансформаторного питания было послевоенным компромиссом между сниженной электробезопасностью и возможностью массового выпуска. Но вот для запитывания части устройств они применяются до сих пор.

Схема 4. Гасящий резистор

Здесь представлен несложный зарядник для никель-кадмиевых и никель-марганцевых аккумуляторов с номиналом 1.2 вольта. Состоит из двух гасящих резисторов R1, R2 и пары выпрямительных диодов D1 и D2. Он не содержит ни трансформатора, ни преобразователя-конвертера, но устройство вполне работоспособно, несмотря на примитивность.

Резисторы чаще всего заменяются гасящим конденсатором. Он гасит излишек энергии своим реактивным сопротивлением переменному току и, следовательно, не нагревается, в противоположность им, которые его избыток конвертируют в тепло и требуют детального подбора по максимальной рассеиваемой мощности (смотри статью «Как проверить резистор мультиметром?»).

Схема 5. Гасящий конденсатор 0,33x275V

Схема 6 типовая для датчиков освещенности, которые используются для автоматического включения уличного освещения при наступлении темноты. В ней компонент ёмкостью 0.33 мкФ гасит излишек, выдавая после выпрямителя стабильные 24 вольта, необходимые для работы электромагнитного реле. Резистор сопротивлением 150 ом, включенный последовательно, нужен для ограничения тока при подключении к сети. Еще один, сопротивлением 1 мОм, включенный параллельно ему, для того же, что и элемент R1 на схеме 1.

Так же среди бестрансформаторных разновидностей есть довольно специфические.

Это бестрансформаторный каскадный БП, в котором выпрямление осуществляется диодами D1-D4, и поступает на первый параметрический стабилизатор, собранный на Q1-транзисторе, R1-резисторе и D1-стабилитроне. Остальные собраны аналогично. Лишь с той разницей, что первый обеспечивает стабилизацию на уровне 150В, второй 70В, третий 12В. Напряжения стабилизации заданы стабилитронами, изготовленными для того, чтобы стабилизировать именно эти уровни. После третьего стабилизатора оно сглаживается фильтрующим C1-конденсатором и идёт в нагрузку. КПД здесь невысок и реально может применяться только с небольшими токами в нагрузке. Плюс заключается в компактности и стабильности выходных характеристик.

Выпрямитель

Как следует из названия, он нужен для выпрямления в формате AC-DC. Но, если быть точным, то после выпрямителя он становится пульсирующим:

График чёрного цвета — AC; — пульсирующий ток после выпрямителя; — выпрямленный и сглаженный DC.

Сейчас в выпрямителях встречаются только кремниевые полупроводниковые диоды (подробнее о них читайте в статье «Что такое полупроводник?»). Ранее для этих целей служили сборки на радиолампах — кенотроны, а также старинная разновидность ПП-диодов на основе селена.

Выпрямители, выпрямляющие обе полуволны переменного тока, называются двухполупериодными. Один из часто встречающихся изображён на схеме 6. Диоды D1-D4 включены так называемым «мосту».

Двухполупериодному двухдиодному выпрямителю работы требуется отвод от середины вторичной обмотки. Это часто применялось в ламповой технике.

Схема 7. Двухполупериодный выпрямитель на двух диодах

Однополупериодные выпрямители на одном диоде выпрямляют только одну полуволну AC и применяются для выпрямления токов невысокого уровня напряжения и силы. Например, как детектор сигналов радиочастоты или в маломощных ЗУ.

Схема 8. Однополупериодный выпрямитель

Сглаживающий фильтр

Он нужен для уменьшения пульсаций тока после выпрямления. Базовый элемент здесь — электролитический конденсатор, а также разные по схемотехнике RC- и LC-фильтры. На схеме 9 простейший сглаживающий фильтр на электролите C1.

На схеме 10 фильтр со сглаживающим дросселем. Её часто выбирают, чтобы питать микроконтроллеры и другие виды цифровых микросхем.

Стабилизатор

Нестабильность входной электросети, девиация параметров радиокомпонентов по мере прогрева, различная нагрузка приводят к отсутствию стабильности на выходе. Для борьбы с этим применяют разные по схемотехнике линейные стабилизаторы. Ранее ставились специализированные лампы — бареттеры, а также газонаполненные стабилитроны. Изобретение ПП-стабилитрона помогло создать эффективный надёжный стабилизатор.

Здесь предыдущий вариант дополнен параметрическим стабилизатором на транзисторе Q1, являющимся исполнительным «механизмом», а управляющим — специальный полупроводниковый диод. Он называется стабилитроном (как он работает, узнавайте из статьи «Что такое полупроводник?»).

По факту чаще применяют линейные интегральные стабилизаторы, выполненные в форм-факторе микросхемы:

Схема 12. Стабилизация выполняется интегральным стабилизатором серии L78XX

Регулятор напряжения

Помимо задачи фильтрации и стабилизации, зачастую нужна ручная регулировка выходного напряжения. Например, в лабораторных блоках питания (ЛБП). Простейшим образом её реализуют вторичной обмоткой с несколькими отводами: подключая ползунок переключателя к нужному отводу, добиваются ступенчатой регулировки. Такой способ встречается в дешёвых сетевых адаптерах:

Блок питания с переключателем

Более удобным способом регулировки является плавная, с помощью переменного резистора:

Она очень похожа на решение с параметрическим стабилизатором (схема 11), только вместо стабилитрона функцию регулятора выполняет ручка подстроечного резистора.

Интегральный стабилизатор L7805 и регулятор LM317 в корпусе TO-220

На практике чаще применяют интегральные регуляторы, вернее даже сказать регулируемые микросхемные стабилизаторы, как популярная LM317:

Вторичный преобразователь (DC-DC)

Популярные DC-DC преобразователи в компактном модульном конструктиве

С популярнейшим устройством на одной их таких микросхем ознакомьтесь в статье «Обзор и тестирование регулируемого понижающего DC-DC конвертера на LM2596S».

Защита от выхода перегрузки

Для защиты от перегрузки, короткого замыкания на выходе или в снабжаемом устройстве, ИП оборудован защитными обвязками. В простейшем случае это может быть обыкновенный плавкий предохранитель с номиналом, равным максимальному выходному току. В более сложных вариациях на выходе стоит резистор низкого (доли ома) сопротивления, являющийся токовым измерительным шунтом: отслеживает падение потенциала пропорционально силе тока в цепи, в которую он включён. Напряжения падения поступает в цепи обратной связи, регулирующие выходной ток и потенциал и прекращающие работу БП при превышении разрешённого тока или КЗ.

Вместо токового шунта в более сложных устройствах применяют специализированные токоизмерительные микросхемы. Например, MAX471, которая уже содержит внутри прецизионный измерительный шунт очень малого сопротивления (0.0035 ом), или ACS712, использующую эффект Холла для определения силы проходящего тока и имеющую полную гальваническую развязку с измеряемой цепью.

Популярные микросхемы-измерители в виде отдельных готовых модулей

Блоки питания прошли долгий путь развития: от примитивных батарей, до передовых сверхвысокочастотных импульсных конвертеров с эффективностью, уже близко подобравшейся к 100%. Это ещё не предел, и схемотехника преподнесёт нам немало сюрпризов. А сейчас мы имеем то, что есть. Все востребованные решения мы изучили, как и узлы в разнотипных БП, узнали, как они действуют, и сравнили характеристики. Уверены, читателям понятна важность грамотного конструирования ИП, с которых начинается любое электротехническое устройство.