Навигация по сайту Моя кладовка

 

Маломощный блок питания

 

Новенькое - еще один блок питания.

 

Для питания конструкций на операционных усилителях (ОУ) зачастую нужен маломощный источник, выдающий двухполярное напряжение 12-15 Вольт и ток до 100 мА. Слово "двухполярный" означает, что на самом деле он состоит из двух одинаковых источников, соединенных вместе так, что "плюс" одного соединен с "минусом" другого, образуя их общую "землю". Таким образом, в цепь относительно "земли" поступает как "+", так и "-", что очень удобно - усиливаем ведь переменный ток.

Блок питания может быть линейным, а может импульсным. Импульсный блок сложнее в изготовлении и настройке, а главное, он создает слишком много помех, от которых потом не отделаешься (особенно в малосигнальных аналоговых цепях - сущее мучение, все время вылазят, где не ждали). Поэтому рассмотрим линейный блок питания. Среди линейных иногда встречаются бестрансформаторные блоки, но я настоятельно нерекомендую их делать - по технике безопасности никак нельзя! Даже если никого не убьет током (а такая опасность есть), аппаратура может гореть на раз-два. Оно нам нужно?

То есть получается вот такая штука:

Рис.1. Структурная схема блока питания.

 

Помните, что напряжение 220 Вольт, присутствующее на элементах цепи, опасно для жизни!

 

Пройдемся по составляющим блока питания.

Сетевой фильтр ослабляет (практически подавляет) помехи по сети. Эти помехи могут быть как высокочастотные (сравнительно низкое напряжение в диапазоне 50кГц - 5 МГц), так и высоковольтные (по ГОСТу нечастые импульсы до 3кВ, если мне не изменяет память, это регулярно, а до 25кВ - это изредка). С другой стороны, короткие импульсы перенапряжения имеют широкий спектр, так что вполне можно говорить о том, что помехи и высоковольтные, и высокочастотные одновременно. Для "убивания" высоковольтных помех самое лучшее средство на сегодняшний день - это варистор.

  Варистор - полупроводниковый прибор, который при низком напряжении ток не пропускает - практически изолятор. Если же напряжение на нем превысит определенную величину, то сопротивление варистора резко падает до сотен и даже десятков Ом. И ток через него, естественно, течет. Варистор выбирают таким образом, чтобы он открывался при напряжении выше 300 вольт (для надежности от ложных срабатываний на 220В). Если появится какой-либо высоковольтный импульс, он пройдет сквозь варистор, а на самой схеме напряжение возрастет вольт до 350-400 на очень короткое время. Это для схемы абсолютно безопасно (без варистора было бы не 400, а 4000 вольт, и то обычно без последствий). Естественно, что варистор должен быть самым первым элементом, подключенным к сети (после предохранителя и выключателя).

Пропуская через себя импульс тока, варистор нагревается, и, если перегрузка слишком большая, может сгореть (защитив собой остальную схему). Поэтому варисторы выпускаются на разную мощность (точнее, энергию). При этом более "мощные" варисторы имеют бОльшие размеры. (Еще немного про варисторы см. Сетевой фильтр из удлинителя)

Однако низковольтную высокочастотную помеху варистор подавить практически не в состоянии. Обычно такая помеха на блоки питания влияет слабо, но в наше время, когда всяких электромагнитных излучений и помех становится все больше, от них тоже лучше избавиться. Для этого используется либо LC, либо RC фильтр. Первый эффективнее, второй дешевле и доступнее. Для маломощных систем проще использовать RC фильтр, для мощных он уже не подойдет - на нем будут большие потери мощности.

Понятно, что без сетевого фильтра можно и обойтись, но не нужно быть уж настолько оптимистом...

 

Трансформатор преобразует напряжение переменного тока 220 вольт в низковольтное - 9-16 вольт в зависимости от выбранной схемы. Трансформатор может иметь одну или две одинаковые вторичные обмотки (первичной называется та, на которую напряжение подается , т.е. 220В, а вторичной - та с которой напряжение снимается). Две вторичные обмотки в данном случае лучше, но хватит и одной, если нет подходящего двухобмоточного транса. Трансформатор имеет определенную номинальную мощность. Чем она выше, тем больше размеры и цена трансформатора. По конструкции (в зависимости от формы железа) он может быть либо броневым, либо тороидальным (есть еще стержневые, но малой мощности их обычно не делают). Тороидальный меньше, но дороже. На таких маленьких мощностях принципиальной разницы между ними никакой.

Очень важно, чтобы трансформатор был рассчитан на частоту 50 Гц. ВЧ и импульсные трансформаторы при включении в сеть сразу выпускают струйку вонючего дыма. Пробки при этом выбивает не всегда.

 

Выпрямитель предназначен для превращения переменного напряжения в постоянное. Точнее, не в постоянное, а в "однонаправленное" - у переменного тока направление (и величина) меняется, а здесь получаем пульсирующее напряжение - величина изменяется, а направление нет. По числу используемых для работы полупериодов тока (полупериод - это половина периода переменного тока - плюсик или минусик на рис. 2), выпрямители делятся на однополупериодные и двухполупериодные.

Исходный переменный ток Однополупериодное выпрямление Двухполупериодное выпрямление

Рис.2. Однополупериодное и двухполупериодное выпрямление.

Понятно, что двухполупериодный выпрямитель лучше, но для него потребуется трансформатор в двумя вторичными обмотками (мы же хотитм получить еще и два напряжения, не забыли?). Если такого нет, то в нашем случае вполне можно обойтись однополупериодным - мощности маленькие, конденсаторы большой емкости для сглаживания пульсаций доступны. Преимущества двухполупериодного выпрямителя на такой маленькой мощности практически незаметно.

Если трансформатор однообмоточный, можно еще предложить двухполупериодный выпрямитель с виртуальной средней точкой. Но все же лучше сделать однополупериодный выпрямитель, но с реальной средней точкой, а не с виртуальной. Это мне мой более чем 25-летний опыт подсказывает. Есть в виртуальной точке что-то от резиновой женщины...

Напряжение на вторичной обмотке зависит от того, будет ли использоваться стабилизатор, или нет. В любом случае с напряжением не так все просто.

То напряжение, которое показывает вольтметр переменного тока, называется действующим значением и в 1,4142... (это корень из двух) раза меньше, чем максимальное (на рисунке слева действующее показано красной линией). Поэтому на выходе выпрямителя напряжение будет больше, чем на вторичной обмотке трансформатора. Максимум в 1,4 раза. А может и больше - под нагрузкой напряжение на трансе уменьшается, значит на холостом ходу оно может быть больше номинального. И тогда на холостом ходу напряжение на выпрямителе может быть больше действующего в 1,5 и даже 2 раза!

При подключении нагрузки напряжение на выпрямителе снижается, причем тут влияют сразу несколько причин:

Поэтому, если используется нестабилизированный блок питания, нужно быть готовым к тому, что напряжение точь-в-точь такое, какое нужно (+-15В) получить не удастся. Оно будет где-то от 12 до 15 вольт. Лишь бы не больше - большинство микросхем выдерживают максимум 16,5 В.

 

Фильтр представляет собой конденсатор большой емкости. Он заряжается, когда напряжение, поступающее от выпрямителя (черная линия на рис.3) максимально, а потом медленно разряжается, подпитывая нагрузку (напряжение конденсатора - синяя линия):

однополупериодный выпрямитель
двухполупериодный выпрямитель

Рис.3. Напряжение на конденсаторе фильтра.

Изменение напряжения называется пульсацией. В однополупериодном выпрямителе пульсации больше - дольше время разряда. Чем больше емкость фильтра - тем пульсации меньше, так как за это же время конденсатор разряжается на меньшую величину.

Интересно, что ток через диоды протекает только в момент заряда конденсаторов фильтра. При этом ток довольно большой - он идет и на питание нагрузки, и должен обеспечить нужный заряд (рис.4).

Рис.4. Ток диода выпрямителя.

Хорошо видно, что ток через диоды протекает лишь короткое время. Произведение тока заряда конденсаторов (это ток диода минус ток нагрузки, который также протекает через диод) на время заряда примерно равно произведению тока разряда (т.е. нагрузки) на время разряда (это все остальное время). Вот и получается, что диоды выпрямителя, работающего на емкостную нагрузку должны выдерживать ток гораздо больший, чем ток нагрузки.

На форму тока диода, моменты его начала и окончания влияют ряд факторов: емкость фильтра, напряжение питания, ток нагрузки, сопротивление (точнее вольт-амперная характеристика) диода, индуктивность и активное сопротивление обмотки трансформатора. Поэтому сам график тока получается из решения нелинейного дифференциального уравнения, в которое входят все эти параметры. К счастью, для основных случаев жизни это уравнение решено, и для рассчетов используются результаты этого решения - формулы и графики, приведенные в специальной литературе.

Кстати, и обратное напряжение на диоде (когда он закрыт и не пропускает ток) довольно большое - там суммируется с одной стороны входное напряжение, а с другой - выходное (не вычитаются, а именно суммируются). Поэтому не удивляйтесь, когда для выпрямителя на 15 вольт и 0,1 ампер используется диод, рассчитанный на 50 вольт и 1 ампер.

 

Стабилизатор - специальная схема, пропускающая напряжение со входа на выход хитрым образом. Она работает так, что напряжение на выходе всегда одинаковое. Это напряжение получается из входного, и поэтому входное напряжение должно быть больше - излишек погасит стабилизатор. Этот излишек должна быть больше 3 вольт - иначе стабилизатор работать не будет. Например, если стабилизатор 15 вольтовый, то на вход мы можем подавать от 18 вольт (=15+3) до 30 вольт (больше не выдержит, хотя у разных стабилизаторов по-разному). Если же на вход подадим 12 В - на выходе будет 12-3=9 вольт. Это состояние не рабочее, и никакой стабилизации не будет. В рабочем режиме напряжение на выходе очень стабильно и практически не зависит ни от входного напряжения (поступающего с выпрямителя), ни от тока нагрузки (в рабочих пределах).

 

Итак, получается аж четыре варианта схем: однополупериодный/двухполупериодный выпрямитель и при этом стабилизированный или нестабилизированный:

Рис.5. Схема блока питания.

 

Самым первым элементом, считая от сети, должен быть предохранитель!

Ток предохранителя должен быть 0,068 - 0,15 А. Если трансформатор не очень хороший, то в момент включения трансформатора в сеть, предохранитель может сгорать. Тогда его (предохранителя) номинал можно увеличить до 0,25 - 0,5А. Если и такой предохранитель сгорает, стОит заменить трансформатор - не хороший он! На больший ток, чем 0,5А, предохранитель ставить нельзя - он останется единственной несгоревшей деталью, случись что. Да и 0,5 ампера, это уже многовато, я бы уже не советовал - все же речь идет о безопасности.

Предохранители разных типов имеют разное быстродействие. Поэтому, если, например, подать ток 1,2 ампера и длительностью 0,5 секунды на стеклянный предохранитель в 1А, то он скорее всего не сгорит. А одноамперный "керамический" сгореть успеет. Поэтому в этой схеме лучше всего использовать традиционные стеклянные предохранители.

Тип выпрямителя следует выбирать исходя из трансформатора. Если есть двухобмоточный трансформатор (или с отводом от средней точки), то выпрямитель лучше использовать двухполупериодный. Напряжение каждой обмотки (или единственной) 9-11 вольт для нестабилизированного источника, и 14-22 вольт для стабилизированного. Причем это напряжение должно быть на обмотке ни к чему не подключенной и измеренное вольтметром. (Кстати, две обмотки можно соединить неправильно, перепутав начало и конец одной из них. На схеме между точками А и Б должно быть удвоенное напряжение. Если между этими точками напряжение маленькое (близкое к нулю) - поменяйте местами концы одной из обмоток.)

Мощность трансформатора 5-8 Вт (можно и больше, только габариты увеличатся). Вместо трансформатора в случае однополупериодного выпрямителя можно использовать сетевой адаптер переменного тока на подходящее напряжение. В таком адаптере внутри находится только трансформатор, так что придется обойтись без сетевого фильтра. Выход адаптера подключается туда, куда подключена вторичная обмотка трансформатора - один конец к общей точке диодов, другой - к общей точке конденсаторов. Если использовать подходящий разъем, то адаптер можно "не ломать", и использовать и для других целей.

Если источник будет нестабилизированный, то надо быть осторожным с "китайскими" адаптерами (и трансформаторами). Их иногда очень плохо делают, и у них под нагрузкой напряжение сильно падает. При этом на холостом ходу напряжение может быть намного больше, чем нужно. Например, под нагрузкой 9 вольт, а на холостом ходу 15 вольт. Такой трансформатор использовать нельзя (разве что в стабилизированном источнике, предварительно все хорошенько промерив и просчитав).

Рис.6. Тороидальный трансформатор с двумя обмотками мощностью 6 Вт.

 

Тип варистора я рекомендую TVR 05 471. Можно использовать TVR 07 471 - он больше, но и подавляемая энергия у него выше. Последние цифры должны быть 471. Меньше и больше очень не рекомендую - в первом случае будут ложные срабатывания (т.е. будет греться сильно на обычном напряжении), а во втором - слишком большое напряжение срабатывания - пропустит излишнее перенапряжение на схему.

Резисторы R1 и R2 любого типа. Номинальная мощность 0,5 Вт и выше. Брать резисторы мощностью больше 2 Вт не стОит - пользы никакой, а размеры большие. Сопротивление в пределах 2-20 Ом. Можно даже разного сопротивления в указанных пределах. Важный момент - у всех без исключения резисторов не очень надежная изоляция. Поэтому их нельзя размещать вплотную друг к другу. Расстояние между ними должно быть не менее 1 см.

Конденсатор С3 может быть и другого типа, главное неэлектролитический. Его максимальное напряжение должно быть не менее 600 вольт (это надежность и безопасность). Емкость 0,068 - 0,47 мкФ. Не рекомендую ставить старые и б.у. конденсаторы.

Рис.7. Конденсаторы К73-17 (синего цвета вверху) и аналогичные импортные (красноватые внизу). Ни один из них не подходит по напряжению.

 

Диоды или диодный мостик должны быть рассчитаны на напряжения и токи указанные на схеме. Это основные параметры - максимальное обратное напряжение и максимальный прямой ток, которые выдерживает диод. Можно и на бОльшие - это все равно. Ведь если диод выдерживает обратное напряжение 1000 вольт, а у нас в схеме 50, то он всего лишь будет работать в суперлегких условиях. Просто у более мощных диодов больше габариты и цена. От "высокочастотности" диода работа схемы абсолютно не зависит! При желании, можно использовать высокочастотные выпрямительные диоды, разницу заметно будет только в цене. А вот малогабаритные (стеклянные) универсальные диоды (так они называются) использовать нельзя, несмотря на то, что они прекрасно работают на радиочастотах - большие напряжения и токи они выдерживают с трудом - не для того они созданы.

В двухполупериодном выпрямителе лучше использовать готовый диодный мостик. Я использую импортные диоды - они маленькие и дешевые. На мостиках написано где "+", где "-", где "~". На диодах полоса, нанесенная на корпус, соответствует катоду:

Рис.8. Маломощные диоды и диодные мостики. Все не хуже 1000В; 0,5А.

 

Дальше у нас идет фильтр. Для него используются электролитические конденсаторы - при малых размерах они имеют большую емкость. Их самое важное свойство - они полярные. То есть имеют свои "плюс" и "минус". И подключаться должны соответствующе: "+" источника подключается к "+" конденсатора, а "-" источника - к "-" конденсатора и ни в коем случае не наоборот! Иначе конденсатор не просто выйдет из строя, а может взорваться! На торце корпуса у него есть специальные насечки для того, чтобы корпус разорвался в этом месте и не причинил никому вреда. Точно также конденсатор может себя повести, если на напряжение нем превысит максимально допустимое.

Маркировка какой вывод "+", а какой "-" нанесена на корпусе. У отечественных конденсаторов наносят "+", а у импортных, как на рис.9, наносят "-". Это прямо такая белая полоса, идущая вдоль отрицательного электрода, с нанесенными на нее стилизованными знаками "-". Интересная деталь - на схемах белым обозначают положительный вывод конденсатора, а на корпусе белым маркируют отрицательный вывод! Почему так делается - не знаю!

Размеры конденсаторов зависят кроме емкости и допустимого напряжения еще от производителя. Конденсаторы с одинаковой емкостью и напряжением у разных производителей могут различаться по габаритам раза в два! Это нужно учитывать при разработке печатных плат и монтажных работах. Лично мне нравятся конденсаторы Jamicon - недорогие, малогабаритные и приличные.

Понятно, что выигрывая в габаритах, проигрываешь в чем-то другом. Иногда более малогабаритные конденсаторы в чем-то хуже (например, по частотным свойствам, или каким-то другим параметрам), иногда просто дороже. В нашем случае это все абсолютно не имеет значения.

Рис.9. Электролитические конденсаторы импортного производства.

Минимальная емкость конденсаторов для блока питания составляет 2200 мкФ. В случае однополупериодного нестабилизированного выпрямителя можно применить 3300 (редкое значение емкости) или 4700 мкФ. Будет немного лучше. Дальнейший рост емкости практически бесполезен. Меньшая емкость приведет к росту пульсаций. В стабилизированном блоке питания это не страшно (только напряжение трансформатора нужно брать не 14-22 вольт, а 16-22 В. В принципе, при этом допустима емкость даже 470 мкФ, но такой экстрим ни к чему. Уж если делать, так делать хорошо.

Про максимальное напряжение конденсатора нужно сказать особо. Можно конечно взять конденсатор на 35 или даже 50 вольт, и не заморачивать голову. Цена и габариты при этом несколько возрастут, но не так уж и сильно. Т.е. конденсаторы на любое напряжение большее или равное 35 вольт подойдут! Для нестабилизированного блока подойдут конденсаторы на 16 вольт (там же у нас 12-15, не забыли?), но я бы все же рекомендовал их брать с запасом - 25-ти вольтовые (16В можно, это просто моя перестраховка, ну люблю я излишнюю надежность - характер такой!). Если блок стабилизированый, то 16-ти вольтовые конденсаторы использовать нельзя! Или на 25 вольт, или выше. Измерьте напряжение на вторичной обмотке трансформатора на холостом ходу, умножьте на 1,4142..., и если получится 22 вольта и меньше, то можно брать конденсатор на 25В. Откуда взялась цифра 22? А напряжение в сети может возрасти максимум на 5%. 22 вольта + 5% = 23,1. Вот вам и 25 вольт максимума (с запасом)! Или не заморачиваться, и сразу использовать 35...50 вольтовые конденсаторы.

В любом случае максимальное допустимое напряжение конденсаторов должно быть по крайней мере в 1,2 раза больше, чем то наибольшее напряжение, которое мы на них подаем!

Вот выдержка из листа технических данных по конденсаторам "Samsung" одного интернет-магазина .

Если блок питания нестабилизированный, то все! Но стОит почитать дальше. Там спрятана еще парочка советов.

А у нас на очереди стабилизатор.

Микросхемы стабилизаторов выпускаются разными фирмами. Их очень много различных типов. Нас интересуют так называемые "трехвыводные" стабилизаторы - самые простые в использовании, дешевые и доступные. Эти стабилизаторы, несмотря на производителя, имеют буквенно-цифровые названия 78Lxx, 79Lxx, 78хх, 79хх, где вместо хх присутствуют две цифры, означающие выходное напряжение в вольтах. Например: 78L12 = 12 вольт, 7905 = 5 вольт. Начальные цифры 78 означают, что микросхема работает с положительным, относительно земли, напряжением (стабилизирует "плюс"), цифры 79 - что с отрицательным (стабилизирует "минус"). Наконец, латинская буква L внутри названия означает, что микросхема в малогабаритном корпусе, а без буквы L корпус будет больше. Отечественные аналоги имеют гораздо более путанное обозначение - напряжение и полярность зашифрованны в буквах и цифрах так, что без специальной таблицы (бутылка не поможет! ) не разберешься (буквы А, Г соответствуют напряжению 12 вольт; Б, Д - 15 вольт и т.п.).

Рис.10. Микросхемы стабилизаторов. Слева направо, сверху вниз: -15В; +15В; +12В; -9В.

Микросхемы, выполненные в маленьком корпусе (т.е. с буквой L в обозначении), по своей конструкции точно такие же, но рассчитаны на меньшие токи и мощности, чем в большом:

Корпус
Маленький
Большой
Uвх.макс, В
30
35
Iнагр.макс, А
0,1
1
Рмакс, Вт
0,5-0,7

1-2 без радиатора, до 10 с радиатором

С напряжениями и токами понятно, а вот мощность, выделяемвая на микросхеме (рассеиваемая микросхемой), определяется так:

Рмакс = ( Uвх - Uвых ) * Iнагр

Все в вольтах, амперах, ваттах. Если получается больше, чем 0,5-0,7 Вт, то нужно использовать "большую" микросхему:

У этих микросхем расположение выводов также различаются для положительного стабилизатора и отрицательного. Кроме того в 78хх металлическая часть корпуса соединена с землей, а у 79хх со входом - не устройте замыкание!

Обратите внимание - у "больших" микросхем максимальное входное напряжение равно 35 вольт. Поэтому если трансформатор выдает достаточно большое напряжение - лучше использовать их.

В принципе можно использовать 12-ти вольтовые микросхемы: 78L12 и 79L12 (7812 и 7912). ОУ такие вещи вполне переваривает. Единственно, что важно - следить за потребляемым током. По идее микросхемы имеют защиту (я не проверял!), но не будем слишком ей доверяться - закон подлости не дремлет! Кроме того, эксплуатация устройств в тяжелых условиях (максимальные напряжения, токи, высокие температуры) резко снижает их надежность и ресурс. Очень не любят нагрева электролитические конденсаторы, а от горячих микросхем они могут нагреться.

По поводу конденсаторов С4 и С5. Они нужны по техническим требованиям для предотвращения самовозбуждения микросхем стабилизаторов. Собственно, для каждой микросхемы их (конденсаторов) нужно две штуки - один на вход, другой на выход. Но на входе уже стоЯт С1 и С2, и если проводник, соединяющий эти конденсаторы с микросхемой имеют длинну не более 7 см, то все ОК.

Если длинна провода больше, то и со входа микросхемы на землю нужны такие же конденсаторы (см. рис.13), как С4, С5. Соответственно и провода, соединяющие выход стабилизатора с С4, С5 должны быть короткими.

Очень было бы хорошо, если в той схеме, которую будете питать от этого источника в цепи питания также стояли такие конденсаторы (они улучшают жизнь на высоких частотах). Такой подход к конструированию устройств должен войти в привычку и стать стандартом.

Если источник делаем нестабилизированный, то конденсаторы С4 и С5 тоже хорошо было бы использовать. При этом они подключаются параллельно С1 и С2 и помогают им на высоких частотах - электролитические конденсаторы плохо работают, начиная с 3...7 кГц (это расплата за большую удельную емкость).

Емкости С4 и С5 берем в диапазоне от 0,1 мкФ до 4,7 мкФ. Меньше нельзя - не подействуют, больше - конденсаторы такой емкости редкие и дорогие, а разницы не заметно. Оптимальный диапазон емкостей 0,33...1 мкФ. Конденсаторы емкостью 0,1...0,22...0,33 мкФ имеют одинаковые размеры и цену. Поэтому и выбрал 0,33 мкФ.

Тип конденсатора может вызвать некоторые споры. Нужно ли ставить сюда "аудиофильские" по 5-10$ штука? Решайте сами. Я рекомендую обычные керамические по 3-5 рублей за штуку:

Рис.11. Малогабаритные керамические конденсаторы. Емкости слева направо: 15нФ; 0,22 мкФ; 1,5 мкФ; 4,7 мкФ.

Как определить емкость по трехзначному числу на корпусе? Первые две цифры - емкость конденсатора в пикофарадах (1е-12 Фарады). Последняя цифра - количество нулей, которое нужно приписать к емкости (или показатель степени числа 10, тогда емкость, выраженная первыми двумя цифрами умножается на 10^N).

Например, емкости на рис.11

Конденсаторы на рис.7 внизу

Кстати, сравните размеры конденсаторов 0,22 мкФ и 1,5 мкФ на рис.11. Так что С4 и С5 можно запросто ставить 1,5 мкФ (я так и сделал).

Для индикации включения (а также для красоты и "солидности") блок питания можно дополнить светодиодными индикаторами. В принципе светодиоды можно использовать любые, какие нравятся внешне. Но желательно не брать мигающие и прочие "переливалки" - это все же серьезная конструкция. У светодиодов важно не перепутать полярность. Перед подключением хорошо бы померять тестером, включенным в режим проверки диодов, или омметра, куда нужно подать "+", чтобы светодиод горел. При неправильном включении они легко выходят из строя.

Мне нравятся светодиоды в прозрачном корпусе, которые "приобретают цвет" когда светятся - всегда очень хорошо видно, светятся они, или нет. Это же индикаторы, и они несут важную информационную нагрузку.

Резисторы мощностью 0,12 Вт (больше по мощности запросто, но и больше по габаритам) любого типа. Чем сопротивление меньше, тем яркость больше. Но для большинства современных светодиодов вполне хватит сопротивления 3,3 кОм ( многие светодиоды будут нормально работать при сопротивлении от 10 кОм!). Так что это я взял ток с запасом на всякий случай.

При желании всегда можно определить значение сопротивлений R3 и R4 из закона Ома:

R = (Uп - Uпрямое_диода) / Iпрямой_диода.

Прямой ток диода зависит от его типа (обычно 0,5...25 мА, номинальные значения 1...5...10 мА). Прямое напряжение на диоде зависит от типа диода, и, очень сильно, от цвета его свечения. Очень примерно можно считать (хотя их сейчас выпускается столько типов, что разброс прямых напряжений может быть очень большим: независимо от цвета свечения до 4 вольт запросто!):

Цвет свечения светодиода Прямое напряжение, В
Красный
0,8
Желтый
1,0
Зеленый
1,2...1,5
Синий
1,5...2,5
Белый
1,5...3,5

Все это хозяйство подключается к самому-самому выходу схемы.

Как пример реального блока питания, приведу блок, который я сделал для себя. Я его делал "на скорую руку", больше заботясь о быстроте изготовления, чем о какой-нибудь красивости и прочем. Он выполнен в виде "сетевого адаптера", чтобы питать макеты и не занимать место на столе (я в нем использовал один светодиод в прозрачном корпусе, который светится красным - он торчит этаким горбиком из верхней поверхности блока).

Этот блок не является "примером для подражания" - в его конструкции есть некоторые недостатки, которые могут в некоторый момент проявиться (например, неудобный для замены предохранитель; микросхемы стабилизаторов, закрепленные термоклеем, который при перегреве может расплавиться). Просто я наверняка уверен, что у меня будет все ОК (некоторый опыт, однако; и знание слабых мест блока). Это хорошая иллюстрация, где показаны реальные элементы, их установка и подключение. Попробуйте несколько улучшить конструкцию, и получите почти идеал!

Рис.12. Реальный блок питания. Внешний вид.

Изнутри он представляет собой описанный выше стабилизированный блок с однополупериодным выпрямителем:

Рис.13. Блок питания. Вид внутри.

Сетевой фильтр не поместился (его еще нужно хорошенько изолировать, чтобы когда корпус закрыт, ничего ни к чему не прикоснулось), поэтому я не стал его устанавливать.

Нанесенные маркером на корпус знаки "+" и "-" помогают ничего не перепутать. Обратите внимание на провод, выходящий из блока: он свернут внутри петлей, так что если за него дернуть, то ничего не оторвется.

Трансформатор однообмоточный на 16 вольт, отсюда выпрямитель однополупериодный (диоды те же, что на рис.8 1000 вольт 1 ампер). Конденсаторы 4700 мкФ на 25 вольт (рис.9) хорошо так влезли в корпус. Микросхемы стабилизаторов взял большие по двум причинам: 1) маленьких на 15 вольт не было под рукой; 2) условия охлаждения плохие, чтобы не перегревались (большой корпус имеет большую поверхность и охлаждается лучше) ни при каких условиях. На выводах микросхем установлены конденсаторы 1,5 мкФ (С4, С5 по схеме) и на входе, и на выходе, потому что провода, соединяющие микросхемы с электролитическими конденсаторами, довольно длинные. Я так думаю, что без входных конденсаторов можно было бы вполне и обойтись, но так наверняка.

 

Наладка устройства.

Блок, собранный из исправных деталей, начинает работать сразу. Если что-то не работает (сразу видно не горят светодиоды) - пройдемся вольтметром по блокам (рис.1) слева направо. После предохранителя должно быть 220 вольт переменного тока, после сетевого фильтра тоже. На каждой из вторичных обмоток трансформатора - 9-22 вольта (это напряжение уже известно, осталось только сравнить). После выпрямителя измеряем постоянное напряжение: на конденсаторах, потом на выходе стабилизаторов. Если все напряжения в норме, а светодиоды не горят - значит перепутали полярность светодиодов, которые, скорее всего, уже сгорели (нежные они). Если по пути следования в какой-то точке напряжения нет, значит проблема в предшествующем элементе.

 

"По многочисленным просьбам трудящихся", дополнительно описываю регулируемый стабилизатор. Сравнительно новые микросхемы LM317/LM337 работают так же, как и 78хх/79хх (в паспорте написано, что всяческих защит больше), но еще и позволяют регулировать выходное напряжение. Эти микросхемы несколько дороже, чем 78хх/79хх, и требуют несколько более сложной схемы, но зато можно получить любое нестандартное выходное напряжение в диапазоне 1,25...30 вольт.

Рис.14. Стабилизатор на микросхемах LM317/LM337.

Тут будьте внимательны - цоколевка отличается от 78хх/79хх (это производители над нами издеваются, не иначе - все микросхемы по-разному!). И еще, буквы в конце названия микросхемы очень важны - от них зависит тип корпуса. Там куча разных корпусов под печатный и автоматизированный монтаж - не попадитесь!

Выходное напряжение зависит от соотношения сопротивлений R1 и R2, причем величина R1 = 240 Ом рекомендуется производителем:

Uвых = 1,25 * ( 1 + R2 / R1 ).

Отсюда можно найти значение сопротивления R2 для получения любого требуемого напряжения. В принципе, если в качестве R2 использовать сдвоенный резистор 3,3 кОм, то можно плавно регулировать выходное напряжение в диапазоне 1,25...18 вольт. Но я бы не рекомендовал такое:

  1. У сдвоенных переменных резисторов сопротивление меняется не синхронно, в результате напряжения в положительном и отрицательном плечах будут заметно различаться
  2. При вращении переменного резистора инода может пропадать контакт (слышали, как "трещат" регуляторы громкости?). Что при этом с напряжением произойдет...

Удачи!

Еще кое-что. Небольшое добавление год спустя.

Недавно потребовалось сделать такой вот блок питания из промышленного блока питания от чего-то там. Исходный блок выдавал стабилизированное напряжение +5 вольт. Из всех его потрохов подходящим оказался только трансформатор - напряжение на вторичной обмотке у него было 17,5 вольт. Все остальное я выкинул, добавил сетевой фильтр (один только конденсатор, там было очень мало места и распаивать все не хотелось), однополупериодный выпрямитель (т.к. у трансформатора была всего одна вторичная обмотка), стабилизатор и светодиодный индикатор:

В данном случае было очень важно, чтобы выходное напряжение было выведено на гнездо. В него разные устройства включаются очень легко.

Результат тот же - качественное питание, быстро и недорого.

 

26.08.2007

Счетчик