- Пристрій і принцип роботи блоку живлення
- трансформатор
- Діодний міст
- конденсаторний фільтр
- Стабілізатор напруги LM 7805, LM 7809, LM 7812
- Схема блоку живлення
- Блок живлення своїми руками на 78 L 05, 78 L 12, 79 L 05, 79 L 08
Наши партнеры ArtmMisto
Простий і надійний блок живлення своїми руками при нинішньому рівні розвитку елементної бази радіоелектронних компонентів можна зробити дуже швидко і легко. При цьому не будуть потрібні знання електроніки і електротехніки на високому рівні. Незабаром ви в цьому переконаєтеся.
Виготовлення свого першого джерела живлення досить цікаве і запам'ятовується подія. Тому важливим критерієм тут є простота схеми, щоб після складання вона відразу заробила без будь-яких додаткових налаштувань і підстроювань.
Слід зауважити, що практично кожен електронний, електричний пристрій або прилад мають потребу в харчуванні. Відмінність полягає лише в основних параметрах - величина напруги і струму, твір яких дають потужність.
Виготовити блок живлення своїми руками - це дуже хороший перший досвід для початківців електронників, оскільки дозволяє відчути (не у собі) різні величини струмів, що протікають в пристроях.
Сучасний ринок джерел живлення розділений на дві категорії: трансформаторні і Безтрансформаторні. Перші досить прості у виготовленні для початківців радіоаматорів. Друга незаперечна перевага - це порівняно низький рівень електромагнітних випромінювань, а відповідно і перешкод. Істотним недоліком за сучасними мірками є значна маса і габарити, викликані наявністю трансформатором - найважчого і громіздкого елемента в схемі.
Безтрансформаторні блоки живлення позбавлені останнього недоліку через відсутність трансформатора. Вірніше він там є, але не в класичному уявленні, а працює з напругою високої частоти, що дозволяє знизити число витків і розміри муздрамтеатру. В результаті знижуються в цілому габарити трансформатора. Висока частота формується напівпровідниковими ключами, в процесі з включення і виключення за заданим алгоритмом. Внаслідок цього виникають сильні електромагнітні перешкоди, тому такі джерело підлягають обов'язковому екрануванню.
Ми будемо збирати трансформаторний блок живлення, який ніколи не втратить своєї актуальності, оскільки й досі використовується в аудіотехніки високого класу, завдяки мінімальному рівню створюваних перешкод, що дуже важливо для отримання якісного звуку.
Пристрій і принцип роботи блоку живлення
Прагнення отримати якомога компактніше готовий пристрій примело до появи різних мікросхем, всередині яких знаходяться сотні, тисячі і мільйони окремих електронних елементів. Тому практично будь-який електронний прилад містить мікросхему, стандартна величина харчування якої 3,3 В або 5 В. Допоміжні елементи можуть харчуватися від 9 В до 12 В постійного струму. Однак ми добре знаємо, що розетки змінну напругу 220 В частотою 50 Гц. Якщо його подати безпосередньо на мікросхему або який-небудь інший низьковольтний елемент, то вони миттєво вийдуть з ладу.
Звідси стає зрозумілим, що головне завдання мережевого блоку живлення (БП) складається в зниженні величини напруги до прийнятного рівня, а також перетворення (випрямлення) його з змінного в постійне. Крім того, його рівень повинен залишатися постійним незалежно від коливань вхідного (в розетці). В іншому випадку пристрій буде працювати нестабільно. Отже, ще одна найважливіша функція БП - це стабілізація рівня напруги.
В цілому структура блоку живлення складається з трансформатора, випрямляча, фільтра і стабілізатора.
Крім основних вузлів ще використовується ряд допоміжних, наприклад, індикаторні світлодіоди, які сигналізують про наявність підведеної напруги. А якщо в БП передбачена його регулювання, то природно там буде вольтметр, а можливо ще й амперметр.
трансформатор
В даній схемі трансформатор застосовується для зниження напруги в розетці 220 В до необхідного рівня, найчастіше 5 В, 9 В, 12 В або 15 В. При цьому ще здійснюється гальванічна розв'язка високовольтних з низьковольтними ланцюгами. Тому при будь-яких позаштатних ситуаціях напруга на електронному пристрої не перевищить значення величини вторинної обмотки. Також гальванічна розв'язка підвищує безпеку обслуговуючого персоналу. У разі дотику до приладу, людина не потрапить під високий потенціал 220 В.
Конструкція трансформатора досить проста. Він складається з сердечника, що виконує функцію муздрамтеатру, який виготовляється з тонких, добре проводять магнітний потік, пластин, розділених діелектриком, в якості якого служить нетокопроводящих лак.
На стрижень сердечника намотані мінімум дві обмотки. Одна первинна (ще її називають мережева) - на неї подається 220 В, а друга - вторинна - з неї знімається знижена напруга.
Принцип роботи трансформатора полягає в наступному. Якщо до мережевої обмотці прикласти напругу, то, оскільки вона замкнута, в ній почне протікати змінний струм. Навколо цього струму виникає змінне магнітне поле, яке збирається в осерді і протікає по ньому у вигляді магнітного потоку. Оскільки на осерді розташована ще одна обмотка - вторинна, то поді дією змінного магнітного потоку в ній навідь електрорушійна сила (ЕРС). При замиканні цієї обмотки на навантаження, через неї буде протікати змінний струм.
Радіоаматори в своїй практиці найчастіше застосовують два види трансформаторів, які головним чином відрізняться типом сердечника - броньовий і тороидальний. Останній зручніше в застосуванні тим, що на нього досить просто можна домотать потрібну кількість витків, тим самим отримати необхідну вторинна напруга, яке прямопропорційно залежить від кількості витків.
Основними для нас є два параметри трансформатора - напруга і струм вторинної обмотки. Величину струму приймемо рівної 1 А, оскільки на таке ж значення ми візьмемо стабілітрони. Про що трохи далі.
Діодний міст
Продовжуємо збирати блок живлення своїми руками. І таким порядковим елементом в схемі встановлений діодний міст, він же напівпровідниковий або діодний випрямляч. Призначений він для перетворення змінної напруги вторинної обмотки трансформатора в постійне, а точніше кажучи, в випрямлена пульсуюче. Звідси і походить назва «випрямляч».
Існують різні схеми випрямлення, проте найбільше застосування отримала бруківка схема. Принцип роботи її полягає в наступному. У перший напівперіод змінної напруги струм протікає по шляху через діод VD1, резистор R1 і світлодіод VD5. Далі струм повертається до обмотці через відкритий VD2.
До диодам VD3 і VD4 в цей момент докладено зворотна напруга, тому вони замкнені і струм через них не протікає (насправді протікає тільки в момент комутації, але цим можна знехтувати).
Наступний напівперіод, коли струм у вторинній обмотці змінить свій напрямок, відбудеться все навпаки: VD1 і VD2 закриються, а VD3 і VD4 відкриються. При цьому напрямок протікання струму через резистор R1 і світлодіод VD5 залишиться колишнім.
Діодний міст можна спаяти з чотирьох діодів, з'єднаних згідно схеми, наведеної вище. А можна купити готовий. Вони бувають горизонтального і вертикального виконання в різних корпусах. Але в будь-якому випадку мають чотири виведення. На два висновки подається змінна напруга, вони позначаються знаком «~», обидва однакової довжини і найкоротші.
З двох інших висновків знімається випрямлена напруга. Позначаються вони «+» і «-». Висновок «+» має найбільшу довжину серед інших. А на деяких корпусах біля нього робиться скіс.
конденсаторний фільтр
Після діодного моста напруга має пульсуючий характер і ще непридатне для живлення мікросхем і тим більше мікроконтролерів, які дуже чутливі до різного роду перепадів напруги. Тому його необхідно згладити. Для цього можна застосовується дросель або конденсатор. У розглянутій схемі досить використовувати конденсатор. Однак він повинен мати велику ємність, тому слід застосовувати електролітичний конденсатор. Такі конденсатори часто мають полярність, тому її необхідно дотримуватися при підключенні в схему.
Негативний висновок коротше позитивного і на корпусі біля першого наноситься знак «-».
Стабілізатор напруги LM 7805, LM 7809, LM 7812
Ви напевно помічали, що величина напруги в розетці не дорівнює 220 В, а змінюється в деяких межах. Особливо це відчутно при підключенні потужної навантаження. Якщо не застосовувати спеціальних заходів, то воно і на виході блоку живлення буде змінюватися в пропорційному діапазоні. Однак такі коливання вкрай не бажані, а іноді і неприпустимі для багатьох електронних елементів. Тому напруга після конденсаторного фільтра підлягає обов'язковій стабілізації. Залежно від параметрів питомого пристрої застосовуються два варіанти стабілізації. У першому випадку використовуються стабілітрон, а в другому - інтегральний стабілізатор напруги. Розглянемо застосування останнього.
У радіоаматорського практиці широке застосування отримали стабілізатори напруги серії LM78xx і LM79xx. Дві букви вказують на виробника. Тому замість LM можуть бути і інші літери, наприклад CM. Маркування складається з чотирьох цифр. Перші дві - 78 або 79 означають відповідно позитивно або негативна напруга. Дві останні цифри, в даному випадку замість них два ікси: хх, позначають величину вихідного U. Наприклад, якщо на позиції двох іксів буде 12, то даний стабілізатор видає 12 В; 08 - 8 В і т.д.
Для прикладу розшифруємо наступні маркування:
LM7805 → 5 В, позитивне напруга
LM7912 → 12 В, негативне U
Інтегральні стабілізатори мають три висновки: вхід, загальний і вихід; розраховані на струм 1А.
Якщо вихідна U значно перевищує вхідний і при цьому споживається граничний струм 1 А, то стабілізатор сильно нагрівається, тому його слід встановлювати на радіатор. Конструкція корпусу передбачає таку можливість.
Якщо струм навантаження набагато нижче граничного, то можна і не встановлювати радіатор.
Схема блоку живлення
Схема блоку живлення в класичному виконанні включає: мережевий трансформатор, діодний міст, конденсаторний фільтр, стабілізатор і світлодіод. Останній виконує роль індикатора і підключається через струмообмежуючі резистор.
Оскільки в даній схемі лімітуючим по струму елементів є стабілізатор LM7805 (допустиме значення 1 А), то всі інші компоненти повинні бути розраховані на струм не менше 1 А. Тому і вторинна обмотка трансформатора вибирається на струм від одного ампера. Напруга її має бути не нижче стабілізованого значення. А по хорошому його слід вибирати з таких міркувань, що після випрямлення і згладжування U повинно бути на 2 - 3 В вище, ніж стабілізовану, тобто на вхід стабілізатора слід подавати на пару вольт більше його вихідного значення. Інакше він буде працювати некоректно. Наприклад, для LM7805 вхідний U = 7 - 8 В; для LM7805 → 15 В. Однак слід враховувати, що при занадто завищеній значенні U, мікросхема буде сильно нагріватися, оскільки «зайве» напруга гаситься на її внутрішній опір.
Діодний міст можна зробити з діодів типу 1N4007, або взяти готовий на струм не менше 1 А.
Згладжує конденсатор C1 повинен мати велику ємність 100 - 1000 мкФ і U = 16 В.
Конденсатори C2 і C3 призначені для згладжування високочастотних пульсацій, які виникають при роботі LM7805. Вони встановлюються для більшої надійності і носять рекомендаційний характер від виробників стабілізаторів подібних типів. Без таких конденсаторів схема також нормально працює, але оскільки вони практично нічого не варті, то краще їх поставити.
Блок живлення своїми руками на 78 L 05, 78 L 12, 79 L 05, 79 L 08
Часто необхідно живити тільки одну або пару мікросхем або малопотужних транзисторів. В такому випадку застосовувати потужний блок живлення не раціонально. Тому найкращим варіантом буде застосування стабілізаторів серії 78L05, 78L12, 79L05, 79L08 і т.п. Вони розраховані на максимальний струм 100 мА = 0,1 А, але при цьому дуже компактні і за розмірами не більше звичайного транзистора, а також не вимагає установки на радіатор.
Маркування та схема підключення аналогічні, розглянутим вище серії LM, тільки відрізняється розташуванням висновків.
Для прикладу зображена схема підключення стабілізатора 78L05. Вона ж підходить і для LM7805.
Схема включення стабілізаторів негативно напруги наведена нижче. На вхід подається -8 В, а на виході виходить -5 В.
Як видно, зробити блок живлення своїми руками дуже просто. Будь-яка напруга можна отримати шляхом установки відповідного стабілізатора. Слід також пам'ятати про параметри трансформатора. Далі ми розглянемо, як зробити блок живлення з регулюванням напруги.
