- Бестрансформаторним випрямляч без ємнісного фільтра
- Найпростіший блок живлення
- Блок живлення для радіоприймача
- Блок живлення з керованим вихідною напругою
- конденсаторний випрямляч
- Однополуперіодний діод-конденсаторний безтрансформаторний випрямляч
У своєму класичному варіанті схема бестрансформаторного джерела живлення включає стабілізатор, випрямляч змінної напруги, що гасить конденсатор і конденсатори ємнісного фільтра. Останній необхідний для зменшення пульсацій вихідної напруги. Величина постійної складової в вихідній напрузі безпосередньо залежить від ємностей конденсаторів фільтра: чим вони більші, тим менше амплітуда пульсацій вихідної напруги. Однак при збільшенні ємності росте і розмір конденсаторів, тому ємнісний фільтр нерідко є найгроміздкіший вузол в таких джерелах живлення.
Як відомо, включення ємності в ланцюг змінного напруги приводить до зрушення фази струму на 90 °. Це властивість фазосдвигающих конденсаторів використовується, наприклад, коли до однофазної мережі необхідно підключити трифазний двигун. Якщо фазосдвігающій конденсатор включити в схему випрямляча, то напівхвилі випрямленої напруги будуть взаємно перекриватися і, таким чином, згладжуватися. В цьому випадку громіздкий ємнісний фільтр можна зробити значно компактніше, а то і зовсім обійтися без нього. Схема стабілізованого випрямляча без фільтра представлена на схемі нижче.
Бестрансформаторним випрямляч без ємнісного фільтра
Бестрансформаторним випрямляч без ємнісного фільтра
На схемі позначено:
- D1-D6 - діоди КД105В
- D7 - стабілітрон Д814А
- R1 - резистор МЛТ-2, 18 кОм
- C1 - конденсатор К73-17, 0,2 мкФ, 630 В
Тут між 3-фазним випрямлячем D1-D6 і джерелом змінної напруги підключені резистор R1 і конденсатор С1 - активне і ємнісний опори. Для стабілізації вихідної напруги випрямляча служить стабілітрон D7. В даній схемі слід використовувати такий фазосдвігающій конденсатор С1, який підходить для роботи в мережах змінної напруги. Наприклад, можна взяти К73-17, з робочою напругою не нижче 400 В. Ємність і розміри фазосдвигающей конденсатора набагато менше, ніж у оксидних конденсаторів фільтра, тому подібний випрямляч дозволить помітно зменшити габарити бестрансформаторного блоку живлення.
У момент включення блоку живлення з ємнісним фільтром відбувається заряд конденсаторів і пусковий струм набагато перевершує усталене значення. Подібні кидки струму при перехідних процесах небажані в багатьох випадках. Запропонована схема випрямляча позбавлена цього недоліку, так як при постійному навантаженні практично постійний і споживаний струм.
Найпростіший блок живлення
Простий безтрансформаторний блок живлення
На схемі позначено:
- D1-D4 - діоди Д7Ж або діодний міст КЦ405Б
- D5 - стабілітрон КС650А
- D6 - стабілітрон Д817Б
- D7 - стабілітрон КС168
- R1 - резистор МЛТ-2, 4,7 кОм
- R2 - резистор МЛТ-2, 5,6 кОм
- R3 - резистор МЛТ-2, 3,9 кОм
- VT1 - транзистор КТ940А
- VT2, VT3 - транзистори КТ815
- C1 - конденсатор К50-35, 1000 мкФ, 10В
На схемі зображено найпростіший безтрансформаторний блок живлення, який можна зібрати за півгодини. При зазначених номіналах компонентів схеми, блок живлення дає на виході Iвих = 300 мА і U вих = 6,8 В. Підбираючи стабілітрони D6 і D7 з різними технічними характеристиками, можна змінювати вихідна напруга в досить широких межах. Для збільшення струму навантаження необхідно оснастити транзистори радіаторами. Для діодного моста підійдуть навіть старі діоди Д226Б, головне, щоб розрахункове зворотна напруга моста складала не менше 400 В.
Блок живлення для радіоприймача
Блок живлення для радіоприймача
На схемі позначено:
- R1, R2 - резистор МЛТ-0,5, 1 МОм
- R3 - резистор МЛТ-0,5, 1 кОм
- R4 - резистор МЛТ-0,5, 510 Ом
- R5 - резистор МЛТ-0,5, 10 кОм
- C1, C2 - конденсатори КБГ, 2.2 мкФ, 400 В
- C3 - конденсатор КБГ, 0,1 мкФ, 200 В
- C4 - конденсатор К50-35, 470 мкФ, 6,3 В
- D1-D4 - діодний міст КЦ407А
- D5 - стабілітрон КС147А
- D6 - світлодіод АЛ307В
- VT1 - транзистор КТ816А або КТ209А
На схемі представлений джерело живлення (на 5В) для портативного приймача, який легко вміщається в його відсіку для батарей. Характеристики моста D1-D4 розраховуються виходячи з величини робочого струму і граничного напруження, значення якого визначається стабілітроном D5. Компоненти R3, D5 і VT1 в сумі являють собою аналог потужного стабилитрона, у якого величина максимального струму і потужності розсіювання залежить від характеристик транзистора VT1. Максимальний струм VT1 повинен бути більше струму навантаження. Можливо, цей транзистор доведеться встановлювати на радіатор.
Наявність вихідної напруги відображається ланцюгом з резистора R4 і світлодіода D6. Якщо струми навантаження невеликі, то слід враховувати і струм, який споживає ланцюг індикації. Резистор R5 служить для стабілізації роботи ланцюга харчування.
Блок живлення з керованим вихідною напругою
Блок живлення з керованим вихідним опором
На схемі позначено:
- R1 - резистор МЛТ-0,5, 51 Ом
- R2 - резистор МЛТ-0,5, 100 Ом
- R3 - резистор МЛТ-0,25, 51 кОм
- R4 - резистор МЛТ-0,25, 100 Ом
- R5 - резистор МЛТ-0,25, 15 кОм
- R6 - резистор МЛТ-0,25, 3,6 кОм
- R7 - змінний резистор СП-1, 3,3 ком
- R8 - резистор МЛТ-0,25, 47 кому
- R9 - резистор МЛТ-1, 330 Ом
- C1 - конденсатор КБГ, 1,5 мкФ, 400 В
- C2 - конденсатор К50-35, 1000 мкФ, 50 В
- D1-D4 - діодний міст КЦ402А
- D5 - діод Д237А
- D6, D7 - діоди Д220
- VT1 - транзистор КТ972А
- VT2 - транзистор КТ203Б
У цьому блоці живлення реалізована регульована негативна ОС (зворотний зв'язок) між виходом джерела і транзисторним каскадом VT1. Каскад VT1 є регулюючий елемент, керований вихідним сигналом від однокаскадного підсилювача VT2. А величина вихідного сигналу VT2 визначається різницею напруг між змінним резистором-потенціометром R7 і джерелом опорного напруги (діоди D6 і D7). Описаний блок живлення, по суті, являє собою варіант регульованого паралельного стабілізатора. Гасить конденсатор С1 тут функціонує як баластний резистор, а транзистор VТ1 - як паралельний керований елемент.
Робота блоку живлення відбувається наступним чином: після включення в мережу накопичувальний конденсатор С1 розряджається через діод D5, а транзистори VT2 і VT1 знаходяться в режимі відсічення (замкнені). Вони відмикаються в той момент, коли напруга на базі VT2 зрівняється з опорним на діодах D6 і D7. Вихідна напруга діодного моста при цьому падає (оскільки його шунтирует транзистор VT1), знижується напруга на С1, а транзистори замикаються. Як тільки вони переходять в режим відсічення, напруга на конденсаторі С2 знову зростає, VT1 і VT2 відкриваються і весь цикл повторюється.
Таким чином, негативна ОС стабілізує напругу на виході і воно залишається постійним як при підключеній навантаженні (опір R9), так і на холостому ходу. Величину вихідного напруги можна регулювати становищем движка переменніка R7: нижнього (за схемою) положення відповідає вихід 16 В, верхнього - 26 В. Якщо закоротити діод D6, то межі регулювання складуть 15-19,5 В. Максимальна вихідна потужність блоку живлення дорівнює 2 Вт , рівень пульсацій не перевищує 70 мВ (на навантаженні).
Режим роботи транзистора VT1 залежить від наявності навантаження: лінійний режим при роботі з навантаженням і режим ШІМ (широтно-імпульсної модуляції) при холостому ході. В останньому випадку частота пульсацій напруги на С2 складає 100 Гц.
Для того, щоб правильно підібрати ємність конденсатора С1, слід орієнтуватися на два критерії. По-перше, це максимальна напруга при номінальному навантаженні, яке досягається тільки при відповідній величині ємності. Вихідна напруга буде менше необхідного при недостатньої ємності гасить конденсатора. По-друге, на виході випрямного моста вид осцилограми напруги повинен залишатися незмінним. При правильно підібраною ємності С1 осциллограмма напруги являє собою послідовність позитивних напівхвиль напруги з усіченими вершинами. При цьому кожна полуволна обов'язково доходить до нульової позначки, тобто постійна складова відсутня, інакше порушиться режим стабілізації. Амплітуда полуволн залежить від позиції движка R7 і при його обертанні змінюється за лінійним законом.
При роботі в лінійному режимі транзистор VT1 майже не нагрівається і може працювати без тепла. У режимі ШІМ (на холостому ходу) транзистор гріється при максимальному вихідному напрузі, коли движок R7 встановлений у верхнє положення. Щоб уникнути перегріву транзистора рекомендується встановити його на алюмінієвий радіатор «прапорець». Наприклад, це може бути квадратна пластинка 30х30х2 мм.
При підборі регулюючого транзистора VT1 потрібно враховувати наступні параметри: великий коефіцієнт передачі; середня за величиною потужність (0,1-1 Вт); максимальна напруга емітер-колектор не перевищує найбільшого вихідної напруги; величина струму колектора в 2 рази більше значення струму навантаження (макс.). Як регулюючого транзистора підходять прилади КТ972А, КТ829А, КТ827А або їх аналоги. На місце VT2 можна взяти будь-якої малопотужний компонент, наприклад, КТ203 або КТ361.
Призначення резисторів R1 і R2 - захист регулюючого транзистора від кидків напруги при включенні пристрою.
конденсаторний випрямляч
конденсаторний випрямляч
На схемі позначено:
- R1 - резистор МЛТ-0,5, 51 Ом
- R2 - резистор МЛТ-0,5, 100 Ом
- R3 - резистор МЛТ-0,25, 1 кОм
- C1 - конденсатор КБГ, 1,5 мкФ, 400 В
- C2 - конденсатор К50-35, 1000 мкФ, 25 В
- D1-D4 - діодний міст КЦ402А
- D5 - діод Д327Б
- D6 - стабілітрон Д814Г
- VT1 - транзистор КТ972А
У конденсаторному безтрансформаторним випрямлячі реалізований автостабілізація вихідної напруги (11,6 В) за рахунок того, що випрямний міст підключається до конденсатора в інші моменти часу. Транзистор VT1, включений паралельно мосту, працює в режимі ключа. Його база з'єднана (через стабілітрон D6) з конденсатором С2. Діод D5 відокремлює ємність С2 від виходу діодного моста по постійному струму, щоб виключити швидкий розряд накопичувального конденсатора при відмикання VT1. Поки напруга стабілізації на D6 більше, ніж на С2, випрямляч працює в звичайному режимі. Коли напруга на С2 підвищується, то відкривається VT1, шунтирует вихід моста і напруга на ньому стрибкоподібно падає до нуля. В результаті падає напруга і на С2 і стабілітрон з ключовим транзистором вимикаються.
Далі весь цикл повторюється: підвищення напруги на С2, включення D6 і VT1 і т.д. Подібна автостабілізація нагадує процес ШИ-регулювання в імпульсних стабілізаторах напруги. Тільки тут частота проходження імпульсів і частота пульсацій вихідної напруги на C2 рівні. Щоб мінімізувати втрати, у ключового транзистора повинен бути досить великий коефіцієнт посилення.
Для збільшення вихідної напруги можна використовувати послідовний ланцюг з двох низьковольтних стабілітронів. Наприклад, при двох Д814У (або Д814Д), ємності С1 = 2 мкФ і навантаженні R = 250 Ом напруга на виході U = 23-24 В.
Однополуперіодний діод-конденсаторний безтрансформаторний випрямляч
Однополуперіодний діод-конденсаторний безтрансформаторний випрямляч
На схемі позначено:
- R1 - резистор МЛТ-0,5, 51 Ом
- R2 - резистор МЛТ-0,5, 100 Ом
- R3 - резистор МЛТ-0,25, 1 кОм
- C1 - конденсатор КБГ, 1,5 мкФ, 400 В
- C2 - конденсатор К50-35, 1000 мкФ, 25 В
- D1 - діод Д237Б
- D2 - діод Д327Б
- D3 - стабілітрон Д814Г
- VT1 - транзистор КТ972А
В такому випрямлячі вихідна напруга (11,6 В) стабілізується аналогічно. Транзистор VT1 з'єднаний паралельно з діодом D1 і управляється зворотним зв'язком вихід-стабілітрон D3. Підвищення напруги на накопичувальному конденсаторі С2 призводить до відкривання D3 і VT1. У цей момент амплітуда напівхвилі напруги, що проходить через діод D2 на накопичувальний конденсатор, падає майже до нуля. Напруга на С2 знижується, транзистор VT1 знову закривається і вихідна напруга підвищується. Оскільки тривалість імпульсів на вході діода D2 регулюється, напруга на накопичувальному конденсаторі С2 залишається стабілізованою.
Залежно від того, яке вихідна напруга вимагається (позитивне чи негативне), регулюючий транзистор VT1 вибирають типу pnp (-) або npn (+). В обох випадках D3 працює в імпульсному режимі, втрати в ньому мінімальні і тепловідвід для нього не потрібно.
Функція резисторів R1 і R2 в обох схемах полягає в обмеженні вхідного струму при включених джерела живлення в мережу.
Увага! Будьте обережні при налаштуванні і експлуатації всіх бестрансформаторних пристроїв, оскільки в них відсутній г альваніческая розв'язка від мережі 220В.
