Как работает транзисторный усилитель мощности. Какие бывают схемы усилителей на транзисторах. Как выбрать компоненты и собрать простой усилитель своими руками. Каковы преимущества и недостатки транзисторных усилителей.
Принцип работы транзисторного усилителя мощности
Транзисторный усилитель мощности предназначен для усиления слабого входного сигнала до уровня, достаточного для работы акустических систем. Основными компонентами такого усилителя являются:
- Входной каскад на малосигнальных транзисторах
- Предварительный усилитель напряжения
- Выходной каскад на мощных транзисторах
- Цепи обратной связи
- Цепи питания и защиты
Входной сигнал поступает на базу входного транзистора, усиливается по напряжению и току в предварительных каскадах, а затем раскачивается до необходимой мощности в выходном каскаде. Выходной каскад обычно выполняется по двухтактной схеме на комплементарных парах транзисторов.
Основные схемы транзисторных усилителей
Наиболее распространенными схемами транзисторных усилителей мощности являются:
Однотактная схема
Простейшая схема на одном транзисторе. Имеет низкий КПД и высокие искажения. Используется только в маломощных устройствах.
Двухтактная схема
Содержит два транзистора, работающих в противофазе. Обеспечивает высокий КПД и низкие искажения. Широко применяется в усилителях средней и большой мощности.
Мостовая схема
Состоит из двух двухтактных усилителей, включенных по мостовой схеме. Позволяет получить максимальную выходную мощность.
Характеристики транзисторных усилителей
Основными характеристиками транзисторных усилителей мощности являются:
- Выходная мощность — от единиц Вт до нескольких кВт
- КПД — до 70-80% для двухтактных схем
- Коэффициент нелинейных искажений — 0.1-1%
- Диапазон рабочих частот — 20 Гц — 20 кГц
- Коэффициент усиления по напряжению — 20-40 дБ
Конкретные значения зависят от схемы усилителя, применяемых транзисторов и других компонентов.
Выбор компонентов для транзисторного усилителя
При разработке транзисторного усилителя мощности необходимо правильно подобрать следующие компоненты:
Транзисторы выходного каскада
Выбираются по максимально допустимому напряжению и току коллектора, а также граничной частоте. Для мощных усилителей применяют специализированные транзисторы в корпусах с хорошим теплоотводом.
Транзисторы предварительных каскадов
Должны иметь низкий уровень шумов и высокий коэффициент усиления. Часто используются малосигнальные транзисторы общего применения.
Конденсаторы
В цепях связи применяют неполярные конденсаторы с малыми потерями. Для фильтрации питания используют электролитические конденсаторы большой емкости.
Резисторы
В цепях смещения и обратной связи используют прецизионные резисторы с малым температурным дрейфом. Мощные резисторы применяют в эмиттерных цепях выходных транзисторов.
Достоинства и недостатки транзисторных усилителей
К основным преимуществам транзисторных усилителей мощности можно отнести:
- Высокий КПД
- Широкий диапазон рабочих частот
- Компактность
- Надежность
- Низкая стоимость
Недостатками являются:
- Сложность получения высокой выходной мощности
- Необходимость применения радиаторов охлаждения
- Чувствительность к перегрузкам
- Возможность теплового пробоя транзисторов
Тем не менее, благодаря своим достоинствам, транзисторные усилители по-прежнему широко применяются в бытовой и профессиональной аудиотехнике.
Сборка простого транзисторного усилителя своими руками
Для самостоятельной сборки простого транзисторного усилителя мощности понадобятся следующие компоненты:
- Транзисторы KT315 и KT361 — по 2 шт.
- Резисторы 1 кОм, 10 кОм, 100 кОм — по 2 шт.
- Конденсаторы 10 мкФ — 2 шт.
- Динамик 4-8 Ом
- Источник питания 9-12 В
Схема усилителя собирается на макетной плате. Входной сигнал подается на базу первого транзистора через резистор 10 кОм. Выходной каскад собран по двухтактной схеме. Динамик подключается к коллекторам выходных транзисторов.
Такой простой усилитель обеспечит выходную мощность до 1 Вт, что достаточно для небольшой акустической системы. При необходимости мощность можно увеличить, применив более мощные транзисторы в выходном каскаде.
Мощный транзисторный усилитель. Описание работы усилителя мощности звука на MOSFET транзисторах. Видео: межблочные провода витая пара
своими рукамиОднотранзисторный усилитель — вот конструкция простого УНЧ на одном транзисторе. Именно с таких схем начинали свой путь многие радиолюбители. Собрав однажды простой усилитель, мы всегда стремимся сделать более мощное и качественное устройство. И так все идет по нарастающей, всегда есть желание сделать безупречный усилитель мощности.
Показанная ниже простейшая схема усилителя выполнена на одном биполярном транзисторе и шести электронных компонентах, включая динамик. Эта конструкция низкочастотного звукоусиливающего устройства создана как раз для начинающих радиолюбителей. Его основная цель — сделать понятным простой принцип работы усилителя, поэтому он собран с использованием минимального количества электронных элементов.
Этот усилитель естественно имеет небольшую мощность, для начала он большой и не нужен. Однако если установить более мощный транзистор и немного поднять напряжение питания, то на выходе можно получить около 0,5 Вт. А это уже считается вполне приличной мощностью для усилителя, имеющего такую конструкцию. На схеме для наглядности использован биполярный транзистор с n-p-n проводимостью, но можно использовать любой и с любой проводимостью.
Для получения на выходе 0,5 Вт лучше всего использовать мощные биполярные транзисторы типа КТ819 или их зарубежные аналоги, например 2N6288, 2N5490. Также можно использовать кремниевые транзисторы типа КТ805, их зарубежный аналог — БД148, БД149. Конденсатор в цепи выходного тракта можно поставить 0,1мФ, хотя номинал его большой роли не играет. Тем не менее, он формирует чувствительность прибора относительно частоты звукового сигнала.
Если поставить конденсатор большой емкости, то на выходе будут преимущественно низкие частоты, а высокие будут обрезаны. И наоборот, если емкость мала, то низкие частоты будут обрезаны, а высокие пропущены.
Таким образом, этот выходной конденсатор выбирается и устанавливается исходя из ваших предпочтений по звуковому диапазону. Напряжение питания для схемы нужно выбирать в диапазоне от 3в — до 12в.
Так же хотелось бы уточнить — данный усилитель мощности представлен вам только в демонстрационных целях, чтобы показать принцип работы такого устройства. Звучание этого устройства уж точно будет на низком уровне и не сравнится с качественными аппаратами. При увеличении громкости воспроизведения в динамике будут возникать искажения в виде хрипов.
Читателя! Запомните ник этого автора и никогда не повторяйте его схемы.
Модераторы! Прежде чем забанить меня за оскорбления, подумай, что ты «подпускаешь к микрофону обыкновенного гопника», которого нельзя даже близко подпускать к радиотехнике и, тем более, к обучению новичков.
Во-первых, при такой схеме включения большой ДК, даже если переменный резистор в правильном положении, то есть музыка будет слышна. А при большом токе динамик повреждается, то есть рано или поздно сгорит.
Во-вторых, в этой схеме обязательно должен быть ограничитель тока, то есть постоянный резистор, не менее 1 КОм, включенный последовательно с переменным. Любой самодельщик перевернет регулятор переменного резистора до упора, у него будет нулевое сопротивление и на базу транзистора пойдет большой ток. В результате сгорит транзистор или динамик.
Переменный конденсатор на входе нужен для защиты источника звука (это надо пояснить автору, т.к. тут же нашелся читатель, который снял его просто так, считая себя умнее автора). Без него нормально работать будут только те плееры, в которых такая защита уже установлена на выходе. А если его нет, то выход плеера может выйти из строя, особенно, как я уже говорил выше, если переменный резистор выкрутить «в ноль». При этом от источника питания этой копеечной безделушки будет поступать выходное напряжение дорогого ноутбука и он может сгореть. Самодельные очень любят снимать защитные резисторы и конденсаторы, потому что «работает!» В результате схема может работать с одним источником звука, но не с другим, и даже дорогой телефон или ноутбук могут выйти из строя.
Переменный резистор, в этой схеме, должен быть только подстроечным, то есть подстраиваться один раз и замыкаться в корпусе, а не выводиться удобной ручкой. Это не регулятор громкости, а регулятор искажений, то есть он подбирает режим работы транзистора так, чтобы были минимальные искажения и чтобы из динамика не шел дым. Поэтому он никогда не должен быть доступен извне. НЕВОЗМОЖНО регулировать громкость, меняя режим. Для этого нужно «убить». Если очень хочется регулировать громкость, то проще последовательно с конденсатором включить еще один переменный резистор, и вот его уже можно вывести на корпус усилителя.
В общем, для самых простых схем — и чтобы сразу работало и ничего не навредить, нужно купить микросхему типа TDA (например, TDA7052, TDA7056… в интернете много примеров) , а автор взял случайный транзистор, который завалялся у него в столе. В итоге доверчивые любители будут искать именно такой транзистор, хотя его коэффициент усиления всего 15, а допустимый ток целых 8 ампер (сожжет любой динамик, даже не заметив).
Транзисторные усилители, несмотря на появление более современных микросхемных усилителей, не утратили своей актуальности. Достать микросхему иногда бывает не так просто, а вот транзисторы можно выпаять практически из любого электронного устройства, поэтому заядлые радиолюбители иногда накапливают эти детали горами. Дабы найти им применение, предлагаю собрать простенький усилитель мощности на транзисторах, сборку которого освоит даже новичок.
Схема
Схема состоит из 6 транзисторов и может развивать мощность до 3 Вт при питании от 12 вольт. Этой мощности достаточно для озвучивания небольшого помещения или рабочего места. Транзисторы Т5 и Т6 в схеме образуют выходной каскад, на их место можно поставить широко распространенные отечественные аналоги КТ814 и КТ815. Конденсатор С4, подключенный к коллекторам выходных транзисторов, разделяет постоянную составляющую выходного сигнала, поэтому данный усилитель можно использовать без платы защиты динамиков. Даже если в процессе работы усилитель выйдет из строя и на выходе появится постоянное напряжение, оно не выйдет за пределы этого конденсатора и динамика акустической системы останется целой.
(Скачиваний: 686)
Усилитель в сборе
На печатной плате размером 50х40 мм собирается схема, к статье приложен чертеж в формате Sprint-Layout. Полученную печатную плату необходимо зеркально отразить при печати. После травления и удаления тонера с платы сверлятся отверстия, лучше всего использовать сверло 0,8 — 1 мм, а для отверстий под выходные транзисторы и клеммник 1,2 мм.После сверления отверстий желательно залудить все дорожки, тем самым снизив их сопротивление и защитив медь от окисления. Затем припаиваются мелкие детали — резисторы, диоды, после чего выходные транзисторы, клеммник, конденсаторы. По схеме коллекторы выходных транзисторов должны быть соединены, на данной плате это соединение происходит путем замыкания «тылов» транзисторов проводом или радиатором, если используется.
Радиатор необходимо устанавливать, если схема нагружена на динамик с сопротивлением 4 Ом или если на вход подается сигнал большой громкости. В остальных случаях выходные транзисторы почти не греются и не требуют дополнительного охлаждения. После сборки обязательно смыть остатки флюса с дорожек, проверить плату на наличие ошибок сборки или замыканий между соседними дорожками.
Настройка и тестирование усилителя
После завершения сборки можно подать питание на плату усилителя. В разрыв одного из питающих проводов необходимо включить амперметр для контроля потребляемого тока. Включаем питание и смотрим на показания амперметра, без подачи сигнала на вход усилитель должен потреблять около 15-20 мА. Ток покоя задается резистором R6, для его увеличения нужно уменьшить сопротивление этого резистора. Не стоит слишком сильно поднимать ток покоя, т.к. тепловыделение на выходных транзисторах увеличится. Если ток покоя в норме, можно на вход подать сигнал, например, музыку с компьютера, телефона или плеера, подключить к выходу динамик и начать слушать.
Хотя усилитель прост в исполнении, он обеспечивает вполне приемлемое качество звука. Для одновременного воспроизведения двух каналов, левого и правого, схема должна быть собрана дважды. Обратите внимание, если источник сигнала находится далеко от платы, его необходимо подключить экранированным проводом, иначе не избежать наводок и наводок. Таким образом, этот усилитель получился совершенно универсальным благодаря малому потреблению тока и компактным размерам платы. Его можно использовать как в составе компьютерных колонок, так и при создании небольшого стационарного музыкального центра. Удачной сборки.Они ушли в прошлое, и теперь, чтобы собрать любой простой усилитель, больше не нужно мучиться с расчетами и клепать большую печатную плату.
Сейчас практически вся дешевая усилительная техника сделана на микросхемах. Наиболее широко используются микросхемы TDA для усиления звукового сигнала. В настоящее время они используются в автомагнитолах, в активных сабвуферах, в домашней акустике и во многих других усилителях звука и выглядят примерно так:
Плюсы микросхем TDA
- Для того, чтобы собрать на них усилитель, достаточно подать питание, подключить динамики и несколько радиоэлементов.
- Размеры этих микросхем достаточно малы, но их нужно будет разместить на радиаторе, иначе они будут сильно греться.
- Продаются в любом радиомагазине. На Али что-то дороговато, если брать в розницу.
- Имеют встроенные различные защиты и другие опции, такие как отключение звука и так далее. Но по моим наблюдениям, защиты работают не очень хорошо, поэтому микросхемы часто умирают либо от перегрева, либо от . Так что желательно не замыкать выводы микросхемы между собой и не перегревать микросхему, выжимая из нее все соки.
- Цена. Я бы не сказал, что они очень дорогие. По цене и выполняемым функциям им нет равных.
Одноканальный усилитель на TDA7396
Соберем простой одноканальный усилитель на микросхеме TDA7396. На момент написания статьи я взял его по цене 240 рублей. В даташите на микросхему сказано, что эта микросхема может выдавать до 45 Вт на нагрузку 2 Ом. То есть, если измерить сопротивление катушки динамика и оно будет около 2 Ом, то вполне можно получить на динамике пиковую мощность 45 Вт.
Этой мощности вполне достаточно, чтобы устроить дискотеку в помещении не только себе, но и соседям и при этом получить посредственный звук, который, конечно, не идет ни в какое сравнение с hi-fi усилителями.
Вот распиновка микросхемы:
Собирать наш усилитель будем по типовой схеме, которая была приложена в самом даташите:
Подаем +V на ногу 8, а не На ногу 4 ничего не подавать. Таким образом, диаграмма будет выглядеть так:
Vs — напряжение питания. Оно может быть от 8 до 18 вольт. «IN+» и «IN-» — здесь подаем слабый звуковой сигнал. Цепляем динамик к 5-й и 7-й ножке. Ставим шестую ногу на минус.
Вот моя сборка для скрытого монтажа
Я не использовал конденсаторы на входе питания 100 нФ и 1000 мкФ, так как у меня чистое напряжение идет от блока питания.
Качал динамик со следующими параметрами:
Как видите сопротивление катушки 4 Ома. Полоса частот указывает на то, что это тип сабвуфера.
А вот так выглядит мой саб в самодельном корпусе:
Пробовал снимать видео, но звук на видео у меня очень плохой. Но все же могу сказать, что от телефона на средней мощности уже клевало так, что уши заворачивались, хотя потребление всей схемы в рабочем виде было всего около 10 Вт (умножаем 14,3 на 0,73). В данном примере я взял напряжение, как в автомобиле, то есть 14,4 Вольта, что хорошо вписывается в наш рабочий диапазон от 8 до 18 Вольт.
Если у вас нет мощного источника питания, то его можно собрать по этой схеме.
Не зацикливайтесь на этом чипе. Эти микросхемы TDA, как я уже сказал, бывают многих типов. Некоторые из них усиливают стереосигнал и могут выводить звук сразу на 4 динамика, как это сделано в автомагнитолах. Так что не поленитесь порыться в интернете и найти подходящий ТДА. После завершения сборки дайте соседям проверить ваш усилитель, открутив ручку громкости у всей балалайки и прислонив мощный динамик к стене).
А вот в статье я собрал усилитель на микросхеме TDA2030A
Получилось очень хорошо, так как TDA2030A имеет лучшие характеристики чем TDA7396
Так же добавлю для разнообразия еще одну схему от абонента у которого усилитель на TDA 1557Q исправно работает уже более 10 лет подряд:
Усилители на Алиэкспресс
На Али еще нашел на TDA кит-киты. Например, этот стереоусилитель имеет мощность 15 Вт на канал и стоит 1 доллар. Этой мощности хватит, чтобы потусить под любимые треки в маленькой комнате
Можно купить.
Бут он готов прямо сейчас
Да и вообще этих модулей усилителей на Алиэкспресс очень много. Нажмите на эту ссылку и выберите любой понравившийся вам усилитель.
Схема №2
Схема нашего второго усилителя намного сложнее, но позволяет получить лучшее качество звука. Это достигается за счет более совершенной схемотехники, большего коэффициента усиления усилителя (и, следовательно, более глубокой обратной связи), а также возможности регулировки начального смещения транзисторов выходного каскада.
Схема новой версии усилителя показана на рис. 11.20. Этот усилитель, в отличие от своего предшественника, питается от двухполярного источника напряжения.
Входной каскад усилителя на транзисторах VT1-VT3 образует т.н. дифференциальный усилитель. Транзистор VT2 в дифференциальном усилителе является источником тока (довольно часто в дифференциальных усилителях в качестве источника тока используется обычный резистор достаточно большого номинала). А транзисторы VT1 и VT3 образуют два пути, по которым ток от источника идет в нагрузку.
Если ток в цепи одного транзистора увеличивается, то ток в цепи другого транзистора уменьшается точно на такую же величину — источник тока поддерживает сумму токов обоих транзисторов постоянной.
В результате транзисторы дифференциального усилителя образуют почти «идеальное» устройство сравнения, что немаловажно для качества обратной связи. На базу одного транзистора подается усиленный сигнал, а на базу другого транзистора через делитель напряжения на резисторах R6, R8 подается сигнал обратной связи.
Противофазный сигнал «расхождения» выделяется на резисторах R4 и R5 и поступает на две схемы усиления:
- Транзистор VT7; Транзисторы
- VT4-VT6.
При отсутствии сигнала рассогласования токи обеих цепей, т. е. транзисторов VT7 и VT6, равны, а напряжение в точке соединения их коллекторов (в нашей схеме такой точкой можно считать транзистор VT8) ровно ноль.
При появлении сигнала рассогласования токи транзисторов становятся разными, а напряжение в точке соединения становится больше или меньше нуля. Это напряжение усиливается составным эмиттерным повторителем, собранным на комплементарных парах VT9., VT10 и VT11, VT12 и подается на переменный ток — это выходной сигнал усилителя.
Транзистор VT8 используется для регулировки т.н. ток покоя выходного каскада. Когда движок подстроечного резистора R14 находится в верхнем по схеме положении, транзистор VT8 полностью открыт. При этом падение напряжения на нем близко к нулю. Если передвинуть ползунок резистора в нижнее положение, падение напряжения на транзисторе VT8 увеличится.
А это равносильно введению сигнала смещения в базы транзисторов выходного эмиттерного повторителя. Происходит смещение их режима работы с класса С на класс В, и, в принципе, на класс А. Это, как мы уже знаем, один из способов улучшения качества звука — не стоит полагаться только на обратную связь в этот.
Оплата . Усилитель собран на плате из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм и размерами 50×47,5 мм. Разводку печатной платы в зеркальном отображении и схему расположения деталей можно скачать. Смотрим на работу усилителя. Внешний вид усилителя показан на рис. 11.21.
Аналоги и элементная база . При отсутствии необходимых деталей транзисторы VT1, VT3 можно заменить на любые малошумящие с допустимым током не менее 100 мА, допустимым напряжением не ниже напряжения питания усилителя и максимально возможным коэффициентом усиления.
Специально для таких схем промышленность выпускает транзисторные сборки, представляющие собой пару транзисторов в одном корпусе с максимально схожими характеристиками — это был бы идеальный вариант.
Транзисторы VT9 и VT10 должны быть комплементарными, как и VT11 и VT12. Они должны быть рассчитаны как минимум на двойное напряжение питания усилителя. Вы забыли, уважаемый радиолюбитель, что усилитель питается от двухполярного источника напряжения?
Для зарубежных аналогов комплементарные пары обычно указываются в документации на транзистор, для отечественных приборов — в интернете надо попотеть! Транзисторы выходного каскада VT11, VT12 должны дополнительно выдерживать ток не менее:
I вх = U / R, A,
U — напряжение питания усилителя,
R — сопротивление переменному току.
Для транзисторов VT9, VT10 допустимый ток должен быть не менее:
I п = I в / Б, А ,
I в — максимальный ток выходных транзисторов;
B — коэффициент усиления выходных транзисторов.
Обратите внимание, что в документации на силовые транзисторы иногда даются два коэффициента усиления — один для режима усиления «малый сигнал», другой для схемы ОЭ.
Вам нужно рассчитать не тот, что для «малого сигнала». Также обратите внимание на особенность КТ9Транзисторы 72/КТ973 — их коэффициент усиления более 750.
Найденный вами аналог должен иметь не меньший коэффициент усиления — это существенно для данной схемы. Остальные транзисторы должны иметь допустимое напряжение не менее удвоенного напряжения питания усилителя и допустимый ток не менее 100 мА. Резисторы — любые с допустимой мощностью рассеивания не менее 0,125 Вт. Конденсаторы — электролитические, емкостью не менее указанной и рабочим напряжением не менее напряжения питания усилителя.
Продолжить чтение
Как сделать выпрямитель и простой источник питания
Выпрямитель — это устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное. Это одна из самых распространенных деталей в электроприборах, начиная от фена и заканчивая всеми типами блоков питания с выходным напряжением постоянного тока. Существуют разные схемы выпрямителей и каждая из них в определенной степени справляется со своей задачей.
В этой статье мы поговорим о том, как сделать однофазный выпрямитель, и зачем он нужен.
Определение
Выпрямитель — это устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный. Слово «постоянное» не совсем корректно, дело в том, что на выходе выпрямителя, в цепи синусоидального переменного напряжения, в любом случае будет нестабилизированное пульсирующее напряжение. Простыми словами: константа по знаку, но переменная по величине.
Существует два типа выпрямителей:
Полуволна . Он выпрямляет только одну полуволну входного напряжения. Характеризуется сильными пульсациями и пониженным относительно входного напряжения.
Раз в два года . Соответственно выпрямляются две полуволны. Пульсации ниже, напряжение выше, чем на входе выпрямителя — это две основные характеристики.
Что означает стабилизированное и нестабилизированное напряжение?
Стабилизированное – это напряжение, не меняющееся по величине независимо ни от нагрузки, ни от скачков входного напряжения.
Для трансформаторных источников питания это особенно важно, так как выходное напряжение зависит от входного напряжения и отличается от него временами трансформации.
Нестабилизированное напряжение — изменяется в зависимости от скачков напряжения в питающей сети и характеристик нагрузки. При таком блоке питания из-за просадки может произойти некорректная работа подключенных устройств или их полная неработоспособность и выход из строя.
Выходное напряжение
Основными значениями переменного напряжения являются амплитуда и действующее значение. Когда говорят «в сети 220В» имеют в виду текущее напряжение.
Если говорить об амплитудном значении, то имеется в виду, сколько вольт от нуля до верхней точки полуволны синусоиды.
Опуская теорию и ряд формул, можно сказать, что ток напряжения в 1,41 раза меньше амплитуды. Или:
Uа = Uд * √2
Амплитудное напряжение в сети 220В:
220*1,41=310
Схемы
Однополупериодный выпрямитель состоит из одного диода.
Он просто не пропускает ответную полуволну. На выходе – напряжение с сильными пульсациями от нуля до амплитудного значения входного напряжения.
Говоря очень простым языком, то в этой схеме половина входного напряжения поступает в нагрузку. Но это не совсем правильно.
Двухполупериодные цепи передают обе полуволны от входа к нагрузке. Выше в статье упоминалось амплитудное значение напряжения, поэтому напряжение на выходе выпрямителя все равно меньше по величине, чем активная переменная на входе.
Но если сгладить пульсации конденсатором, то чем меньше пульсации, тем ближе будет напряжение к амплитуде.
О сглаживании ряби мы поговорим позже. Теперь рассмотрим схему диодного моста .
Их два:
1. Выпрямитель по схеме Гретца или диодный мост;
2. Выпрямитель со средней точкой.
Первая схема более распространена. Состоит из диодного моста – четырех диодов, соединенных между собой «квадратом», к его плечам подключена нагрузка.
Мостовой выпрямитель собирается по схеме ниже:
Может подключаться непосредственно к сети 220В, как это делается в современных импульсных блоках питания, или к вторичным обмоткам сетевого (50Гц) трансформатора. По этой схеме , диодные мосты можно собрать из дискретных (отдельных) диодов или использовать готовую сборку диодного моста в едином корпусе.
Второй контур представляет собой выпрямитель со средней точкой, который не может быть подключен непосредственно к сети. Смысл его в использовании трансформатора с отводом от середины.
По сути это два однополупериодных выпрямителя, подключенных к концам вторичной обмотки, нагрузка одним контактом подключается к месту соединения диодов, а вторым к отводу от середины обмоток.
Его преимущество перед первой схемой заключается в меньшем количестве полупроводниковых диодов. А недостатком является использование трансформатора со средней точкой или, как его называют, ответвлением от середины. Они менее распространены, чем обычные вторичные трансформаторы без ответвлений.
Сглаживание пульсаций
Пульсации напряжения питания недопустимы для ряда потребителей, например, источников света и аудиоаппаратуры. При этом допустимые пульсации света регламентируются государственными и отраслевыми нормативными документами.
Для сглаживания пульсаций используйте фильтры — параллельно установленный конденсатор, LC-фильтр, разнообразные П- и Г-фильтры…
Но самый распространенный и простой вариант — конденсатор, установленный параллельно нагрузке. Недостаток его в том, что для уменьшения пульсаций при очень мощной нагрузке придется ставить конденсаторы очень большой емкости — десятки тысяч микрофарад.
Его принцип работы заключается в том, что конденсатор заряжается, его напряжение достигает амплитуды, после точки максимальной амплитуды напряжение питания начинает уменьшаться, с этого момента нагрузка питается от конденсатора. Конденсатор разряжается в зависимости от сопротивления нагрузки (или эквивалентного ему сопротивления, если он нерезистивный).
Чем больше емкость — тем меньше будут пульсации, если сравнивать с конденсатором меньшей емкости, подключенным к той же нагрузке.
Простыми словами: чем медленнее разряжается конденсатор, тем меньше пульсации.
Скорость разряда конденсатора зависит от тока, потребляемого нагрузкой. Его можно определить по формуле постоянной времени:
t = RC
, где R — сопротивление нагрузки, а С — емкость сглаживающего конденсатора.
Таким образом, от полностью заряженного состояния до полностью разряженного конденсатор разряжается за 3-5 т.ч. Заряжается с той же скоростью, если заряд происходит через резистор, так что в нашем случае это не имеет значения.
Отсюда следует, что для достижения приемлемого уровня пульсаций (он определяется требованиями нагрузки на источник питания) необходима емкость, которая будет разряжаться за время, в несколько раз превышающее t. Поскольку сопротивления большинства нагрузок относительно малы, необходима большая емкость, поэтому для сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя используются электролитические конденсаторы, их еще называют полярными или поляризованными.
Обратите внимание, что перепутать полярность электролитического конденсатора крайне не рекомендуется, т. к. это чревато его выходом из строя и даже взрывом. Современные конденсаторы защищены от взрыва — имеют на верхней крышке выштамповку в виде креста, по которому просто треснет корпус. Но из конденсатора пойдет струйка дыма, будет плохо, если попадет в глаза.
Расчет мощности производится исходя из того, какой коэффициент пульсации необходимо обеспечить. Говоря простым языком, коэффициент пульсаций показывает, насколько сильно проседает (пульсирует) напряжение.
Для расчета емкости сглаживающего конденсатора можно воспользоваться приближенной формулой:
С = 3200*In/Un*Kp,
Где In — ток нагрузки, Un — напряжение нагрузки, Kn — коэффициент пульсаций.
Для большинства видов оборудования коэффициент пульсации принимается 0,01-0,001. Дополнительно желательно установить керамический конденсатор как можно большей емкости, для фильтрации высокочастотных помех.
Как сделать блок питания своими руками?
Простейший блок питания постоянного тока состоит из трех элементов:
1. Трансформатор;
2. Диодный мост;
3. Конденсатор.
Если вам нужно получить высокое напряжение, и вы пренебрегаете гальванической развязкой, то можно исключить трансформатор из списка, тогда вы получите постоянное напряжение до 300-310В. Такая схема стоит на входе импульсных блоков питания, например таких, как на вашем компьютере. Недавно мы писали о них большую статью — Как устроен блок питания компьютера.
Это нестабилизированный источник питания постоянного тока со сглаживающим конденсатором. Напряжение на его выходе больше переменного напряжения вторичной обмотки. Это значит, что если у вас трансформатор 220/12 (первичка на 220В, а вторичка на 12В), то на выходе вы получите постоянное 15-17В. Это значение зависит от емкости сглаживающего конденсатора. Данную схему можно использовать для питания любой нагрузки, если для нее это не принципиально, то напряжение может «плавать» при изменении напряжения сети.
Важно:
Конденсатор имеет две основные характеристики — емкость и напряжение. С подбором емкости разобрались, а вот с подбором напряжения нет. Напряжение на конденсаторе должно превышать не менее половины амплитудного напряжения на выходе выпрямителя. Если фактическое напряжение на обкладках конденсатора превышает номинальное, велика вероятность его выхода из строя.
Старые советские конденсаторы делали с хорошим запасом по напряжению, а сейчас все используют дешевые электролиты из Китая, где запас в лучшем случае небольшой, а в худшем случае не выдерживают заданного номинального напряжения. Поэтому не экономьте на надежности.
Стабилизированный блок питания отличается от предыдущего только наличием стабилизатора напряжения (или тока). Самый простой вариант — использовать L78xx или другие. линейные стабилизаторы, такие как отечественный банк.
Таким образом можно получить любое напряжение, единственное условие при использовании таких стабилизаторов — напряжение на стабилизатор должно превышать стабилизируемое (выходное) значение не менее чем на 1,5В.
Рассмотрим, что написано в даташите стабилизатора 12В L7812:
Входное напряжение не должно превышать 35В, для стабилизаторов от 5 до 12В, и 40В для стабилизаторов на 20-24В.
Входное напряжение должно превышать выходное на 2-2,5В.
Тех. для стабилизированного блока питания 12В со стабилизатором серии L7812 необходимо, чтобы выпрямленное напряжение лежало в пределах 14,5-35В, во избежание просадок идеальным решением будет использование трансформатора со вторичной обмоткой на 12В.
А вот выходной ток довольно скромный — всего 1,5А, его можно усилить с помощью проходного транзистора. если у вас есть транзисторы PNP, вы можете использовать эту схему:
Показана только связь линейного стабилизатора «левая» часть схемы с трансформатором и выпрямителем опущена.
Если у вас NPN транзисторы типа КТ803/КТ805/КТ808, то подойдет вот этот:
Стоит отметить, что во второй схеме выходное напряжение будет меньше напряжения стабилизации на 0,6В — это падение на переходе эмиттер-база, подробнее об этом мы писали в статье о биполярных транзисторах.
Для компенсации этого падения в схему введен диод Д1.
Возможна параллельная установка двух линейных стабилизаторов, но не обязательно! Из-за возможных отклонений при изготовлении нагрузка будет распределяться неравномерно и из-за этого может сгореть один из них.
Установите и транзистор, и линейный стабилизатор на радиатор, желательно на разные радиаторы. Они очень горячие.
Регулируемые блоки питания
Простейший регулируемый блок питания можно сделать с регулируемым линейным стабилизатором LM317, его ток также до 1,5 А, можно усилить схему проходным транзистором, как описано выше.
Вот более наглядная схема сборки регулируемого блока питания.
Для получения большего тока можно использовать более мощный регулируемый стабилизатор LM350.
В двух последних цепях имеется индикатор включения, показывающий наличие напряжения на выходе диодного моста, автоматический выключатель 220В и предохранитель первичной обмотки.
Вот пример регулируемого зарядного устройства с тиристорным регулятором в первичной обмотке, по сути тот же регулируемый блок питания.
Кстати сварочный ток тоже регулируется аналогичной схемой:
Эта статья была выложена ранее: Как сделать простой регулятор тока для сварочного трансформатора
Вывод
В электросети используется выпрямитель Источники питания для получения постоянного тока из переменного тока. Без его участия не получится запитать нагрузку постоянного тока, например, светодиодную ленту или радиоприемник.
Также используется в различных зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов, имеется ряд схем с использованием трансформатора с группой отводов от первичной обмотки, которые переключаются гаечным ключом, а во вторичной установлен только диодный мост обмотка. Выключатель устанавливается со стороны высокого напряжения, так как там ток во много раз ниже и его контакты от этого не сгорят.
По схемам из статьи можно собрать простейший блок питания как для постоянной работы с каким-нибудь устройством, так и для проверки своих электронных самоделок.
