Где τразр = C1∙Rн; Rн - в данном случае сопротивление цепи разряда конденсатора С1, состоящей из последовательно соединенных стабилитрона VD5 и резистора R1:
fосн = 100 Гц.
При уменьшении емкости конденсатора С1 (или сопротивления нагрузки) пульсации возрастают, а среднее значение выпрямленного напряжения уменьшается. При большой емкости конденсатора С1 максимальное значение силы тока диода в момент включения выпрямителя определяется лишь сопротивлениями диода в прямом направлении и вторичной обмотки трансформатора; поэтому сила тока может достигать значений, больших Iпр. макс. Такой большой ток может вывести из строя диод, поэтому для предотвращения этого при больших емкостях конденсатора С1 следует последовательно с диодами включать добавочные резисторы. Напряжение Uобр. макс, прикладываемое к диоду, в два раза превышает напряжение на вторичной обмотке трансформатора U2m, так как в момент времени, когда диод заперт, напряжения на конденсаторе и на вторичной обмотке трансформатора складываются. Стабилизированное напряжение с резистора R2 подается на базу транзистора VT1, включенного по схеме эмиттерного повторителя, который является управляющим элементом.
Напряжение с его нагрузки подается на базу регулирующего транзистора VT2, который также включен по схеме с ОК. Когда движок резистора R2 находится в крайнем нижнем (по схеме) положении, напряжение на базе управляющего транзистора равно нулю, оба транзистора закрыты и напряжение на выходе стабилизатора также равно (или близко) нулю. При перемещении движка резистора вверх открывается транзистор VT1, а также транзистор VT2, сила тока через нагрузку увеличивается. Напряжение на выходных гнездах XS1 стабилизатора на 0,3…0,4 В меньше, чем на базе управляющего транзистора VT1 (в эмиттерных повторителях на германиевых транзисторах выходное напряжение всегда меньше входного на величину, равную примерно 0,2 В). Монтажная плата блока показана на рис. 5.18,6, а конструкция блока - на рис. 5.18, в.
Рис. 5.18. б) монтажная плата блока питания; в) конструкция блока питания
5.5.7. Блок питания со стабилизатором компенсационного типа
Этот блок питания служит для питания микросхем и имеет выходное напряжение, равное 5 В. В нем используется стабилизатор компенсационного типа, в котором благодаря наличию отрицательной обратной связи обеспечивается постоянство напряжения на нагрузке (рис. 5.19).
Рис. 5.19.Схема блока питания со стабилизатором компенсационного типа
Напряжение на вторичной обмотке трансформатора TV1 примерно 3,5 В, выпрямленное напряжение на конденсаторе С1 равно 5,5…6 В. Выходное напряжение с делителя напряжения R2R3 подается на инвертирующий вход (вывод 9) операционного усилителя, а образцовое напряжение, снимаемое со стабилитрона VD5, подается на неинвертирующий вход (вывод 10). Изменение напряжения между инвертирующим и неинвертирующим входами на несколько сотен микровольт вызывает изменение выходного напряжения в пределах его полного диапазона, определяемого ЭДС источника питания ОУ. Обычно схема включения ОУ такова, что с помощью внешней отрицательной обратной связи напряжение подается с выхода на вход, в результате чего разность напряжений между входами становится равной почти нулю. Поэтому при изменении (например, увеличении) напряжения на выходе стабилизатора изменится (увеличится) напряжение на инвертирующем входе ОУ, а это в свою очередь приведет к уменьшению выходного напряжения, и наоборот. Сопротивление транзистора VT1 увеличится (так как на его базе уменьшится положительное напряжение), напряжение на нагрузке уменьшится. Это приведет к тому, что напряжение между выводами 9 и 10 станет практически равно нулю. Этот переходный процесс длится несколько микросекунд. Напряжение на выходе блока питания можно определить по упрощенной формуле:
Uвых = Uст∙(R2 + R3)/R3
где Uст - напряжение на стабилитроне VD5.
Изменяя в небольших пределах сопротивления резисторов R2, R3, можно изменять выходное напряжение источника. При этом, как видно из формулы, выходное напряжение не может быть меньше напряжения стабилизации стабилитрона VD5. Резистор R4 ограничивает выходной ток, конденсатор С2 предотвращает возбуждение операционного усилителя. Коэффициент стабилизации стабилизатора составляет 200…400, а выходное сопротивление - несколько миллиом. Сила максимального выходного тока равна произведению предельно допустимой силы выходного тока ОУ на коэффициент h21э транзистора VT1 и составляет примерно 150 мА.
Трансформатор выполнен на магнитопроводе Ш16х35, первичная обмотка содержит 3000 витков провода ПЭВ-2 0,1, а вторичная - 55 витков провода ПЭВ-2 0,47. Конструкция блока питания произвольная. Детали выпрямителя и стабилизатора напряжения можно смонтировать на печатной плате или навесным методом.
Выводы деталей пропускают через отверстия в плате и соединяют между собой (по принципиальной схеме) непосредственно или отрезками монтажного провода с другой стороны платы.
5.6. ПОЛЕЗНЫЕ СОВЕТЫ
5.6.1. Номограммы для расчета RC- и LC- фильтров нижних частот
Конструирование различной аппаратуры почти всегда сопряжено с расчетом сглаживающих фильтров, которые применяются для уменьшения амплитуды пульсаций напряжения, используемого для питания электронных устройств и в цепях развязки по низкой частоте. Наибольшее распространение получили Г-образные RC-и LC-фильтры. Способность фильтра уменьшать пульсации характеризуется коэффициентом сглаживания:
Кc = рвх/рвых
где рвх и рвых - коэффициенты пульсаций на входе и выходе фильтра.
Величина рвх определяется режимом работы выпрямителя. Коэффициент пульсаций на выходе фильтра рвых зависит от характера нагрузки и находится в пределах от 0,00001 до 0,2.
Для расчета Г-образных фильтров используются формулы:
RC = 1,5∙10∙Kc/mf
LC = 2,5∙10∙(Kc + 1)/mf
где R, L и С - элементы сглаживающих фильтров, измеряемые соответственно в Ом, Гн, мкФ; Кс - коэффициент сглаживания; m - число фаз выпрямления (для однополупериодной схемы m = 1; для двухполупериодной, мостовой и параллельной схемы удвоения m = 2); f - частота выпрямляемого тока, Гц.
Расчет фильтров значительно упрощается при использовании номограмм, приведенных на рис. 5.20, а и рис. 5.20, б. На номограмме для расчета RC-фильтров (рис. 5.20, а) по оси I отложена в логарифмическом масштабе частота питающей сети, по оси II - величина Кс, тоже в логарифмическом масштабе с модулем в два раза меньшим, чем модуль оси I. По осям III и IV отложены соответственно величины емкости в микрофарадах и сопротивления в омах. Модуль осей III и IV равен модулю оси I. Пользоваться номограммой следует так: через точки, соответствующие заданной частоте и требуемой величине Кс, проводится прямая до пересечения с осью III. Точка встречи прямой с осью III определяет линию равных произведений RC (наклонные прямые линии, расположенные между осями III и IV), представляющую собой геометрическое место точек, у которых произведение R и С есть постоянная величина. Обычно при расчете оказывается заданным значение какого-либо одного элемента фильтра - R или С.
Рис. 5.20, а.Номограммы для расчёта RC-фильтров нижних частот