Юный радиолюбитель [7-изд]

Беседа 11 ИСТОЧНИКИ ТОКА

С устройством простейшего гальванического элемента я знакомил тебя еще в первой беседе (см. рис. 7). Электродами такого элемента служат разнородные металлические пластинки, а электролитом — раствор кислоты. Это вполне работоспособный химический источник постоянного тока. Но он имеет два существенных недостатка.

Первый недостаток заключается в том, что электролит элемента — едкая жидкость, которую можно пролить, расплескать. Второй недостаток — заметное влияние на работу элемента явления поляризации. Сущность поляризации заключается в следующем: в результате непрерывного разложения электролита током, протекающим внутри элемента, на положительном электроде оседают в виде пузырьков положительные ионы водорода, образуя на нем газовую пленку, препятствующую движению электрических зарядов. Оба эти недостатка простейшего жидкостного элемента устранены в тех сухих гальванических элементах, которыми ты уже пользовался и будешь использовать для питания своих конструкций.

Ты, уверен, не раз разбирал разрядившуюся батарею 3336Л, чтобы посмотреть, что находится под защитным слоем бумаги. Там три элемента, которые изолированы один от другого картонными прокладками. Сверху элементы защищены мастикой черного цвета — смолкой. Удалив смолку, ты увидишь графитовые стержни с металлическими колпачками, выступающие из цинковых стаканчиков. Графитовые стержни — это выводы положительных электродов, а цинковые стаканчики — отрицательные электроды элементов.

Чтобы рассмотреть внутреннее устройство элемента, придется осторожно разрезать по длине и отогнуть края цинкового стаканчика. Графитовый стержень находится в мешочке, наполненном спрессованной смесью толченого угля, порошка графита и двуокиси марганца. Это — деполяризатор. А электролитом служит студенистая паста, заполняющая пространство между деполяризатором и стенками стаканчика, представляющая собой раствор нашатыря с примесью крахмала и муки.

Во время работы элемента выделяющийся водород соединяется с кислородом, содержащимся в двуокиси марганца деполяризатора, в результате чего поляризация не наступает. Сухой элемент работает до тех пор, пока от действия химической реакции не разрушится цинковый электрод и не изменится химический состав электролита и деполяризатора.

Наша промышленность выпускает более десятка типов цилиндрических стаканчиковых элементов, предназначаемых для питания маломощных электродвигателей, различной осветительной и радиоэлектронной аппаратуры. Для питания же промышленных и радиолюбительских транзисторных переносных приемников, магнитофонов, измерительных приборов наиболее широко используются элементы 373, 343, 332 и 316 (рис. 160). От элементов 336, из которых состоит батарея 3336Л, они отличаются только размерами.

Рис. 160. Гальванические элементы 373, 343, 332 и 316

Один гальванический элемент независимо от его конструкции развивает напряжение около 1,5 В. Ток же, который можно потреблять, от элемента, определяется главным образом размерами его электродов и обычно не превышает 0,2–0,3 А.

Для обозначения гальванических элементов и батарей, составляемых из гальванических элементов, применяют в основном цифровую систему. Первые две цифры в обозначении стаканчиковых элементов (от 20 до 49) в зашифрованной форме характеризуют форму, габариты и электрохимический состав элемента. Третья цифра служит шифром высоты элемента. Но учти, эти цифры являются только условным шифром и не могут служить указателем на конкретные размеры в единицах длины.

Обозначение батареи, образованной последовательным соединением элементов, состоит из шифра элементов и числа элементов в батареи. При этом цифру, соответствующую числу элементов в батарее, ставят перед шифром обозначения ее элементов. Батарея 3336Л, например, состоит из трех элементов 336, потому в ее обозначении перед шифром элементов стоит цифра 3. Для некоторых батарей за цифрами обозначения ставят букву У, X или Л, указывающую на рекомендуемый температурный режим эксплуатации батарей: У — универсальная, X — хладостойкая, Л — летняя.

Батарея 3336Л, следовательно, летняя, эксплуатировать ее рекомендуется при окружающей температуре 0 — плюс 50 °C, а батарею 3336X — до минус 40 °C. При пониженной температуре гальванические элементы и батареи разряжаются быстрее, чем при нормальной. Продолжительность работы батареи 3336Л при температуре минус 10 °C и батареи 3336Х при температуре минус 20 °C в 3–4 раза меньше, чем в рекомендуемых температурных условиях.

В некоторых батареях, например в батарее «Крона ВЦ», элементы имеют форму галеты, поэтому их называют элементами галетного типа. Внешний вид такой батареи и устройство ее элементов изображены на рис. 161. Oтрицательным электродом элемента служит цинковая пластинка, а положительным — поляризационная масса, состоящая из смеси двуокиси марганца и графита, которая обернута тонкой пористой бумагой. Между электродами имеется картонная прокладка. Галету пропитывают электролитом и прочно стягивают тонкой пленкой эластичного пластиката.

Рис. 161. Батарея «Крона ВЦ» и гальванический элемент галетного типа (в увеличенном виде)

При сборке батареи отдельные галеты укладывают в виде столбика и сжимают. При этом края пластиковых пленок плотно прилегают одна к другой, образуя сплошную оболочку столбика, предохраняющую от испарения воды из электролита. В батарее «Крона ВЦ» семь соединенных последовательно элементов, начальное напряжение батареи 9 В.

Справочную таблицу гальванических элементов, наиболее широко используемых радиолюбителями для питания конструкций, ты найдешь в конце книги (см. приложение 4). Поясню основные сведения, касающиеся начальных характеристик и режима разрядки элементов и батарей.

Начальное напряжение U_нач - это напряжение между полюсами свежеизготовленного, не бывшего в употреблении элемента (батареи) при подключении к нему внешней цепи (нагрузки R_н) сопротивлением, указанным в графе «Режим разрядки». Продолжительность работы, выраженная в часах, характеризует время, в течение которого напряжение источника тока, разряжаемого на нагрузку заданного сопротивления, уменьшается до конечного напряжения U_кон. — Например, начальное напряжение элемента 343 при подключении к нему внешней цепи сопротивлением 20 Ом равно 1,4 В. Это напряжение при непрерывной разрядке элемента в течение 12 ч уменьшается до конечного напряжения, соответствующего 0,85 В. Элемент (батарея), напряжение которого снизилось до конечного U_кон, считается разряженным и для дальнейшей эксплуатации непригодным.

По сопротивлению внешней цепи, указанному в графе «Режим разрядки», можно судить о токах элементов и батарей, при которых они наиболее эффективно отдают свои электрические емкости (в ампер-часах) нагрузкам. Например, элемент 343 в внешней цепи сопротивлением 20 Ом создает в ней (по закону Ома) ток, равный: I = 1,55/20 ~= 0,08 А, т. е. 80 мА. Разряжаясь таким током до конечного напряжения, элемент сможет работать непрерывно 12 ч. При подключении нагрузки меньшего сопротивления ток разрядки элемента пропорционально увеличивается, из-за чего длительность его работы уменьшается. Кроме того, при интенсивной разрядке элемент не отдаст всей своей электрической емкости. И наоборот, с увеличением сопротивления нагрузки ток разрядки элемента уменьшается, а длительность непрерывной работы возрастает.

Но приемник или усилитель работает не непрерывно, да и потребляемый им ток даже во время работы не постоянен, а изменяется с частотой и амплитудой усиливаемого сигнала, поэтому и длительность действия питающего его источника постоянного тока практически всегда больше, чем та, что значится в таблице. В предпоследней графе этой таблицы указаны сроки сохранности элементов и батарей. Имей в виду, что к концу этих сроков их напряжения и электроемкость за счет саморазряда снижаются на 15–20 %.

Для питания подавляющего большинства конструируемых тобой транзисторных приемников и измерительных приборов, потребляющих при напряжении 4,5–9 В сравнительно небольшие токи, годятся батареи 3336Л, «Крона ВЦ», а также элементы, которые можно соединять в батареи. Все они вполне подойдут по разрядному току. Надо лишь выбрать те их них, которые обеспечивают нужные напряжения. Но для некоторых конструкций, как, например, туристский радиоузел, переносная радиола, требуются источники питания напряжением до 12 В и, кроме того, позволяющие потреблять от них токи, превышающие допустимые разрядные. В таких случаях приходится прибегать к соединению элементов в соответствующие батареи.

Существует три способа соединения элементов в батареи: последовательное, параллельное и смешанное.

Последовательное соединение элементов в батарею показано на рис. 162, а. Здесь положительный полюс правого элемента — плюс батареи, а отрицательный полюс левого элемента — минус батареи. Именно так соединены элементы батарей 3336Л. При последовательном соединении элементов напряжение батареи равно сумме напряжений всех входящих в нее элементов. Если, например, соединить последовательно три элемента, каждый из которых даст напряжение 1,5 В, то напряжение батареи будет 4,5 В. От такой батареи можно потреблять ток значением не больше, чем может дать каждый в отдельности взятый элемент. Когда нужно получить больший ток, чем может дать один элемент, их соединяют в батарею одноименными полюсами — параллельно, как показано на рис. 162, б. Такая батарея может дать во столько раз больший ток, чем один элемент, сколько элементов соединено в батарею. Если, например, один элемент может отдавать ток 0,1 А, а требуется ток 0,5 А, нужно параллельно соединить пять таких элементов. Напряжение такой батареи равно напряжению одного элемента.

Когда требуется одновременно увеличить и напряжение, и ток, прибегают к смешанному соединению элементов в батарею: элементы сначала соединяют последовательно в группы до требуемого напряжения, а затем эти группы соединяют параллельно (рис. 162, в).

Рис. 162. Соединение элементов в батарею

Возможен и другой способ смешанного соединения элементов: сначала элементы соединяют параллельно по нескольку штук в группы, а потом эти группы соединяют последовательно.

Теперь хочу дать два полезных совета:

1. Никогда не испытывай годность элементов или батарей «на искру». Такие «испытания» даже при кратковременном замыкании источников тока резко снижают их запас энергии!

2. Часто в сухом элементе высыхает электролит и он перестает давать ток. Такой элемент можно «оживить». Для этого в его верхней смоляной заливке просверли два отверстия и через одно из них налей в элемент дистиллированной или дождевой воды. Если стакан цинкового электрода не разъеден и не пропускает воду, в элементе образуется электролит и он снова будет давать ток. Долизать воду можно несколько раз, пока не разрушится цинковый стакан.

Аккумуляторы называют вторичными источниками тока. Это значит, что они не сами вырабатывают ток, как гальванические элементы, а только отдают электрическую энергию, накопленную ими во время зарядки их другим источником постоянного тока. Аккумуляторы допускают многократные зарядки и разрядки, чем они выгодно отличаются от гальванических элементов. Для питания переносной аппаратуры на транзисторах и измерительных приборов наша промышленность выпускает герметичные малогабаритные кадмиево-никелевые аккумуляторы. Они имеют форму диска величиной с двух-трехкопеечную монету и напоминают внешним видом пуговицу. Поэтому, видимо, радиолюбители часто называют их пуговичными аккумуляторами.

Устройство дискового кадмиево-никелевого аккумулятора показано на рис. 163, а. Он собран в стальной никелированной банке, состоящей из двух частей — корпуса 1 и крышки 2. Эти части изолированы эластичной герметизирующей прокладкой 4 и являются контактными выводами полюсов аккумулятора: крышка — отрицательного, сам корпус — положительного. Внутри находятся электроды, разделенные сеткой 7 и пористой изоляционной прокладкой — сепаратором 6. Электроды сжимаются пружиной 3, что придает всей конструкции жесткость. При сборке банку аккумулятора наполняют электролитом.

Наиболее распространены аккумуляторы типов Д-0,06, Д-0,1 и Д-0,25. Буква Д в названии означает «дисковый», а цифры показывают электрическую емкость аккумулятора, выраженную в ампер-часах. Эти аккумуляторы различаются только размерами. Чем аккумулятор больше, тем больше его электрическая емкость. Самый большой из них — аккумулятор Д-0,25 имеет в диаметре 20 мм.

Напряжение свежезаряженного аккумулятора равно 1,25 В. Аккумулятор считается разряженным, когда его напряжение снизится до 0,7–1 В. Разряженный аккумулятор надо зарядить, пропуская через него постоянный ток, равный примерно десятой части емкости аккумулятора в течение 12 ч. При зарядке аккумулятора его электроды соединяют с одноименными полюсами источника постоянного тока.

Кроме отдельных элементов, в магазинах, торгующих радиотоварами, можно приобрести аккумуляторную батарею 7Д-0,1 (рис. 163, б), предназначенную для питания малогабаритной транзисторной аппаратуры. Она состоит из семи (цифра 7 в названии батареи) аккумуляторов типа Д-0,1, соединенных последовательно; начальное напряжение свежезаряженной батареи 9 В. Рекомендуемый ток разрядки батареи 7Д-0,1 не более 20 мА. Если номинальную емкость батареи разделить на среднее значение тока, потребляемого нагрузкой, получившийся результат будет ориентировочным временем непрерывной работы батареи.

Обращаю внимание на конструкцию полюсных выводов батареи: отрицательный сделан в виде гнезда, а положительный в виде штепселя, к которым подключают соединительную колодку с аналогичными им контактами. Они образуют штепсельный разъем X (рис. 163, в), через который напряжение батареи подастся в цепи питающегося от нее устройства.

Рис. 163. Устройство малогабаритного кадмиево-никелевого аккумулятора (а), внешний вид аккумулятора и аккумуляторной батареи 7Д-0,1 (б) и схема подключения батареи к потребителю тока (в)

Точно так, между прочим, устроены и выводные контакты батареи «Крона ВЦ». Разные конструкции выводов исключают ошибочную полярность подключения таких батарей к их нагрузкам.

Аккумуляторную батарею, подобную батареи 7Д-0,1, можно составить из нескольких аккумуляторов Д-0,06, Д-0,1 или Д-0,25, соединив их последовательно. Напряжение батареи будет равно сумме напряжений всех входящих в нее аккумуляторов. Компактная батарея получится из аккумуляторов, если ее аккумуляторы поместить в пластмассовую или картонную трубку подходящего диаметра, как показано на рис. 164. Пружинные контакты такой батареи прижмут аккумуляторы друг к другу и одновременно будут служить ее полюсными выводами.

Рис. 164. Батарея, составленная из малогабаритных аккумуляторов

Основные данные дисковых аккумуляторов и аккумуляторной батареи 7Д-0,1, а также рекомендуемые режимы зарядки и разрядки их, ты найдешь в приложении 5.

Заряжать дисковые аккумуляторы и составленные из них батареи можно от блока питания транзисторных конструкций через резистор, гасящий избыточное напряжение. Но для этой цели можно смонтировать простое зарядное устройство, например, по схеме, приведенной на рис. 165.

Рис. 165. Бестрансформаторный выпрямитель для зарядки дисковых аккумуляторов

Это бестрансформаторный однополупериодный выпрямитель на диоде Д226А или Д7Ж (V1). Резисторы R1 и R2, включенные в цепь выпрямителя, гасят избыточное напряжение переменного тока. Для сети напряжением 220 В работают оба резистора, суммарное сопротивление которых составляет 9 кОм. Если же устройство подключают к сети с напряжением 127 В, то резистор R2 замыкают накоротко выключателем S1. При этом избыточное напряжение гасится только резистором R1.

Если будешь пользоваться сетью с напряжением 127 В, то резистор R2 и выключатель S1 можешь исключить, а если сетью 220 В, то вместо двух резисторов поставь один резистор сопротивлением 9,1 кОм; выключатель в этом случае тоже не нужен.

С номиналами резисторов, указанными на схеме, ток зарядки аккумулятора составит около 10 мА. Для получения тока зарядки другого значения необходимо изменить сопротивления резисторов R1 и R2. Аккумулятор считается заряженным, когда его напряжение достигнет 1,25-1,3 В. Превышать рекомендуемый ток зарядки того или иного аккумулятора не следует — можно испортить его.

Если для питания радиотехнического устройства используются не один, а несколько аккумуляторов, соединенных последовательно в батарею, заряжать надо целиком батарею (как батарею 7Д-0,1), а не каждый элемент в отдельности, обеспечив надежные контакты между ними. Ток зарядки остается таким же, как и для одного аккумулятора.

Перехожу к использованию электроосветительной сети для питания транзисторных конструкций. Начну с выпрямителя.

По шестой беседе ты уже знаешь, что если в качестве источника питания приемника или усилителя используется электроосветительная сеть, то переменный ток сети обязательно должен быть выпрямлен, т. е. преобразован в ток одного направления. Выпрямление переменного тока осуществляют с помощью полупроводниковых диодов. Помнишь их электрические свойства? Полупроводниковый диод хорошо проводит ток одного направления — прямой, и очень плохо ток противоположного направления — обратный. Будем, как договорились ранее, считать для простоты, что диод вообще не пропускает ток обратного направления.

Выпрямители блоков питания транзисторной аппаратуры радиолюбители строят обычно по схеме, которую ты видишь на рис. 166.

Рис. 166. Схема выпрямителя блока питания

Сравни ее со схемой, знакомой тебе по рис. 78. Они аналогичны. Только там иная полярность диодов, и включены они непосредственно в плечи выпрямительного моста, а здесь они заменены изображением диода внутри квадрата, символизирующим выпрямительный мост. Если захочешь проследить весь путь тока, выпрямленного диодами — V1-V4, впиши их в стороны квадрата.

Напомню суть работы такого выпрями геля. Трансформатор Т, называемый сетевым, или трансформатором питания, понижает напряжение электроосветительной сети до некоторого необходимого значения, которое диоды V1-V4, включенные по мостовой схеме, выпрямляют. Конденсатор фильтра С_ф, подключенный, параллельно диагонали моста, «сглаживает пульсации выпрямленного напряжения моста. Резистор R_н символизирует приемник, усилитель 3Ч или другую нагрузку выпрямителя. Напряжение на конденсаторе С_ф, являющемся выходным элементом выпрямителя, равно произведению напряжения вторичной обмотки трансформатора U_п на 1,4 (√2)

Сетевой трансформатор является основой блока питания. Но промышленность не выпускает трансформаторы, специально предназначаемые для любительских выпрямителей. Однако можно приобрести серийно выпускаемый блок питания, например БП 1,5-12 В, рассчитанный на питание от сети напряжением 127 и 220 В радиоприемников, магнитофонов и других транзисторных устройств, потребляющих ток до 200 мА при напряжении от 1,5 до 12 В. Радиолюбители тоже пользуются готовыми блоками питания, но чаще предпочитают самодельные, приспосабливая для них имеющиеся в продаже понижающие трансформаторы или наматывают их сами.

Для выпрямителей сетевых блоков питания лучше всего подходят применяемые в телевизорах выходные трансформаторы кадровой развертки типов ТВК-70, ТВК-110ЛМ-К, ТВК-110-Л и некоторые другие (см. приложение 10). В зависимости от используемого ТВК от блока питания можно получить выпрямленное напряжение от 8-10 до 25–30, В при потребляемом токе до 0,8–1 А. Радиолюбители часто используют в сетевых блоках питания трансформаторы ТВК. Их применяют и в некоторых конструкциях, которые я буду тебе рекомендовать.

Но сетевой трансформатор выпрямителя может быть также самодельным, если использовать для него подходящий магнитопровод от какого-то другого трансформатора. Мощность такого трансформатора не должна быть меньше мощности тока, потребляемого нагрузкой выпрямителя. Поясню это на конкретном примере выбора магнитопровода. Предположим, напряжение питания конструируемого тобой усилителя 3Ч должно быть 12 В при токе 300 мА (0,3 А). Значит, мощность тока, потребляемая усилителем от выпрямителя будет: Р = U_нI_н = 12·0,3 = 3,6 В. С учетом некоторых потерь, неизбежных при трансформации переменного тока и его выпрямлении, мощность, сетевого трансформатора блока питания должна быть не менее 5 Вт. Площадь сечения сердечника магнитопровода, соответствующую необходимой мощности трансформатора, можно определить по упрощенной формуле: S = 1,3·√Р_тр, где 1,3 — усредненный коэффициент, Р_тр — мощность трансформатора. Следовательно, для нашего примера площадь сечения магнитопровода трансформатора должна быть не менее: S = 1,3·√Р_тр = 1,3·√5 ~= 3 см². Площадь сечения подобранного магнитопровода будет исходным параметром для расчета числа витков первичной и вторичной обмоток сетевого трансформатора выпрямителя.

Опыт радиолюбительской практики показывает, что наиболее подходящими являются магнитопроводы выходных трансформаторов ламповых радиовещательных приемников и каналов звука телевизоров. Площадь сечения многих из них составляет 4–5 см² и любой из них можно использовать для изготовления сетевого трансформатора блока питания. Предпочтение же следует отдать магнитопроводу большего сечения, так как в этом случае меньше витков будет в обмотках, а излишняя мощность трансформатора делу не повредит.

Расчет обмоток будущего сетевого трансформатора веди в таком порядке. Сначала определи площадь сечения подобранного магнитопровода. Для этого толщину пакета (в сантиметрах) умножь на ширину среднего язычка пластин. Затем подсчитай число витков, которое должно приходиться на 1 В напряжения при данном сечении магнитопровода, по такой упрощенной формуле: w = 50/S, где w — число витков; S — площадь сечения магнитопровода; 50 — постоянный коэффициент. Получившееся число витков w умножь на напряжения в вольтах, которые подводятся к первичной обмотке и должна давать вторичная обмотка. Произведения этих величин укажут числа витков в каждой обмотке.

Допустим, ты имеешь магнитопровод из пластин Ш-20, толщина набора 25 мм. Значит, площадь сечения магнитопровода равна 2х2,5 = 5 см². Напряжение сети 220 В (по рис. 166 — U_I), вторичная обмотка должна давать переменное напряжение U_II, равное, например, 10 В. Узнаем число витков, которое для данного магнитопровода должно приходиться на 1 В напряжения: w = 50/S = 5 витков.

Теперь нетрудно определить числа витков в каждой обмотке: в первичной, рассчитанной на напряжение сети 220 В, должно быть 5х220 = 1100, во вторичной 5х10 = 50 витков. Если же трансформатор должен включаться в сеть с более низким напряжением, чем 220 В, например в сеть напряжением 127 В, нужно пересчитать только число витков первичной обмотки. Для первичной обмотки можно использовать провод ПЭВ-1 0,12-0,15, для вторичной — ПЭВ-1 0,55-0,62. На каркас наматывай сначала первичную обмотку, а затем вторичную.

Провода обмоток укладывай плотными рядами, виток к витку. Между рядами делай прокладки из тонкой бумаги в один-два слоя, а между обмотками — в три-четыре слоя такой же бумаги или в два-три слоя более толстой. Выводы обмоток пропускай через отверстия в щечках каркаса и сразу же делай на нем соответствующие пометки.

Обмотки трансформатора удобно наматывать с помощью простейшего приспособления, показанного на рис. 167.

Рис. 167. Приспособление для намотки трансформатора

Осью бруска, который плотно входит в окно каркаса трансформатора, служит металлический пруток толщиной 6–8 мм, изогнутый с одной стороны наподобие ручки. Пруток удерживается в отверстиях дощатых стоек. Одной рукой вращаешь ось, а другой укладываешь провод на каркасе. Намотку можно делать и вручную, используя удлиненный брусок с ручкой, которую можно держать в руке. Особое внимание обращай на равномерность и плотность укладки провода и на изоляцию между радами и обмотками. При невыполнении первого условия требуемое число витков в обмотках может не уместиться на каркасе. А если не будет надежной изоляции между рядами и обмотками, то при включении трансформатора в сеть обмотки могут пробиться — произойдет замыкание между обмотками или витками и трансформатор придется делать заново.

Пластины магнитопровода собирай «в перекрышку» (рис. 168) до полного заполнения окна каркаса и стягивай магнитопровод обоймой (или шпильками с гайками, предварительно обернув шпильки бумагой, чтобы через них пластины не замыкались). Плохо стянутый магнитопровод может гудеть.

Рис. 168. Сборка магнитопровода трансформатора

А теперь…

В этой части беседы я расскажу тебе о законченном блоке питания транзисторной аппаратуры от сети переменного тока. Конструируемые приемники или усилители ты можешь изменять, упрощать или усложнять, но для их питания будешь использовать один и тот же блок питания.

Предлагаемый блок питания (рис. 169) представляет собой двухполупериодный выпрямитель со стабилизатором и регулятором выпрямленного напряжения. Напряжение постоянного тока на его выходе можно плавно изменять примерно от 1 до 12 В при токе до 0,5 А. Это значит, что такой блок можно использовать для питания практически любого транзисторного приемника или усилителя 3Ч, измерительных приборов.

Рис. 169. Принципиальная схема блока питания транзисторных конструкций

Разберемся в устройстве и работе блока. Сетевой трансформатор Т1 обмоткой I подключают к электроосветительной сети напряжением 220 В через плавкий предохранитель F1 и выключатель S1. Обмотка II трансформатора и диоды V1-V4, включенные по мостовой схеме, образуют двухполупериодный выпрямитель. Эта часть блока питания тебе уже знакома по предыдущей части беседы (см. рис. 166).

К выпрямительному мосту подключен электролитический конденсатор С1, частично сглаживающий пульсации выпрямленного напряжения. С него выпрямленное напряжение подается к нагрузке R_н через стабилизатор напряжения, выполняющий функцию дополнительного фильтра выпрямителя и одновременно регулятора выходного напряжения блока питания.

Проследи цепь питания нагрузки R_н (приемник, усилитель), подключаемый к зажимам X1 «-» и Х2 «+» блока. Ток в этой цепи, а значит, и напряжение на нагрузке зависят от состояния транзистора V7, включенного в эту цепь. Когда этот транзистор открыт и сопротивление его участка эмиттер-коллектор мало (несколько ом), все напряжение выпрямителя падает на нагрузке R_н. Когда же транзистор закрыт и сопротивление участка эмиттер-коллектор становится очень большим, то почти все напряжение выпрямителя падает на этом участке, а на долю нагрузки практически ничего не остается. Состоянием же транзистора V7 управляет транзистор V6, который в свою очередь управляется напряжением, подаваемым на его базу с движка переменного резистора R2. Оба транзистора включены по схеме ОК (эмиттерные повторители) и работают как двухкаскадный усилитель тока. Нагрузкой транзистора V6 являются эмиттерный р-n переход транзистора V7 и резистор R3, а нагрузкой регулирующего транзистора V7 — цепи приемника или усилителя, подключенные к выходу блока.

Управляющую цепь стабилизатора напряжения образуют параметрический стабилизатор, состоящий из резистора R1 и стабилитрона V5, и подключенный к нему переменный резистор R2. Благодаря стабилитрону и конденсатору С2 на переменном резисторе (по отношению к стабилитрону он включен потенциометром, т. е. делителем напряжения) действует постоянное напряжение, равное напряжению стабилизации U_cт используемого в блоке стабилитрона.

В описываемом блоке это напряжение равно 12 В. Когда движок переменного резистора находится в крайнем нижнем (по схеме) положении, управляющий транзистор V6 закрыт, так как напряжение на его базе (относительно эмиттера) равно нулю. Регулирующий транзистор V7 в это время тоже закрыт. По мере перемещения движка переменного резистора вверх на базу транзистора V6 подается открывающее отрицательное напряжение и в его эмиттерной цепи появляется ток. Одновременно отрицательным напряжением, падающим на эмиттерном резисторе R3 транзистора V6, открывается транзистор V7, и во внешней цепи блока питания появляется ток. Чем больше отрицательное напряжение на базе транзистора V6, тем больше открываются транзисторы, тем больше напряжение на выходе блока питания и ток в его нагрузке.

Наибольшее напряжение на выходе блока почти равно напряжению стабилизации стабилитрона V5 (Д813), а наибольший ток, потребляемый нагрузкой от блока, удвоенному прямому току диодов выпрямителя. В выпрямителе описываемого блока используются диоды серии Д226, максимальный выпрямленный ток которых равен 300 мА (03 А). Значит, и наибольший ток, потребляемый от блока питания нагрузкой, может достигать 600 мА. При изменении тока в нагрузке от нескольких миллиампер до 280–300 мА напряжение на ней остается практически неизменным.

Возможная конструкция блока питания показана на рис. 170, а. Штриховыми линиями условно обозначены углы фанерного ящичка — корпуса блока. Все детали, кроме переменного резистора R2 с выключателем питания S1, резистора R4 и выходных зажимов, смонтированы гетинаксовой панели, которая винтами укреплена на дне корпуса.

Ориентировочные размеры этой панели, схема размещения и соединения деталей на ней показаны на рис. 170, б. На этом чертеже детали изображены так же, как на принципиальной схеме — символически, а соединительные проводники, находящиеся снизу панели, — штриховыми линиями.

Рис. 170. Конструкция блока питания и схема соединения деталей на монтажной плате

Корпус транзистора V6 находится в отверстии (диаметром 10 мм) в плате. Нижняя часть корпуса транзистора V7 также находится в отверстии в плате (диаметром 17 мм), сверху он прижат к плате фланцем. Переменный резистор R2 с выключателем S1 (переменный резистор ТК или ТКД) и выходные зажимы блока укреплены на другой панели, выпиленной из листового гетинакса, стеклотекстолита или иного изоляционного материала толщиной 2–3 мм (в крайнем случае — из фанеры), являющейся крышкой ящика. Они соединяются с соответствующими им точками монтажной панели многожильными проводниками в надежной изоляции. Резистор R4 подпаян непосредственно к выходным зажимам.

Резистор R2 на мощность рассеяния менее 0,5 Вт должен быть группы А, т. с. его сопротивление между выводом движка и любым из крайних выводов прямо пропорционально углу поворота оси. Это необходимо для того, чтобы его шкала выходных напряжений была возможно более равномерной. Коэффициент h_21Э транзисторов может быть небольшим, например 15–20, важно лишь, чтобы они были исправными. Причем вместо транзистора МП39 можно использовать любые другие маломощные низкочастотные транзисторы (МП40-МП42), а вместо П213Б — транзисторы П214-П217, П201, П4 с любым буквенным индексом. Мощный транзистор V7 желательно установить на радиаторе. Резисторы R1, R3 — типа МЛТ на любую мощность рассеяния. Электролитические конденсаторы — типа К50-6. Их емкости могут быть больше 500 мкФ, что еще лучше сгладит пульсации выпрямленного тока. Что же касается их номинальных напряжений, то для конденсатора С1 оно должно быть не менее 25 В, а для С2 — не менее 15 В. Стабилитрон V5 серии Д813 или подобные ему Д811, Д814Г с напряжением стабилизации 12 В. Для самого выпрямителя кроме диодов серии Д226 можно использовать диоды Д7 с любым буквенным индексом.

Функцию сетевого трансформатора Т1 выполняет выходной трансформатор кадровой развертки ТВК-70, первичная обмотка которого используется как сетевая. При напряжении сети 220 В на его вторичной обмотке получается переменное напряжение около 12 В, а на выходе выпрямителя (на конденсаторе С1) — постоянное напряжение 16–17 В.

Но сетевой трансформатор может быть самодельным, о чем у нас уже был разговор в этой беседе. Монтируя детали блока питания, особое внимание удели правильной полярности включения диодов, электролитических конденсаторов и выводов транзисторов. А закончив монтаж, проверь его по принципиальной схеме — нет ли ошибок, ненужных соединений. Только после этого подключай его к сети и проверяй его работоспособность.

Включив питание, сразу же измерь вольтметром постоянного тока напряжение на выходе блока. В положении движка переменного резистора R2 в крайнем верхнем (по схеме) положении оно должно соответствовать номинальному напряжению стабилизации стабилитрона (в нашем случае 12 В) и плавно уменьшаться почти до нуля при вращении оси переменного резистора против направления движения часовой стрелки. Если, наоборот, при таком вращении оси резистора напряжение увеличивается, то поменяй местами проводники, идущие к крайним выводам этого регулятора выходного напряжения блока.

Затем в разрыв цепи стабилитрона, отмеченный на рис. 169 крестом, включи миллиамперметр и, подбирая резистор R1, установи в этой цепи ток, равный 10–12 мА. При подключении к выходу блока нагрузки, роль которой может выполнять проволочный резистор сопротивлением 100–120 Ом, ток через стабилитрон должен уменьшаться до 6–8 мА, а напряжение на эквиваленте нагрузки оставаться практически неизменным.

После этого займись градуировкой шкалы переменного резистора R2, по которой в дальнейшем ты будешь устанавливать напряжение, подаваемое к той или иной нагрузке. Делай это так.

К выходным зажимам подключи резистор сопротивлением 430–470 Ом, чтобы замкнуть внешнюю цепь блока, и вольтметр постоянного тока. Затем плавно вращай ось переменного резистора и на дуге, начерченной вокруг оси, делай отметки, соответствующие напряжениям, показываемым вольтметром. На этом налаживание блока питания можно считать законченным.

Какие изменения или дополнения можно внести в этот блок питания? Может случиться, что у тебя не окажется транзистора П213Б или другого транзистора средней или большой мощности. Тогда на его место поставь транзистор МП42. Но в этом случае наибольший ток, потребляемый нагрузкой от блока питания, не должен превышать 40–50 мА. На первое время это тебя вполне устроит, а в дальнейшем ты его заменишь мощным транзистором.

Ко вторичной обмотке трансформатора можно подключить коммутаторную лампочку накаливания Н1 (на рис. 171, а), рассчитанную на напряжение 12 В, и укрепить ее на верхней лицевой панели. Она, загораясь, будет служить индикатором подключения блока к сети.

Блок можно дополнить вольтметром и по нему, вместо шкалы переменного резистора, устанавливать необходимое выходное напряжение. Схема подключения измерительного прибора к выходу блока показана на рис. 171, б.

Рис. 171. Введение в блок индикатора включения питания (а) и вольтметра выходного напряжения (б)

Для этой цели подойдет любой малогабаритный прибор магнитоэлектрической системы, например, М5-2 на ток 1–5 мА. Примерное сопротивление добавочного резистора R_доб, ограничивающего ток через вольтметр PU1, рассчитай по формуле, вытекающей из закона Ома: R = U/I, здесь U — наибольшее напряжение на выходе блока питания, а I — наибольший ток, на который рассчитан измерительный прибор. Так, например, если прибор на ток 5 мА, а напряжение на выходе блока 12 B, резистор R_доб должен быть сопротивлением около 2400 Ом. Шкалу прибора градуируй по контрольному вольтметру.

Вольтметр, как и переменный резистор, можно разместить на лицевой панели блока.

В блок питания можно ввести также индикатор перегрузки. Дело в том, что транзисторы, работающие в стабилизаторе напряжения, не выдерживают перегрузок. Наиболее опасно короткое замыкание между выходными зажимами или между токонесущими проводниками конструкции, подключенной к блоку. В этом случае через регулирующий транзистор V7 блока может течь недопустимо большой для него ток, из-за чего может произойти тепловой пробой транзистора и он выйдет из строя.

Простейший индикатор перегрузки (рис. 172) представляет собой параллельно соединенные резистор R5 и лампу накаливания Н2, которые надо включить в разрыв цепи между фильтрующим конденсатором С1 и параметрическим стабилизатором R1V5. По мере роста тока нагрузки будет увеличиваться падение напряжения на нити накала лампы Н2 и резисторе R5. Сопротивление этого резистора подобрано так, чтобы при токе нагрузки 200–250 мА нить лампы начинала заметно на глаз накаливаться, а при токе более 500 мА ярко светиться, сигнализируя о перегрузке блока питания.

Рис. 172. Введение в блок питания сигнализатора перегрузки

Резистор R5 проволочный, на мощность рассеяния не менее 10 Вт. Используй для него провод высокого сопротивления — манганиновый, нихромовый или константиновым толщиной 0,18-0,2 мм. Намотай его на корпус резистора МЛТ-0,5 или МЛТ-1,0. Сигнальная лампа Н2 — коммутаторная КМ6-60 (6 В х 60 мА) или МН6,3–0,26 (6,3 В х 0,26 А). Размести ее на панели с внутренней стороны неподалеку от переменного резистора R2, а отверстие против лампы прикрой красной прозрачной пленкой. Такое несложное сигнальное устройство поможет тебе при перегрузке блока питания предупредить выход из строя транзисторов стабилизатора напряжения.

Блок питания можно также дополнить миллиамперметром и по его показаниям судить о суммарном токе, потребляемом приемником, усилителем колебаний звуковой частоты или другой подключенной к нему нагрузкой. Подойдет любой малогабаритный измерительный прибор магнитоэлектрической системы на ток 200–300 мА. Его, укрепленного на лицевой панели блока, можно включить, соблюдая полярность, в разрыв проводника, идущего от регулирующего транзистора стабилизатора напряжения к выходному зажиму. Он тоже будет служить индикатором перегрузки блока питания.

Всегда ли сетевой блок питания должен иметь стабилизатор напряжения? Нет! Он необязателен, например, для выпрямителя блока питания усилителя 3Ч повышенной выходной мощности, для некоторых других устройств, не требующих тщательного сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения.

В заключение хочу еще раз напомнить:

Пользуясь сетевым блоком питания, не забывай, что в цепи первичной обмотки его трансформатора действует достаточно высокое напряжение.

Будь внимательным!

* * *