Лабораторный блок питания с регулировкой напряжения и ограничением по току
Ну а теперь попробуем из вышеприведенных узлов собрать блок питания, при помощи которого можно регулировать выходное напряжение и устанавливать ограничение по току. При этом и напряжение, и установленный ток будут стабилизированными.
Сетевое напряжение понижается до 25 В силовым трансформатором Тr1, выпрямляется диодным мостом VD1-VD4, сглаживается конденсатором С1 и поступает на регулируемый стабилизатор, собранный на микросхеме DD1 и транзисторе Т1. Регулировка производится переменным резистором P1.
Далее напряжение установленной нами величины подается на регулятор-стабилизатор тока (микросхема DD2, транзистор Т2). Регулировка величины тока производится переменным резистором P2. Более подробно оба эти узла описаны выше. Поскольку микросхема LM358 не может работать при напряжении питания ниже 7 В, она и генератор опорной частоты (стабилитрон D1) подключены непосредственно к выходу выпрямителя.
В конструкции можно использовать любой сетевой трансформатор соответствующей мощности со вторичной обмоткой на 25-28 В. Диоды VD1-VD4 можно заменить на любые выпрямительные, рассчитанные на ток не менее 10 А и выдерживающие обратное напряжение не менее 40 В. Их, как и силовые транзисторы T1, T2, необходимо установить на радиаторы.
Схема на транзисторах
Несмотря на богатый выбор микросхем самого различного назначения блоки питания на транзисторах не теряют популярности. Попробуем и мы построить лабораторный БП на этих полупроводниковых приборах.
В этой схеме регулятор-стабилизатор напряжения собран на транзисторах T1, T2. В качестве генератора опорного напряжения используется регулируемый стабилитрон D1. Регулировать напряжение в диапазоне 2.5…20 В можно переменным резистором P1.
Регулятор тока собран на транзисторах Т3, Т4 и стабилитроне D2, исполняющем роль источника опорного напряжения. В качестве токоизмерительного элемента используется сам полевой транзистор T4. Если падение напряжения на нем превысит определенный порог, транзистор Т3 начнет открываться и шунтировать Т4, заставляя его закрываться и ограничивать ток через нагрузку. Регулировка порога ограничения производится переменным резистором P2.
В схеме вместо диодной сборки KBPC2510 можно использовать отдельные диоды, выдерживающие ток 10 А и обратное напряжение не менее 30 В. Подойдут, к примеру, Д245, Д242. На месте Т1 может работать КТ805 или КТ819, Т2 заменяем на КТ867А. КТ315 можно заменить на КТ315Б-Д, КТ3102А, КТ312Б, КТ503В-Г, П307. Отечественный аналог TL431 — КР142ЕН19А. Диодный мост, Т1, Т2 и Т4 нужно установить на радиаторы.
Расчеты основных параметров
Для того чтобы устройство было работоспособным и надежно функционировало, необходимо выполнить предварительный расчет бестрансформаторного блока питания. С этой целью потребуется рассчитать основные параметры:
- . При включении конденсатора в цепь переменного тока, он начинает оказывать влияние на силу тока, протекающего по этой цепи, то есть на определенном этапе он становится сопротивлением. Чем больше емкость конденсатора и частота переменного тока, тем меньше величина емкостного сопротивления и наоборот. Для расчетов используется формула X C = 1 /(2πƒC), где Х С — емкостное сопротивление, f — частота, С — емкость. Ускорить расчеты и получить точные данные поможет онлайн-калькулятор, в который достаточно лишь ввести исходные данные.
- Сопротивление нагрузки (Rн). Его расчет позволяет выяснить, до какого значения Rн может быть уменьшено, чтобы Напряжение нагрузки стало равным напряжению стабилизации. Когда необходимо изготовить блок питания своими руками, рекомендуется воспользоваться справочной таблицей, поскольку формулы слишком сложные и не дают точных результатов.
- Напряжение гасящего конденсатора. Этот показатель обычно составляет не менее 400 В, при сетевом напряжении 220 вольт. В некоторых случаях используется более мощный элемент, с номинальным напряжением 500 или 600 В. Для бестрансформаторных блоков подходят не все типы конденсаторов. Например, устройства МБПО, МБГП, МБМ, МБГЦ-1 и МБГЦ-2 не могут работать в цепях переменного тока, в которых амплитудное значение напряжения более 150 В.
Бестрансформаторный блок питания своими руками
Бестрансформатные блоки питания отличаются своей простотой и распространенностью. Они часто применяются, как зарядные устройства в китайских фонариках и т.п. Сегодня мы соберем простейший бестрансформаторный блок питания своими руками. Схема такого блока содержит минимум компонентов, а изготовить ее сможет даже начинающий радиолюбитель.
Бестрансформаторный блок питания своими руками
Схема бестрансформаторного блока питания на 5 вольт.
Этот блок питания состоит из гасящего конденсатора на 0,33мкФ с напряжением более 250В, диодного моста, стабилитрона на 8В, и стабилизатора 7805 на 5В.
Вот, что в итоге получилось.
Вид с обратной стороны платы.
В процессе работы этот простой бестрансформаторный блок питания совсем не нагревается, все компоненты остаются холодными. Сила тока такого зарядного очень небольшая.
При сборке этой схемы необходимо учитывать, что некоторые ее элементы находятся под опасным для жизни напряжением!
Питание напрямую
На всех рассмотренных платах есть вывод питания, который идёт напрямую на питание микроконтроллера (сюда же приходит выход от стабилизатора). Перед скобками указано идеальное напряжение питания, в скобках – допустимый диапазон.
Таким образом Arduino Nano можно питать от блока питания на 5V вместе с остальной схемой, это очень удобно. Платы NodeMCU и Wemos – уже не очень удобно, блок питания на 3.3V найти довольно непросто. Зато отлично подходят две пальчиковых батарейки или аккумулятора.
Пример проекта с питанием напрямую (зелёная плата справа вверху – Micro USB), но на фото плата питается от бортового USB для прошивки.
Важно! На момент подключения к плате USB кабеля для прошивки внешнее питание должно быть подключено, иначе через плату может пойти большой ток!
Бестрансформаторный блок питания для светодиодов
Суть такого агрегата в использовании балластного (гасящего) конденсатора. На нашем сайте есть подробная статья о таком блоке питания, в которой вы можете найти калькулятор для расчета конденсатора. В целом схема выглядит так:
У этого варианта много недостатков:
- Нет стабилизации выходного напряжения;
- без гальванической развязки (трансформатор);
- на балластном конденсаторе отсутствует разрядное сопротивление, поэтому существует опасность поражения электрическим током от C1.
Приняв данные недочеты и доработав схему, получаем следующий бестрансформаторный блок питания для светодиодов на 12В.
Вместо D1 микросхемы линейного стабилизатора L7812 на необходимое напряжение можно выставить любую другую (7805 и так далее, а также отечественные стабилизаторы КРЕН).
Альтернативный вариант схемы питания светодиодной ленты, при сборке своими руками — вместо линейного стабилизатора использовать стабилитрон или параметрический стабилизатор из стабилитрона и транзистора. Преимущество этого решения — гибкость в установке напряжения стабилизации, потому что, если у вас нет подходящего стабилитрона, вы можете подключить два других последовательно и получить желаемое значение напряжения.
Для изготовления самодельного блока питания светодиодной ленты используется бытовой стабилитрон серии D818D, рассчитанный на напряжение около 12-13 В.
Еще один способ стабилизации — собрать стабилизатор тока на двух транзисторах. Ток стабилизации задается резистором R2.
Стабилизатор тока пытается выдать определенный ток, это лучший вариант для бестрансформаторного питания отдельных светодиодов.
Модуль реле HL-52S для Ардуино
В качестве примера для этого урока по реле Arduino мы будем использовать 2-канальный релейный модуль HL-52S, который имеет 2 реле с номиналами 10 А при 250 и 125 В переменного тока и 10 А при 30 и 28 В постоянного тока. Выходной разъем высокого напряжения имеет 3 контакта, средний является общим контактом, и, как видно из маркировки, один из двух других контактов предназначен для нормально разомкнутого соединения, а другой — для нормально замкнутого соединения.
На одной из сторон модуля у нас есть 2 набора контактов. Первый имеет 4 контакта, заземление и контакт VCC для питания модуля и 2 входных контакта In1 и In2. Второй набор контактов имеет 3 контакта с перемычкой между JDVcc и контактом Vcc.
Внимание! При такой конфигурации электромагнит реле получает питание напрямую от платы Arduino, и если что-то пойдет не так с реле, микроконтроллер может быть поврежден.
Диодный мост
Продолжим сборку простого блока питания своими руками. А для получения постоянного напряжения нам понадобится диодный мост, или по-другому его еще называют диодным выпрямителем. Диодный мост используется для преобразования переменного напряжения вторичной обмотки в постоянное, поскольку постоянное напряжение в основном используется для питания устройств.
Диодный мост установлен на четырех диодах VD1 — VD4. Рассмотрим работу диодного моста за один период. В первом полупериоде ток течет по обмотке трансформатора, VD3 и VD4 блокируются, а ток проходит через диод VD1 и оставляет диод + 12В на нагрузку. В схеме нагрузкой является светодиод VD5, подключенный через ограничивающий резистор тока R1.
С диода VD1 ток проходит через токоограничивающий резистор R1, через светодиод VD5, проходит через диод VD2 и идет на вторичную обмотку трансформатора. На этом первый семестр закончен.
Второй полупериод также проходит через обмотку трансформатора, но в обратном направлении. С обмотки трансформатора ток теперь течет через диод VD3. Блокируются VD1 и VD2, затем ток через токоограничивающий резистор R1 на светодиод VD5, затем ток через диод VD4 идет на трансформатор.
Здесь мы рассмотрели второй полупериод диодного моста. После диода выходное напряжение гаснет пульсирующе, это видно на рисунке ниже. 
С таким пульсирующим напряжением уже можно подключать некоторые устройства, которые не боятся пульсаций, например, для зарядки автомобиля или другого аккумулятора. Но для питания ресивера, усилителя, светодиодной ленты и т.д. Такой блок питания не подойдет, на выходе диода к нему нужно подключить фильтр, сглаживающий пульсации.
PoE-коммутаторы или PoE-видеорегистратор
Есть мнение, что надо избегать регистратор со встроенным PoE. По сути самая главная задача PoE-регистраторов облегчить переход на ip-камеры.
Например, в аналоговом видеонаблюдении пользователь просто подключает bnc разъем в регистратор, и камера начинает показывать. По аналогии в PoE-регистратор вставляем разъем 8P8C (ошибочно называемый RJ-45), и камера начинает работать.
В регистраторе есть отдельный LAN порт, который вы подсоединяете к роутеру, и он видит ваш видеорегистратор, все остальные устройства в сети, например, камеры, которые не подключены к пое-портам видеорегистратора.
А остальные 4,8,16 или 24 порта, который в нем встроены, стоят за NAT-ом и имеют другую подсеть. То есть между двумя подсетями как бы стена.
В последних версиях прошивок некоторых регистраторов можно настроить между NAT-ом проброс портов или включить виртуализацию, чтобы получить доступ к камерам.
Человеку, у которого мало знаний и он не хочет заморачиваться, лучше использовать регистратор со встроенным PoE-коммутатором. Но когда дело дойдет до обслуживания системы видеонаблюдения инсталляторами, да еще и удаленно, вылезают все недостатки по обслуживанию камер с PoE-регистратором.
Диверсификация рисков
Но у решения с PoE-регистратором нет диверсификации рисков, так как два устройства в одном. Когда используются отдельно IP-регистратор и PoE-коммутатор, система становится более гибкой и надежной.
А если камеры параллельно пишутся в облако
Например, часто бывает у заказчика 8 или 16 камер на объекте и регистратор, но при этом несколько камер (кабинет директора, вход крупным планом, серверная) параллельно на всякий случай пишутся в облако.
Заказчик говорит: «Вот придут ко мне там какие-то «маски-шоу». Первым делом заходят в серверную, выключают регистратор и садятся разговаривать с директором».
Какие плюсы и минусы у таких схем
Эта схема содержит два главных плюса:
- отсутствие громоздкого и сложного в изготовлении намоточного элемента (трансформатора);
- пониженная масса и габариты.
Второе достоинство резко снижается с ростом тока нагрузки. Так, для рассмотренного выше примера для выходного уровня 12 в при токе 1 А на резисторе будет рассеиваться 208 Ватт. Элемент для работы при таком токе имеет габариты, сравнимые с размерами трансформатора и требует условий для теплообмена с окружающей средой.
Резистор мощностью 200 Ватт.
На этом плюсы заканчиваются, начинаются минусы. Один из главных – высокая опасность поражения электрическим током. Несмотря на то, что на нагрузке падает всего 12 вольт, каждый элемент цепи находится под полным сетевым напряжением 220 вольт относительно земли. Случайное прикосновение к токоведущим элементам одновременно с прикосновением к земле может привести к печальным последствиям.
Второй недостаток бестрансформаторных схем – ярко выраженная зависимость напряжения на нагрузке от потребляемого тока. Так, для рассмотренной схемы, при изменяющихся токах и резисторе в 208 Ом на нагрузке будет падать напряжение, указанное в таблице.
| Ток нагрузки, А | 0,25 | 0,5 | 0,75 | 0,95 | 1 | 1,05 |
| Напряжение на балласте, В | 52 | 104 | 156 | 198 | 208 | 218,4 |
| На нагрузке, В | 168 | 116 | 64 | 22 | 12 | 1,6 |
При изменении тока на 5% в любую из сторон напряжение на потребителе меняется в разы. Это резко сокращает область применения источников питания с балластом и не позволяет, например, использовать такой прибор в качестве лабораторного блока питания. Эта проблема может быть частично решена применением стабилизаторов на выходе БП (линейных или импульсных), но возможность такого решения также ограничена, особенно для линейных регуляторов. Они сверху лимитируются максимальной мощностью рассеяния на регулирующем элементе, а снизу – необходимостью минимально допустимого падения напряжения на нем же.
Импульсный стабилизатор (не путать с импульсным БП!) не рассеивает (в теории) мощность на ключевом элементе, поэтому по превышению напряжения теоретически лимита нет. Падение напряжения на ключе ему также не нужно, поэтому для него диапазон питающих напряжений может быть шире.
Проблема теплоотвода отпадает, если вместо резистора применить гасящий конденсатор
Применять конденсатор в качестве одного из плеч делителя можно только в цепях переменного тока.
- X – реактивное сопротивление конденсатора, Ом;
- π – число «пи», округленно равное 3,14;
- f – частота, для бытовой сети равна 50 Гц;
- С – емкость в фарадах.
Отсюда С=1/(2*π*f*X)=1/(314*X), для получения результата в микрофарадах надо умножить на 1000000 (106), в итоге приведенная формула примет вид С=3184/X. X выбирается по формуле X=U/I. Для приведенного выше примера X равно все тем же 208 Ом, а емкость равна 15,3 мкФ (зависимость здесь обратная – с ростом тока надо увеличивать емкость, уменьшая сопротивление). Проблема в том, что подобрать конденсатор с такой точностью сложно. Ряд доступных емкостей имеет больший шаг, а уменьшение точности ведет к тому же эффекту, что и изменение тока. Так, применение конденсатора на 15 мкФ вместо 15,3 приведет к увеличению сопротивления до 212 Ом и к изменению напряжения на нагрузке до 11,7 вольта. В большинстве случаев это некритично, но зависимость параметров питания от характеристик конденсатора прослеживается явно. Подобрать емкость с заданной точностью весьма проблематично. Также надо учитывать, что конденсатор должен быть с запасом рассчитан на полное амплитудное напряжение сети, которое равно не 220, а 310 вольт.
Рекомендуем: Самодельный блок питания с регулировкой напряжения и тока
Безопасность бестрансформаторных БП
Обе электросхемы имеют свои ограничения: они лишены какой-либо изоляции и защиты от сетевого напряжения, что является серьезной проблемой для безопасности. Но благодаря незначительным изменениям, можно адаптировать обе представленные схемы для реального использования и обеспечить соблюдение минимальных стандартов безопасности. Модификации включают:
- Добавление предохранителя для защиты от чрезмерного входного тока;
- Добавление варистора для защиты от переходных процессов;
- Резистор R2 (R3) подключен параллельно C1 (C3) для улучшения электромагнитной устойчивости;
- Разделение R1 на два резистора R1 и R2 для обеспечения лучшей защиты от скачков напряжения и предотвращения электрических дуг для резистивной цепи.
Для небольших нагрузок можно снизить напряжение с 220 В переменного тока до нескольких вольт (например 5, 9, 12 или 24), используя только токоограничивающий резистор, как показано на принципиальной схеме. КПД такой схемы чрезвычайно низок (1%), поскольку большая часть энергии теряется в виде тепла через резистор R1. Этот компонент действительно должен проделать большую работу чтобы снизить напряжение с 220 В до 12 В.
В этом примере этот линейный элемент рассеивает в среднем 22 Вт. Следовательно, он должен быть рассчитан не менее чем на 50 Вт. Его мощность рассеяния можно определить по формуле:
Переходные напряжения (за одну секунду) со значениями используемых компонентов показаны на графиках.
График верхний показывает, сколько времени требуется чтобы выходное напряжение достигло 12 В. Это время зависит от постоянной времени схемы, определяемой конденсатором C1. Тут время зарядки конденсатора следующее:
- C1 = 100 мкФ, T = 25 мс
- C1 = 470 мкФ, T = 130 мс
- C1 = 1000 мкФ, T = 290 мс
- C1 = 4700 мкФ, T = 1,4 сек
- C1 = 10000 мкФ, T = 3 сек
При постоянном сопротивлении нагрузки пульсации выходного напряжения зависят от емкости конденсатора С1. Чем больше емкость конденсатора, тем меньше пульсации выходного напряжения. При использовании указанных выше конденсаторов уровень пульсаций, измеренный как размах напряжения сигнала, выглядит следующим образом:
- C1 = 100 мкФ, пульсации = 1,2 Vpp
- C1 = 470 мкФ, пульсации = 261,7 mVpp
- C1 = 1000 мкФ, пульсации = 121,5 mVpp
- C1 = 4700 мкФ, пульсации = 25,3 mVpp
- C1 = 10 000 мкФ, пульсации = 11,9 mVpp
Но что более важно чем пульсация, на рисунке видно что выходное напряжение от источника питания не достигает желаемого напряжения 12 В, а только около 11,3 В
Оказывается даже без нагрузки при подключении выходное напряжение всегда ниже 12 В. Это падение напряжения вызвано диодом D2. Помещенный в это место диод Шоттки мог бы уменьшить его, но не до нуля.
Блок питания для LED ленты из зарядного от ноутбука
Блоки питания от ноутбуков, мониторов и другой бытовой и компьютерной техники имеют напряжение от 12 до 19 и более Вольт. Если напряжение 12В – отлично, это идеально для светодиодной ленты. Но как изменить выходное напряжение, если оно не подходит под ваши нужды?
Вот такой регулируемый импульсный понижающий преобразователь напряжения выполнен на довольно старой надёжной и популярной микросхеме – LM2596. Модель, которая изображена на фото, имеет регулировку напряжения и тока, что позволяет его использовать как драйвер для мощных светодиодов, обеспечивающий очень качественное питание.
На фотографии видно в обозначении сокращение ADJ (adjustable) – что говорит о том, что это регулируемая модель. В продаже есть готовые схемы и отдельные ИМС для работы с фиксированным выходным напряжением, а именно: 3В, 5В и 12В. В вариантах на ток 2 и 3 Ампера каждая, имеют немного упрощённую схему.
Назначение элементов описано , разница лишь в том, что на схеме выше отсутствует стабилизация тока и нет регулировки напряжения, как в предыдущем фото.
Понижающие преобразователи напряжения на LM2596 довольно популярны. Найти их можно в магазинах радиодеталей, но на Aliexpress можно купить в разы дешевле.
Схема их подключения проста, входные и выходные контакты подписаны, некоторые платы поставляются с запаянными зажимными клеммами. Подключите его к готовому БП на более высокое напряжение (от ноутбука, например) и блок питания для светодиодных ламп готов.
Такой вариант подходит для начинающих, если вы не хотите влезать в схему с паяльником или нет возможности добраться до элементов блока для модификации схемы (в случае трудно разбираемого корпуса и когда детали залиты компаундом).
Небольшой ликбез о напряжениях и токах компьютерного БП
Во-первых, не стоит пренебрегать техникой безопасности.
Если на выходе блока питания мы имеем дело с безопасными для здоровья напряжениями, то вот на входе и внутри него 220 и 110 Вольт! Поэтому, соблюдайте технику безопасности. И позаботьтесь о том, чтобы никто другой не пострадал от экспериментов!
Во-вторых, нам потребуется Вольтметр или мультиметр. С помощью него можно измерить напряжения и определить полярность напряжения (найти плюс и минус).
В-третьих, на блоке питания вы можете найти наклейку, на которой будет обозначен максимальный ток, на который рассчитан блок питания, по каждому напряжению.
На всякий случай отнимите от написанной цифры 10%. Так вы получите наиболее точное значение (производители часто врут).
В-четвертых, блок питания ПК типа АТХ предназначен для формирования постоянных питающих напряжений +3.3V, +5V, +12V, -5V, -12V. Поэтому не пытайтесь получить на выходе переменное напряжение.Мы же расширим набор напряжений путем комбинирования номинальных.
Ну что, усвоили? Тогда продолжаем. Пора определиться с разъемами и напряжениями на их контактах.
Разработка источника опорного напряжения с двухполярным выходом (2)
1.3 Описание работы источника опорного напряжения
В данной схеме источника опорного напряжения c двухполярным выходом (рисунок 2) возможно получение разнополярных стабилизированных напряжений. Схема содержит два операционных усилителя, совершенно идентичных по параметрам. Данное устройство обеспечивает выходные напряжения меньшие по модулю, чем опорное напряжение Uo.
Рисунок 2 – Принципиальная схема источника опорного напряжения с двухполярным выходом
В данном случае
Отсюда находим
Начальная несимметрия в данном стабилизаторе обеспечивается путем подачи в стабилитрон небольшого начального тока. Для этой цели в стабилизаторе к цепи со стабилитроном присоединяют инверсный вход первого ОУ.
Оба инвертирующих операционных усилителя (ОУ) DA1 и DA2 имеют обратные связи (ООС), в цепь ООС этих ОУ включены резисторы R1 и R2, для первого ОУ и R4, R5 для второго ОУ. С помощью этих резисторов мы можем регулировать величину выходного напряжения обоих ОУ (UCT+ и UCT-). При этом напряжение на выходах ОУ уже стабилизированное. В цепь обратной связи включен и стабилитрон VD, задающий опорное напряжение в схеме. Резистор R3 задает величину тока проходящего через стабилитрон. В схеме ОУ выбираются одинаковыми с необходимым выходным током./3/
2 Расчёт номинальных значений элементов
Рассчитаем вначале второй каскад схемы
Зададимся сопротивлением R4. Возьмем R4=40 кОм. Тогда получим
Ток проходящий через резистор R4 равен
Токи IR4 и IR5 равны между собой, при чем ток IR5 есть Iоос
Примем условие, что выходной ток ОУ2 равен 20мА, тогда
Аналогично рассчитывается и первый каскад схемы. Возьмем R1=100 кОм.
Ток проходящий через резистор R1 равен
Так как резистор R3 токозадающий, то зададимся таким его значением, чтобы было впоследствии легко подобрать стабилитрон для схемы. Возьмем R3=2 кОм
Исходя из рассчитанных данных посчитаем по формуле (3) либо (4) опорное напряжение, далее исходя из его значения можно будет подобрать необходимый стабилитрон.
Произведём расчёт мощности, рассеиваемой на каждом резисторе по формулам:
Рассчитаем допустимую отклонение значений рассчитанных элементов исходя из того что ∆Ucт = 1%. Основной вклад в отклонение реальных значений выходных напряжений от требуемых вносят резисторы и стабилитрон.
Расчет допустимого отклонения произведем по формуле:
где ∆U0 – разница между выбранным значением опорного напряжения и рассчитанным, U0 – выбранное значение опорного напряжения, ∆Ri – разница между выбранным значением сопротивления и рассчитанным, R0 – выбранное значение сопротивления
3 Обоснование выбора типа элементов
На основании выполненных в пункте 2 расчетов произведем выбор необходимых для источника опорного напряжения элементов.
Для выбора операционного усилителя необходимо определить, какой выходной ток он должен обеспечивать, операционный усилитель должен иметь выходной ток свыше 10мА, также его внутреннее сопротивление должно быть свыше 106 Ом.
Данным требованиям удовлетворяет операционный усилитель КР544УД1А. Дифференциальный ОУ с высоким входным сопротивлением и низким уровнем шумов. Предназначен для широкого класса аналоговых устройств.
— Выходной ток IВЫХ=20 мА;
— Напряжение питания UИП1=(15+1,5) В, UИП2=(-15+1,5) В;
— Потребляемый ток IПОТ=3,5 мА;
— Средний входной ток IВХ= 0,15 нА;
— Разность входных токов ∆IВХ= 0,05 нА;
— Напряжение питания UИП1=(15+1,5) В, UИП2=(-15+1,5) В;
— Напряжение смещения UСМ=15мВ;
— Входное сопротивление RВХ= 103 МОм
Из данного расчёта следует, что можно использовать резисторы с рассеиваемой мощностью
Выбираем следующие прецезионные резисторы:
R1 – C2-29В – 0,062 – 100 кОм ± 1%
R2– C2-29В – 0,062 – 200 кОм ± 1%
R3– C2-29В – 0,062 – 2 кОм ± 1%
R4– C2-29В – 0,062 – 39,8 кОм ± 1%
R5– C2-29В – 0,062 – 20 кОм ± 1%
Выбор стабилитрона произведем с учетом необходимого UСТ.НОМ. , а также необходимо учесть ток протекающий через него. Он составляет 5мА. Выберем стабилитрон КС220Ж с параметрами:
– напряжение стабилизации номинальное 20 В;
– ток стабилизации 5мА;
– максимальная мощность рассеиваемая на стабилитроне 125 мВт /3/,/4/
Вывод
В результате выполнения данной курсовой работы был произведён анализ принципа действия источника опорного напряжения с двухполярным выходом, а также был произведён расчёт номинальных значений. После этого были выбраны типы элементов. Было рассчитано предельное отклонение выбранных значений параметров элементов от номинальных, что составило 0,97%, что соответствует требуемой точности.
Схема и описание блока питания без трансформатора на 5 вольт, 40-50 мА
Многие радиолюбители не считают блоки питания без трансформаторов. Но несмотря на это, они используются довольно активно. В частности, в охранных устройствах, в схемах радиоуправления люстрой, нагрузками и во многих других устройствах. В данном видеоуроке рассмотрим простую конструкцию такого выпрямителя на на 5 вольт, 40-50 мА. Однако можно изменить схему и получить практически любое напряжение.
Бестрансформаторные источники также применяются в качестве зарядных устройств и используются в запитке светодиодных светильников и в китайский фонариках.
Для радиолюбителей есть всё в этом китайском магазине.
Анализ схемы.
Рассмотрим простую схему бестрансформаторного блока питания. Напряжение от сети 220 вольт через ограничительный резистор, который одновременно выступает как предохранитель, идет на гасящий конденсатор. На выходе также сетевое напряжение, но ток многократно понижен.
Рисунок. Схема бестрансформаторного выпрямителя
Далее на двухполупериодный диодный выпрямитель, на его выходе получаем постоянный ток, который стабилизируется посредством стабилизатора VD5 и сглаживается конденсатором. В нашем случае конденсатор 25 В, 100 мкФ, электролитический. Ещё один небольшой конденсатор установлен параллельно питанию.
Дальше оно поступает на линейный стабилизатор напряжения. В данном случае использован линейный стабилизатор 7808. В схеме есть небольшая опечатка, выходное напряжение на самом деле приблизительно 8 В. Для чего в схеме линейный стабилизатор, стабилитрон? На линейные стабилизаторы напряжения в большинстве случаев не допускается подавать на вход напряжение выше 30 В. Поэтому в цепи нужен стабилитрон. Номинал выходного тока определяется в большей степени ёмкостью гасящего конденсатора. В данном варианте он с ёмкостью 0, 33 мкФ, с расчётным напряжением 400 В. Параллельно конденсатору установлен рарзряжающий резистор с сопротивлением 1 МОм. Номинал всех резисторов может быть 0, 25 или 0, 5 Вт. Данный резистор для того, чтобы после выключения схемы из сети конденсатор не держал остаточного напряжения, то есть разряжался.
Диодный мост можно собрать из четырех выпрямителей на 1 А. Обратное напряжение диодов должно быть не менее 400 В. Можно применить также готовые диодные сборки типа КЦ405. В справочнике нужно посмотреть допустимое обратное напряжение через диодный мост. Стабилитрон желательно на 1 Вт. Напряжение стабилизации этого стабилитрона должно быть от 6 до 30 В, не больше. Ток на выходе схемы зависит от номинала данного конденсатора. При ёмкости в 1 мкФ ток будет в районе 70 мА. Не следует увеличивать ёмкость конденсатора больше 0, 5 мкФ, поскольку довольно большой ток, конечно же, спалит стабилитрон. Данная схема хороша тем, что она малогабаритна, можно собрать из подручных средств. Но недостатком является то, что она не имеет гальванической развязки с сетью. Если вы собираетесь её применять, то обязательно в закрытом корпусе, чтобы не дотрагиваться до высоковольтных частей схемы. И, конечно же, не стоит связывать с этой схемой большие надежды, поскольку выходной ток схемы небольшой. То есть, хватит на запитку маломощный устройств, током до 50 мА. В частности, запитки светодиодов и постройки светодиодных светильников и ночников. Первый запуск обязательно делать последовательно соединённой лампочкой.
В данном варианте присутствует резистор на 300 Ом, который в случае чего выйдет из строя. У нас на плате уже нет данного резистора, поэтому добавили лампочку, которая будет чуть-чуть гореть во время работы нашей схемы. Для того, чтобы проверить выходное напряжение, будем использовать самый обыкновенный мультиметр, измеритель постоянный 20 В. Подключаем схему в сеть 220 В. Поскольку у нас есть защитная лампочка, она спасёт ситуацию, если будут какие-то проблемы в схеме
Соблюдайте предельную осторожность во время работы с высоким напряжением, поскольку всё-таки на схему поступает 220 В
Заключение.
На выходе 4,94, то есть почти 5 В. При токе не более 40-50 мА. Отличный вариант для маломощных светодиодов. Можно запитать от данной схемы светодиодные линейки, только при этом заменить стабилизатор на 12-вольтовый, к примеру, 7812. В принципе, можно на выходе получить любое напряжение в пределах разумного. На этом всё. Не забывайте подписаться на канал и оставлять свои отзывы про дальнейшие видеоролики.
Внимание! Когда собран блок питания, важно разместить сборку в пластиковый корпус либо тщательно изолировать все контакты и провода для исключения случайного прикосновения к ним, так как схема подключена к сети 220 вольт и это повышает вероятность удара током! Соблюдайте осторожность и ТБ!
Общее устройство и принцип действия
Представленная схема отличается простотой, надежностью и эффективностью. Она может быть изготовлена не только методом навесного монтажа, но и в виде печатной платы. Данная схема на двенадцать вольт является рабочей, требуется лишь заранее рассчитать параметры балластового гасящего конденсатора и подобрать нужное значение тока для конкретного устройства. Практически можно сделать 5,5-вольтовый блок с возможностью увеличения напряжения до 25 В.
Основой устройства служит балластовый конденсатор, гасящий сетевое напряжение. После этого ток попадает в диодный выпрямитель, а второй конденсатор выполняет функцию фильтра. Иногда возникает необходимость быстро разрядить оба конденсатора. С этой целью в схеме предусмотрены резисторы R1 и R2. Еще один резистор R3 используется в качестве ограничителя тока при включении нагрузки.
Расчет балластного конденсатора выполняется до сборки схемы. Для этого используется простая формула С = 3200хI/Uc, в которой I является током нагрузки (А), Uc – сетевым напряжением, С – емкостью конденсатора (мкФ). Чаще всего такие расчеты используются для светодиодов.
В качестве примера можно взять любой прибор с током 150 мА. Это может быть обычная светодиодная лампа. Сетевое напряжение будет 230 В. Таким образом, 3200 х 0,15/230 = 2,08 мкФ. Номинал конденсатора выбирается наиболее близко к расчетному, то есть, его емкость составит 2,2 мкФ, а расчетное напряжение – 400 В.