10. Упрощенный расчет выпрямителя

Выпрямители блоков питания транзисторной аппаратуры радиолюбители обычно строят по схеме, изображенной на рис. 81.

Рис. 81. Схема двухполупериодного выпрямителя

Трансформатор Т понижает напряжение осветительной сети до некоторого необходимого значения, диоды VI — V4, включенные по мостовой схеме, выпрямляют это напряжение, а конденсатор фильтра Сф сглаживает его пульсации. Резистор RH символизирует нагрузку, питающуюся от выпрямителя. При конструировании сетевого блока питания сначала с учетом конкретной нагрузки рассчитывают параметры выпрямителя, а затем по полученным результатам — его трансформатор. Исходные параметры при расчете выпрямителя: Uн требуемое напряжение на нагрузке, которое, как правило, равно напряжению на выходе фильтра выпрямителя Uo, и Iн - максимальный ток, потребляемый нагрузкой. От этих данных, определяемых конкретным радиотехническим устройством, зависит выбор диодов для выпрямителя, мощность сетевого трансформатора и числа витков в его вторичной и первичной обмотках. Переменное напряжение на вторичной обмотке трансформатора (UII) подсчитывают по формуле:

где А — коэффициент, численное значение которого зависит от тока нагрузки (табл. 2). Зная ток нагрузки, определяют максимальный ток, текущий через каждый диод выпрямительного моста:

где Б — коэффициент, зависящий от максимального тока нагрузки (табл. 2).

Обратное напряжение диодов, используемых в выпрямителе, должно быть в 1,5 раза больше напряжения питания, т. е.

Емкость фильтрующего конденсатора Сф в мкФ определяют по формуле:

где КII — коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения, характеризующий отношение амплитудного значения переменной составляющей частотой 100 Гц на выходе выпрямителя к среднему значению выпрямленного напряжения. Чем больше емкость фильтрующего конденсатора и меньше ток, потребляемый нагрузкой, тем меньше пульсация выпрямленного напряжения и, следовательно, слабее прослушивается фон переменного тока в динамической головке или громкоговорителе радиотехнического устройства. Для большинства любительских транзисторных конструкций допустим коэффициент пульсаций питающего напряжения Кп = 0,01. Номинальное напряжение фильтрующего конденсатора не должно быть меньше напряжения на выходе выпрямителя, иначе он может оказаться пробитым более высоким напряжением. Трансформатор выпрямителя рассчитывают в такой последовательности. Сначала определяют максимальное значение тока, который будет течь во вторичной обмотке: In = 1,5 • Iн max. Далее подсчитывают максимальную мощность, Вт, потребляемую выпрямителем от вторичной обмотки: Р2= U2 * I2, а затем мощность самого трансформатора: Ртр = 1,25 • Р2. Площадь сечения магнитопровода S (см2), соответствующую расчетной мощности трансформатора, определяют по формуле:

где 1,3 — постоянный усредненный коэффициент. Рассчитав магнитопровод трансформатора, определяют число витков первичной и вторичной обмоток по формулам:

Диаметр проводов обмоток трансформатора (в мм) можно опре делить из табл. 3 или по формуле:

где Iобм — ток в обмотке, мА. Познакомившись с методикой расчета выпрямителя, кружковцы приступают к расчету сетевого блока питания для одного из собранных ими устройств. Для примера приведем расчет выпрямителя для питания приемника, выполненного по схеме, показаной на рис. 72. За исходные данные принимаем: UН=9В, Iн. тах=0,1А (с некоторым запасом), U1 = 220 В.  На вторичной обмотке трансформатора должно быть переменное напряжение:  U2 = A * UH = 0,8 * 0,9 ~= 7 В.  Ток, текущий через каждый диод выпрямительного моста, составит:  Iv = 0,5 * Б • Iн. max = 0,5 * 2,4 • 0,1 = 0,12 А.  Следовательно, для выпрямителя можно использовать диоды серий Д7, Д226, Д229 с любыми буквенными индексами, потому что их средний выпрямленный ток и обратное напряжение значительно больше расчетных. Пригоден также выпрямительный блок КЦ402Б. Емкость конденсатора фильтра (при коэффициенте пульсаций выпрямленного напряжения Кп = 0,01) может быть: Сф = 3200 * Iн. max / Uн * Кп = 3200 * 0,1 / 9 * 0,01 ~= 3500 мкФ. Можно использовать электролитический конденсатор емкостью 4000...5000мкФ, например типа К50-6, на номинальное напряжение 10 В. Теперь определим значение тока во вторичной обмотке трансформатора: I2 = 1.5 * Iн.max = 1,5 * 0,1 = 0,15 А. Мощность, потребляемая выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора, будет: Р2 = U2 * I2 = 7 * 0,15 ~= 1 Вт. Таким образом, мощность самого трансформатора выпрямителя должна составить: Ртр = 1,25 * Р2 = 1,25 * 1 = 1,25 Вт.  Для трансформатора такой мощности можно использовать магнитопровод с минимальной площадью сечения сердечника:

Предположим, подобран магнитопровод УШ12 X 12 (площадь поперечного сечения сердечника принимаем равной 1,4 см2). В таком случае первичная обмотка, рассчитанная на напряжение сети 220 В, должна содержать  w1 = 50 * U1 / S = 50 * 220 / 1,4 = 7856 витков,  а вторичная обмотка  w2 = 55 * U2 / S = 55 * 7 / 1,4 = 275 витков.  Для первичной обмотки трансформатора можно использовать провод диаметром 0,1...0,12 мм, а для вторичной — 0,2...0,25 мм. На практике для сетевых трансформаторов блоков питания транзисторной аппаратуры используют магнитопроводы, площадь сечения которых значительно превышает расчетную (обычно не менее 3...4 см2). Это позволяет уменьшить число витков в обмотках, выполнять их проводами большего диаметра и использовать трансформаторы для блоков питания другой аппаратуры.