Глава 10 источники питания и схемы управления

10.1. Общие сведеяшя об источниках питания

Источники питания являются неотъемлемой частью всех электронных устройств. Они обеспечивают подачу в устройст­ва электрической энергии при заданных уровнях напряжения и тока. Источники питания, кроме батареи, в общем случае осуществляют преобразование переменного напряжения сети в постоянное напряжение, которое используется для питания элек­тронных устройств. Для создания требуемого уровня напряже­ния применяют трансформаторы, повышающие или понижающие сетевое напряжение. Чтобы получить источники с разными уров­нями напряжения, которые могут потребоваться для питания различных схем одного устройства, трансформатор источника питания снабжают несколькими вторичными обмотками. На­пример, в телевизионном приемнике используется дополнитель­ная низковольтная обмотка для питания цепи накала кине­скопа.

В большинстве электронных устройств, эксплуатируемых в домашних условиях, таких, как магнитофоны, радиоприемники, высококачественные стереоусилители, применяются источники питания сравнительно небольших размеров. Даже для получе­ния высокого напряжения в телевизионных приемниках для упрощения схемы используют специальные высокочастотные им­пульсы. Однако промышленные установки снабжаются источни­ками питания значительно больших размеров, так как потреб­ляемая в этом случае мощность может составить величины по­рядка нескольких киловатт и более. Следовательно, в промыш­ленных установках должны применяться специальные выпрями­тели, схемы управления и защитные устройства.

В промышленных установках для регулирования величины мощности, потребляемой определенной нагрузкой, например, электродвигателем, сварочным аппаратом и т. п., используют специальные устройства. В некоторых случаях управление со­стоит в простом включении и выключении источника питания. В других случаях схема управления должна обеспечивать по­дачу в нагрузку вполне определенной величины мощности. Для того чтобы подать напряжение питания в нагрузку в точно заданные временные интервалы, часто применяют электронные переключатели. Используемые во всех указанных случаях схемы и рассматриваются в следующих разделах настоящей главы.

10.2. Однополупериодный выпрямитель

Схема однополупериодного выпрямителя с одним выпрями­тельным диодом показана на рис. 10.1. В такой схеме источни­ка питания трансформатор не используется и сетевое напряже­ние подается непосредственно на вход выпрямителя. Подобную схему источника питания применяют в дешевых электронных устройствах, хотя предпочитают использовать источники пита­ния трансформаторного типа, поскольку они позволяют устра­нить общий заземленный провод сети переменного тока.

Рис. 10.1. Схема однополупериодного выпрямителя.

Для защиты выпрямителя от короткого замыкания или ча­стичного короткого замыкания, которое может иметь место при выходе из строя конденсаторов или других элементов схемы, служит последовательно включенный предохранитель. Падение напряжения на последовательном резисторе зависит от величи­ны протекающего через него тока; при включении резистора вы­ходное напряжение понижается. Кроме того, этот резистор служит для целей фильтрации. В схеме используются два филь­тровых конденсатора с номинальным напряжением 200 В, что позволяет уменьшить опасность их пробоя при случайных вы­бросах напряжения. Максимальное напряжение на этих конден­саторах может достигать амплитудного значения синусоидаль­ного переменного напряжения, которое равно произведению эф­фективного значения напряжения (117 В) на У2? Следовательно, напряжение на первом конденсаторе фильтра может дости­гать значения 117-1,41 = 165 В. На втором конденсаторе из-за падения напряжения на последовательном резисторе макси­мальное напряжение будет несколько меньше.

Как показано на рис. 10.1, ток в схеме однополупериодного выпрямителя протекает не непрерывно, а периодически. Таким образом, в течение временных интервалов, когда ток не проте­кает, конденсаторы фильтра не заряжаются. (В схеме двухпо-лупериодного выпрямителя, как будет показано в следующем разделе, перерывов в протекании тока нет.) Поэтому при оди­наковой величине тока, потребляемого от выпрямителя, колеба­ния напряжения на конденсаторе будут более заметными в од-нополупериодной схеме по сравнению с двухполупериодной. По этой причине емкость конденсаторов фильтра должна быть в однополупериодной схеме больше, чтобы между циклами заря­да на обкладках конденсаторов сохранялся заряд достаточно большой величины. При большой величине емкости конденса­торы выполняют функцию стабилизации выходного напряжения, т. е. обеспечивают относительное постоянство выходного напря­жения выпрямителя при изменениях тока нагрузки.

При положительной полуволне переменного входного напря­жения, действующего между верхним и нижним входными за­жимами, электроны протекают через заземленный провод, на­грузку и далее через выпрямляющий кремниевый диод. Так как в фильтре обычно используются электролитические конденсато­ры, их присоединение к схеме должно осуществляться с соблю­дением указанной на корпусе полярности. При обратной поляр­ности включения конденсаторов будет происходить их нагрев, а затем и выход из строя.

Так как конденсатор заряжается до напряжения, близкого к амплитудному значению входного переменного напряжения, то выходное напряжение в схеме однополупериодного выпрямите­ля оказывается несколько выше эффективного значения вход­ного напряжения. Следует заметить, что величина выходного напряжения заметно зависит от сопротивления нагрузки, т. е. от величины тока, потребляемого нагрузкой. При большем токе нагрузки заряд конденсатора уменьшается и, следовательно, выходное напряжение понижается.

С целью лучшего подавления пульсаций выпрямленного то­ка последовательно с резистором включают дроссель, представ­ляющий большое реактивное сопротивление. Такие дроссели применяют главным образом в промышленных установках; в бытовых электронных приборах стараются их не использовать по соображениям стоимости и, кроме того, для устранения по­мех в соседних цепях, вызываемых магнитными полями дроссе­лей. Вместо дросселя обычно применяют дополнительные конденсаторы емкостью несколько сотен или даже тысяч микро­фарад, которые обеспечивают приемлемое качество фильтрации и небольшой уровень фона.