1.2. Стабилизированный выпрямитель с регулируемым напряжением от 4 до 14 в на 0,5 а и с электронным предохранителем

Выпрямители, описанные в предыдущих параграфах, рассчитаны на постоянное напряжение и предназначены для питания определен­ного типа магнитофонов. В некоторых случаях гораздо удобнее иметь выпрямитель, позволяющий изменять напряжение питания ма­гнитофона. Такой выпрямитель можно применить, например, для питания различных типов батарейных магнитофонов, напряжение питания которых может составлять от 6 до 12 В. Кроме того, такой выпрямитель удобен при проверке и регулировке электрических и механических параметров магнитофонов при пониженном или повы­шенном напряжении питания и т. п.

Выпрямитель, о котором пойдет речь, имеет такой диапазон вы­ходного напряжения и тока нагрузки, что его можно использовать для питания всех существующих типов батарейных магнитофонов.

Рис. 14. Принципиальная схема стабилизированного регулируемого источника питания от 4 до 14 В (0,5 А) с электронным предохра­нителем.

Кроме того, выпрямитель оборудован электронным предохранителем, который выключит его при закорачивании выходных зажимов или при увеличении тока нагрузки выше расчетного.

Электрическая схема стабилизированного выпрямителя приве­дена на рис. 14. Силовой трансформатор Тр имеет плавкий трубча­тый предохранитель Пр. Схема выпрямителя — двухполупериодная, мостовая, состоящая из диодов Д1 — Д4 и сглаживающего электро­литического конденсатора С1. С выпрямителя напряжение подводится к регулирующей схеме, состоящей из транзисторов Т1 — ТЗ и резисто­ров R1 — R5.

Резисторы R1 и R2 задают рабочий режим транзистора Т1, от коллекторной цепи которого питается база транзистора Т2. Послед­ний вместе с транзистором ТЗ образует так называемую схему Дар­лингтона, характеризующуюся большим коэффициентом передачи тока (Л21Э(Г2, тз) — ^Л21Э(Г2) ^Л21Э(ГЗ))- Этим улучшается стабилизи­рующее действие схемы. Транзистор Т2 можно из схемы исключить, соединив базу транзистора ТЗ непосредственно с коллектором тран­зистора Т1, но при этом ухудшаются и параметры выпрямителя.

База транзистора Т1 подключена к движку потенциометра R4, который является частью делителя напряжения, подключенного к вы­ходу стабилизатора.

Изменением положения движка изменяется ток базы транзисто­ра Т1, а следовательно, и выходное напряжение стабилизатора. Если движок потенциометра сдвинут к резистору R5, ток базы транзисто­ра 77 уменьшается, напряжение на его коллекторе повышается и через цепь базы транзистора Т2, а значит, и через ТЗ пойдет больший ток.

Падение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора ТЗ уменьшится, а выходное напряжение возрастет. Если сдвинуть дви­жок потенциометра R4 в направлении к резистору R3, то процесс будет обратным. Подключение базы транзистора Т1 с помощью де­лителя к выходному напряжению стабилизатора ограничивает регу­лирующую цепь и колебания выходного напряжения. Если, напри­мер, повысится выходное напряжение из-за уменьшения нагрузки или повышения напряжения сети, го повысится также и напряжение на движке потенциометра R4. Это приведет к увеличению тока балы транзистора Т1 и уменьшению напряжения на его коллекторе. Это, в свою очередь, понизит ток базы транзисторов Т2 и ТЗ, увеличит па­дение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора T3_f и выходное напряжение выпрямителя возвратится к исходному зна­чению.

Следующей цепью выпрямителя является электронный предо­хранитель, образованный резистором R6, тиристором, Т, диодом Д5, лампой Л и кнопкой Кн1. Ток, потребляемый нагрузкой, проходит через резистор R6, создавая на нем падение напряжения. Пока по­требляемый ток не превысит определенного значения (в нашем слу­чае 0,6 А), падение напряжения не сможет возбудить управляющий электрод тиристора и он будет находиться в закрытом состоянии.

Катод диода через лампу Л подключен к положительному вы­воду выпрямителя. Диод также находится в закрытом состоянии и не пропускает ток. Если потребляемый ток не превысит 0,6 А, воз­никшее напряжение возбудит управляющий электрод тиристора и он замкнется. При этом диод Д5 откроется и база транзистора Т2 через тиристор Т подсоединится к точке с отрицательным потенциа­лом выпрямителя. Это, в свою очередь, приведет к закрыванию тран­зисторов Т2 и ТЗ и выходное напряжение скачком уменьшится до нуля. Чтобы транзисторы Т2 и ТЗ закрывались надежно и выходное напряжение достигало нулевого уровня, необходимо, чтобы падение напряжения на диоде Д5 и тиристоре Т было минимальным. Поэтому не следует применять в качестве диода Д5 кремниевый диод. Паде­ние напряжения, которое возникнет на тиристоре, будет приблизи­тельно втрое больше, чем на диоде Д5, а это не позволит надежно заблокировать транзисторы Т2 и ТЗ.

Одновременно с выключением напряжения загорится лампа Л, свидетельствующая о том, что выпрямитель выключился из-за ни-регрузки. В этом состоянии выпрямитель будет оставаться до тех пор, пока не будет устранено короткое замыкание или не будет от­ключена нагрузка.

Для запуска выпрямителя служит кнопка Кн1, работающая на размыкание и обозначенная «Старт». При ее нажатии разорвется цепь тока, удерживающего тиристор в закрытом состоянии, катод диода Д5 опять подсоединится к положительному потенциалу, а лампа Л погаснет. Выпрямитель готов к дальнейшей работе.

Удобство этого предохранителя заключается в том, что он ра­ботает весьма быстро. Таким образом, даже прямое закорачивание выходных зажимов выпрямителя не приведет к выходу из строя мощ­ного транзистора ТЗ.

В выпрямитель встроен измерительный прибор М, который кнопкой Кн2 переключается для работы либо в качестве вольтмет­ра, либо амперметра. Резистор R8 служит в качестве дополнительно­го сопротивления вольтметра, проволочный резистор R7 является шунтом амперметра.

Таблица 5

Силовой трансформатор для стабилизированного регулируемого источника питания

Вывод об­мотки	Число ви тков	Диаметр провода, мм	Изоляция	Напряже­ние, В	Примечания
			2 витка промасленной бумаги 0,1 мм
1 — 2	2300	0,15	Каждый слой проложить конденсаторной бу­магой 0,05 мм	220
			4 витка промасленной бумаги 0,1 мм
3 — 4	200	0,6		17
			2 витка промасленной бумаги 0,1 мм

Силовой трансформатор наматывается и собирается в соответ­ствии с данными, приведенными в табл. 5.

Лампа Л может быть коммутаторной или миниатюрной.

При установке выходного напряжения 4 В и потребляемом то­ке 0,5 А мощность в цепи коллектора транзистора ТЗ достигает 10 Вт. Это тяжелый режим для работы транзистора, а поэтому необходимо увеличить размеры охлаждающей поверхности радиа­тора. Для изготовления его можно использовать мягкий алюминий толщиной не менее 1,5 мм. Поверхность радиатора должна быть около 100 см². Форма пластины согласуется с размерами кожуха выпрямителя, однако таким образом, чтобы она приблизительно бы­ла квадратней. Если форма пластины будет представлять собой вытянутый прямоугольник, ее охлаждающие свойства даже при той же площади будут ниже. Заусенцы отверстий, просверленных для крепящих винтов и выводов транзистора, должны быть тщательно зачищены, чтобы транзистор лежал на пластине раднатора всей сво­ей поверхностью. Транзистор следует разместить возможно ближе к середине охлаждающей пластины и закрепить его винтами М4. Если этого потребует механическая конструкция выпрямителя, ох­лаждающую пластину можно согнуть в форме Г или П. Этим часто можно достигнуть лучшего использования пространства. Охлаждающую пластину следует располагать по отношению к шасси по воз­можности вертикально. Под и над пластиной нужно в кожухе про­сверлить отверстия для охлаждения пластины потоком воздуха. Через резистор R6 проходит весь ток, потребляемый от выпря­мителя, поэтому он должен быть рассчитан на большую мощность рассеяния. Резистор R6 изготавливается из кокстантана диаметром около 0,4 мм, имеющего удельное сопротивление 3,98 Ом/м, что соответствует длине провода 251 мм на 1 Ом. Сопротивление I Ом, указанное в схеме, получено для случая выключения выпрямителя при достижении током нагрузки 0,6 А. Практически сопротивление резистора R6 следует подобрать индивидуально в соответствии с особенностями примененного тиристора.

Рис. 15. Печатная плата источника питания согласно рис. 14.

В качестве измерительного прибора использован миллиампер­метр с током отклонения 1 мА и внутренним сопротивлением 185 Ом. Резистор R7 является шунтом, расширяющим шкалу мил­лиамперметра до 0,6 А. Для его изготовления использован тот же провод, что и для резистора R6, т. е. константан диаметром 0,4 мм. Резистор R8 является добавочным сопротивлением для шкалы вольт­метра на 15 В.

Для прибора можно изготовить новую шкалу с двумя диапазо­нами: 0,6 Аи 15 В. Обе шкалы будут иметь равномерное деление. Можно использовать миллиамперметр и с другим током отклонения. При этом сопротивления резисторов R7 и R8 будут другими. Их рассчитывают по формулам: R7=R₀I₀/(I — I₀) и R8 = U/l₀ — Ra, где R7 — сопротивление шунта амперметра; R5 — сопротивление добавочного резистора вольтметра; R₀ — сопротивление рамки из­мерительного прибора; I — ток полного отклонения; I₀ — начальный ток отклонения измерительного прибора; V — напряжение полного отклонения.

Печатная плата и расположение на ней деталей изображены на рис. 15 и 16 (на рис. 16 у трансформатора подсоединены выво­ды 3 и 4).

Таблица 6

Постоянные напряжения регулируемого стабилизированного выпрямителя

Точка изме­рения	Напряжение в точке при напряжении на выходе, В		Точка изме­рения	Напряжение в точке при напряжении на выходе, В
	6 В	12 В		6 В	12 В
С1	25	25	Т2 (Э)	6,6	12,6
t2	15	17,5
Tl (Б)	0,58	0,5	Спайка R3 , R4	1,35	2,7
Т1 (К)	7,2	13,1	Спайка R4, R5	0,25	0,5
			СЗ	6	12

При исправных деталях и тщательном монтаже выпрямитель начинает работать при первом включении. В табл. 6 приведены по­стоянные напряжения выпрямителя. Напряжения измерены при не­нагруженном выпрямителе. При нагрузке выпрямителя током 0,5 А напряжение на конденсаторе С1 уменьшается до 18В.

При налаживании выпрямителя необходимо подобрать сопро­тивление проволочного резистора R6. Для его изготовления исполь­зуется константан, изолированный окислом диаметром 0,4 мм и дли­ной 380 мм, который имеет сопротивление 1,5 Ом. Его нужно при­паять к соответствующим отверстиям в печатной плате. Затем сле­дует включить ненагруженный выпрямитель в сеть и проверить воз­можность получения на выходе выпрямителя напряжения от 4 до 14 В при вращении потенциометра R4. При пониженном напряже­нии следует подобрать сопротивление резистора R3, при повышен­ном — сопротивление резистора R5.

Рис. 16. Монтажная схема источника питания согласно рис. 14. (Распайка кнопки Кн2 не показана. Резистор R8 размещен вне платы.)

Рис. 17. Зависимость выходного напряжения источника питания по схеме на рис. 14 от изменения нагрузки и напряжения сети, с — при выходном напряжении 6 В; б — при выходном напряжении 12 В.

Будем постепенно нагружать выпрямитель, одновременно изме­ряя ток нагрузки и определяя, при каком токе предохранитель вы­ключит выпрямитель. Постепенно закорачивая провод резистора R6, установим ток выключения равным 0,6 А. Теперь совьем провод в спираль и укрепим его на печатной плате. Затем подберем сопро­тивление резисторов R7 и R8. Для изготовления резистора R7 нуж­но использовать константановый провод диаметром 0,4 мм, длиной 90 мм, чему соответствует сопротивление 0,36 Ом. Постепенным за­корачиванием провода установим диапазон измерительного прибора О — 0,6 А. Добавочное сопротивление лучше всего изготовить путем подбора нескольких резисторов так, чтобы диапазон прибора был О — 15 В. Для калибровки шкалы используем другой измерительный прибор.

Можно измерить режимы работы выпрямителя в соответствии с данными, приведенными на рис. 17. При выходном напряжении 6 В и токе нагрузки 0,5 А напряжение пульсации должно состав­лять 1,7 мВ, при выходном напряжении 12 В — 5,5 мВ. При нена­груженном выпрямителе обычными способами напряжение пульса­ции измерить нельзя.