4. Стабилизированный источник питания постоянного тока 1 а напряжением 12 и 15в

В случае необходимости иметь напряжение питания 12 или 15 В радиолюбитель может изготовить вариант стаби­лизированного источника питания, описанного в разд. 2.3. Для получения напряжения 12 В используется принципиаль­ная схема с соответствующей спецификацией на рис. 2.1, но вместо стабилизатора типа 7805 вводится стабилизатор типа 7812, что довольно просто. Для получения напряжения 115 В используется та же принципиальная схема, но с заме­ной силового трансформатора и стабилизатора напряжения: Тр — силовой трансформатор с выходным напряжением 24 В при токе 1,2 А, стабилизатор напряжения — типа 7815.

2.5. Экономичные нестабилизированные источники питания постоянного тока напряжением 12 в

В некоторых электронных устройствах совсем не требует­ся использования стабилизированного напряжения питания. В таком случае можно изготовить гораздо более простой и дешевый источник питания, чем его стабилизированные ана­логи. Иногда можно также временно использовать нестаби­лизированный источник питания для проверки схемы. В дру­гих случаях радиолюбитель может ввести простой источник питания непосредственно в собранное устройство.

Основная принципиальная схема нестабилизированного .источника питания приведена на рис, 2.2, при этом спецификация дана для маломощного источника питания с выход­ным током 0,25 А. В нестабилизированных источниках пита­ния напряжением 12 В для более конкретных целей необхо­димо произвести замены, о которых речь пойдет ниже.

Принципиальная схема на рис. 2.2 весьма напоминает схему стабилизированного источника питания напряжением 5 В и отличается от нее отсутствием стабилизатора напря­жения. Кроме того, здесь необходим предохранитель, по­скольку при возникновении коротких замыканий схема ав­томатически не выключается, как это обеспечивается в ста­билизаторах напряжения типа 7800.

Рис. 2.2. Экономичный источник питания напряжением 12 В при токе 0,25 А.

МВ1 — двухполупериодный выпрямитель мостового типа на напряжение 50 В и ток 1 А; С, — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; Тр, — силовой трансфор­матор с выходным напряжением 12 В при токе 300 мА; Пред₁ — предохранитель 0,25 А.

Радиолюбитель должен учитывать, что этот источник яв­ляется нестабилизированным, т. е. при отсутствии нагрузки выходное напряжение в нем может доходить до 18 В. Но­минальное напряжение 12 В вырабатывается источником лишь при номинальном потребляемом токе, а с его увеличе­нием выходное напряжение падает. Ввиду подобных коле­баний выходного напряжения рекомендуется перед включе­нием в сеть с помощью переключателя Кл1 подсоединить к источнику питания нагрузку, т. е. изготовленное устройство. В этом случае на устройство будет подано 12 В вместо на­пряжения 18 В, которое может вывести из строя интеграль­ные схемы на дополняющих или обычных МОП-транзисто­рах.

Для изготовления других вариантов источника питания необходимо внести изменения в спецификацию. 1) Нестабилизированный источник напряжения 12 В при токе 1 А:

Tp₁ — силовой трансформатор на напряжение 12,6 В при токе 1,2 А;

MB₁ — двухполупериодный выпрямитель мостового типа на напряжение 50 В при токе 6 А;

Пред₁ — предохранитель 1 А,

2) Нестабилизированный источник напряжения 12 В при токе 3 А:

Tpi — силовой трансформатор на напряжение 12,6 В при

токе 3 А; MBi — двухполупериодный выпрямитель мостового типа

на напряжение 50 В при токе 6 А; Пред! — предохранитель 3 А.

2.6. Источник питания напряжением 5 и 12 в

Современной электронной промышленностью выпускают­ся интегральные схемы нескольких типов, и при применении в некоторых устройствах разнотипных интегральных схем могут потребоваться разные напряжения питания. В этом случае радиолюбителю необходимо иметь источник питания с несколькими выходными напряжениями.

Рис. 2.3. Источник питания напряжением 5 и 12 В.

МВ₁ — двухполупериодный выпрямитель мостового типа на напряжение 50 В и ток 6 A; CHi — стабилизатор напряжения типа 7805; Тр, — силовой трансформатор С выходным напряжением 12,6 В при токе 1,2 A; C_t, С₂ — электролитический кон­денсатор 100 мкФ, 35 В.

Наиболее полезным сочетанием являются напряжения 5 и 12 В постоянного тока, одинаковый положительный знак которых позволяет использовать общее заземление. При этом можно изготовить два отдельных источника питания, под­ключить общие соединения и получить таким образом один источник с двумя выходными напряжениями. Это в данном случае неэкономично, так как приходится использовать два дорогостоящих силовых трансформатора.

Существует более рациональный способ изготовления источника питания с одним силовым трансформатором и дву« мя выходными напряжениями, .принципиальная схема кото­рого показана на рис. 2.3. Этот источник выполнен по схеме, обеспечивающей получение стабилизированного напряжения б В при токе 1 А. Нестабилизированное напряжение +12 В снимается непосредственно с выхода выпрямителя мостового типа, т. е. до стабилизатора напряжения, причем в обоих случаях предусмотрена общая шина заземления. Отсутствие стабилизации напряжения 12 В не должно смущать радио­любителя, поскольку интегральные схемы с таким напряже­нием питания обычно рассчитаны на возможные его колеба­ния. Однако в цепи с напряжением 12 В следует поставить предохранитель, поскольку в ней не обеспечивается автома­тическое выключение, которое реализуется в цепи стабили­затора с напряжением 5 В.

2.7. Нестабилизированный источник напряжений + 6 В

В отдельных устройствах радиолюбитель может встре­тить интегральные схемы, требующие двух напряжений пи­тания одинаковой величины, но противоположной полярно­сти. Источник питания, описанный в данном разделе, может пригодиться в устройствах, где требуются напряжения +6 и — 6 В с общим заземлением.

Рис. 2.4. Источник питания напряжением ±6 В.

MB₁ — двухполупериодный выпрямитель мостового типа на напряжение 50 В при токе 6 A; Tp₁ — силовой трансформатор с отводом и с выходным напряжением 12,6 В; C₁, С₂ — электролитический конденсатор 470 мкФ, 35 В; Предг, Пред₂ — предохранитель 0,5 А.

Следует отметить, что этот источник существенно отли­чается от источника с двумя выходными напряжениями, опи­санного в разд. 2.6 (рис. 2.3). В том источнике получаются два различных положительных напряжения, а в этом — по­ложительное и отрицательное напряжения.

При использовании трансформатора, указанного в спе­цификации к рис. 2.4, во внешнюю схему выдается ток 1 А. Поэтому здесь требуется на каждом выходе поставить пре­дохранитель на 0,5 А, в результате отдельно на каждом вы­ходе может быть получен ток 1 А. При необходимости полу­чить на каждом выходе ток 1,5 А следует использовать си­ловой трансформатор с током 3 А и поставить предохрани­тели на 1,5 А.

2.8. Регулируемый стабилизированный источник питания постоянного тока

Из всех лабораторных источников питания наиболее прак­тичным является регулируемый стабилизированный источник с возможным произвольным изменением выходного напряже­ния, которое к тому же будет стабилизированным. Такой источник может заменить несколько источников питания с различным нерегулируемым напряжением. Однако примене­ние регулируемого источника питания в изготовляемых устройствах нецелесообразно, поскольку он слишком громоз­док и дорог. Более всего он пригоден при наладке и про­верке различных новых схем, после чего к отлаженному и проверенному устройству следует подключить небольшой и недорогой источник питания с одним постоянным напряже­нием.

Рис. 2.5. Регулируемый стабилизированный источник питания постоянного тока.

МВ₁ — двухполупериодный выпрямитель мостового типа на напряжение 50 В при токе 6 А; СН₁ — регулируемый стабилизатор напряжения типа LM317; Tp₁ — силовой трансформатор с выходным напряжением 12 В при токе 1,2 А; R₁ — потенциометр 5 кОм; R₂ — резистор 220 Ом, 0,25 Вт; R₃ — резистор 10 кОм, 0,25 Вт; С₁ — конден­сатор 0,1 мкФ; С₂ — электролитический конденсатор 470 мкФ, 35 В; Л₁ — неоновая лампочка на напряжение 120 В.

При использовании регулируемого источника питания не­обходимо установить на его выходе требуемое напряжение, прежде чем подключать его к собранной схеме. Для этого нужно источник отсоединить от схемы, включить его в сеть, подключить на его выход вольтметр и установить по нему нужное напряжение. Только после этого источник подклю­чается к собранной схеме, причем, поскольку он является стабилизированным, его напряжение при подключении не изменится.

В источнике питания, принципиальная схема которого по-« казана на рис. 2.5, обеспечивается регулирование выходного напряжения в пределах 1,5 — 14 В, что достаточно для про­верки и наладки почти всех устройств, описанных в данной книге.

Другим достоинством регулируемого источника питания является возможность проверки работы схемы при снижении напряжения питания. Например, при сборке и проверке схе­мы с напряжением питания 9 В в источнике питания сначала устанавливается выходное напряжение 9 В. Ьсли схема ра­ботает нормально, можно проверить ее работоспособность при плавном снижении напряжения питания до 7 В, т. е. тем самым имитировать разрядку 9-вольтной батареи в конце срока службы до 7 В.

Как и большинство приборов со стабилизацией напряже­ния, стабилизатор напряжения LM317 в этом регулируемом источнике питания при работе нагревается. При необходи­мости охлаждения стабилизатора напряжения может исполь­зоваться теплоотвод в наборе с корпусом типа ТО-3. Монтаж этого теплоотвода производится в соответствии с прила­гаемой к теплоотводу инструкцией. Для повышения эффек­тивности работы теплоотвода можно использовать теплоотво-дящий компаунд, который наносится тонким слоем между корпусом стабилизатора и изолятором из слюды. Все эти меры обеспечивают снижение температуры стабилизатора до допустимого уровня.

2.9. Развязывающий трансформатор на переменное напряжение 120 в

Кроме описанных выше стабилизированных источников питания в некоторых устройствах, приведенных в данной книге используется непосредственное включение в сеть с на­пряжением 120 В. В описаниях таких устройств приводятся рекомендации по их модификации с целью применения в ка­честве средств управления бытовыми электроприборами, ко­торые также включаются в сеть с напряжением 120 В.

Рис. 2.6. Принципиальная схема самодельного развязывающего трансфор­матора на напряжение 120 В.

Л₁ — неоновая сигнальная лампочка; Tp₁, Tp₂ — силовой трансформатор с выходным напряжением 12,6 В при токе 1,2 А.

Непосредственное использование напряжения 120 В от розетки может быть опасным, и начинающий радиолюбитель должен знать, как обращаться с потенциально опасными источниками питания, прежде чем использовать их в различ­ных экспериментах.

Одним из методов снижения риска получить электриче­ский удар является использование развязывающего транс­форматора. Такой трансформатор включается непосредствен­но в розетку электросети с напряжением 120 В и вырабаты­вает такое же напряжение на выходе. Безопасность работы состоит в том, что выход трансформатора электрически изо­лирован от сети, благодаря чему прикасание к элементам схемы, другому электрооборудованию или к заземленным трубам исключает получение электрического удара.

Единственным недостатком развязывающих трансформа-торов является их высокая стоимость, однако такой транс­форматор можно сделать самому, что обойдется недорого. Как показано на рис. 2.6, схема включает два идентичных силовых трансформатора. Первичная обмотка одного из них включается прямо в сеть через стандартную вилку. Низко­вольтная вторичная обмотка этого трансформатора соеди­няется с низковольтной вторичной обмоткой второго транс­форматора Тр₂, который повышает обратно напряжение до 120 В, являющееся уже относительно неопасным.

Таким образом, трансформатор Tp₁ понижает напряжение 120 В, а трансформатор Тр₂ повышает его обратно до 120 В, при этом выход схемы абсолютно изолирован от сети. Нео­новая сигнальная лампочка и переключатель (Кл₁) введены в схему исключительно для удобства пользования развязы­вающим трансформатором. Собранный по предлагаемой схе­ме, он рассчитан на питание устройств и бытовых электро­приборов с расходуемой мощностью ниже 144 Вт. При ее превышении трансформаторы будут греться, а выходное на­пряжение будет ниже 120 В.

Глава 3 светокоммутаторы

Множество забавных устройств может быть собрано на основе светокоммутаторов — устройств, переключающих све­товые источники в различных сочетаниях. Хотя на первый взгляд такие устройства могут показаться слишком триви­альными, они, несомненно, найдут практическое применение.

Например, совсем простые и прочные по конструкции светокоммутаторы могут использоваться в занимательных игрушках для детей. Сколько радости, к удивлению взрос­лых, получают дети от маленькой коробочки с несколькими переключателями, ручками управления и мигающими ог­нями.

Что касается более сложных устройств, то они также представляют определенный практический интерес. Некото­рые из таких устройств описаны в данной главе. В целом можно сказать, что конструкция и оформление светокоммута­торов, наилучшим образом удовлетворяющих поставленным целям, зависит лишь от воображения и интереса радиолю­бителя. К тому же можно вполне использовать светокомму­таторы совместно с другими устройствами, рассмотренными в данной книге, и создавать таким образом более сложные и полезные электронные системы.

3.1. Простой светокоммутатор

Схема одного из простейших светокоммутаторов, пред­ставленная на рис. 3.1, включает два попеременно переклю­чаемых светодиода. В схеме предусмотрен регулятор часто­ты, позволяющий изменять частоту мигания в пределах 0,3 -г- 25 Гц (1 Гц = 1 с-¹, т. е. одно мигание в секунду).

Эта схема позволяет использовать сравнительно широкий диапазон напряжений питания; она работает от любого ис­точника постоянного тока напряжением 5 — 12 В. Ее можно подключать к одному из источников питания, описанных в гл. 1, например к четырем последовательно соединенным ба­тареям напряжением 1,5 В (для получения суммарного на­пряжения 6 В) или к одной батарее напряжением 9 В.

Следует, однако, иметь в виду, что сопротивления рези­сторов R4 и R5 должны подбираться в зависимости от напряжения питания. Чем выше напряжение питания, тем боль­ше должна быть величина сопротивления. Применение ре­зисторов с низким сопротивлением при высоких напряжениях питания приведет через некоторое время к перегоранию све-тодиодов.

Для уменьшения частоты мигания светодиодов можно увеличить емкость конденсатора Сь Так, если поставить конденсатор емкостью 100 мкФ, то частота мигания свето-коммутатора уменьшится примерно до 0,03 Гц. Уменьшение емкости конденсатора С₁, например, до 0,1 мкФ вызовет уве­личение частоты мигания. При выборе частоты мигания сле­дует учитывать, что с увеличением частоты глаз перестает различать переключения светодиодов. При частоте мигания 15 Гц и выше радиолюбителю кажется, что оба светодиода включаются и выключаются одновременно.

При сборке и проверке светокоммутатора, радиолюби­тель, наверное, заметит, что светодиод Д₂ остается включен­ным несколько дольше, чем светодиод Дь Это объясняется особенностями работы интегральной схемы таймера типа 555 при его использовании в таком светокоммутаторе. На это можно и не обращать внимания, но при желании время вклю­чения и выключения обоих светодиодов можно сделать оди­наковым, собрав светокоммутатор по схеме, приведенной на рис. 3.2.

Рис. 3.1. Простейший светокоммутатор.

Д₁, Д₂ — светодиоды с красным свечением; ИС₁ — таймер типа 555; R₁ — потенцией метр 500 кОм; R₂ — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; R₃ — резистор 2,2 кОм, 025 Вт; R₄, R₅— см. примечания; С₁ — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В. Примеча­ния. 1) При желании из схемы могут быть исключены Д] и R₄ или Д₂ и rs. 2) Ве­личины сопротивления резисторов R₄ и R₅ составляют 150 Ом при напряжении питания 5 — 8 В и 330 Ом при напряжении питания 9 — 12 В.

3.2. Усовершенствованные светокоммутаторы

Светокоммутатор, показанный на рис. 3.2, работает в ос­новном так же, как и его более простой аналог, схема кото­рого дана на рис. 3.1. Оба светодиода включаются и выклю­чаются здесь попеременно, а частота переключения регули­руется с помощью переменного резистора R₁. Главное отличие этого светокоммутатора заключается в том, что оба светодиода в нем имеют совершенно одинаковое время пере­ключения.

Рис. 3.2. Усовершенствованный светокоммутатор.

Д₁, Д₂ — светодиоды с красным свечением; ИС₁ — таймер типа 555; ИС₂ — двойной J — К-тригтер типа 7476; R₁ — потенциометр 500 кОм; R₂ — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; R₃ — резистор 2,2 кОм, 0,25 Вт; R₄, R₅ — резистор 150 Ом, 0,25 Вт; С₁ — электроли­тический конденсатор 10 мкФ, 35 В. Примечание. При желании из схемы могут быть исключены Д₁ и R₁ или Д₂ и R₅.