Досліджуємо випрямляч
Досліджуємо випрямляч.
Випрямляч - одна з найпоширеніших конструкцій у радіоаматорській творчості, необхідна для живлення постійним струмом найрізноманітніших пристроїв. Від вибору схеми випрямляча та деталей для нього залежать енергетичні можливості цього джерела живлення та здатність видавати "чисту" напругу, тобто таке, у якого пульсації змінного струму мізерні.
Виміряти пульсації та виявити шляхи їх зниження звичайними вимірювальними приладами, які були раніше у вашій лабораторії, практично неможливо. Сьогодні, коли у вашому розпорядженні з'явився осцилограф, зробити це дуже просто.
Отже, починаємо збирати випрямляч. Перша деталь, яку потрібно обзавестися, - знижуючий трансформатор живлення (рис. 8. а). Найбільше підходить для наших цілей готовий вихідний трансформатор кадрової розгортки телевізорів – ТВК -110ЛМ (рис. 8. б). Подібні трансформатори нерідко використовуються у блоках живлення радіоаматорських конструкцій. Первинна (високоомна) обмотка трансформатора витримує мережну напругу 220 В, на вторинній (низькоомній) при цьому виходить змінна напруга близько 14 В. Причому до обмотки можна підключати навантаження, що споживає струм до 1 А. Щоправда, напруга на обмотці падатиме з зростання .
Спочатку підключіть до висновків вторинної обмотки вхідні щупи осцилографа та увімкніть первинну обмотку в мережу. Провідники від висновків первинної обмотки повинні бути, звичайно, у гарній ізоляції та з вилкою на кінці. Після підпаювання провідників висновки потрібно обернути ізоляційною стрічкою щоб унеможливити ураження електричним струмом під час експериментів. На осцилографі натисніть кнопку "0,5" перемикача 1, кнопка перемикача 3 має бути віджата.Осцилограф працює в режимі автоматичного запуску та з відкритим входом (кнопки перемикачів 7 і 13 відповідно повинні бути віджаті), перемикачами 3 - 6 встановлюють тривалість розгортки 5мс/діл.
На екрані осцилограф з'явиться зображення синусоїдальних коливань невеликої амплітуди. Натисніть кнопку "0,1 – 10" перемикача 1 - зображення збільшиться і займе близько чотирьох поділок шкали (рис.8. в). Значить, розмах коливань складе 40 В, хоча виміряна авометром змінна напруга на вторинній обмотці дорівнює 14 В. У чому справа?
Розгадка проста. На екрані ви бачите подвоєну амплітуду (позитивний та негативний напівперіоди) синусоїдальних коливань. Чинне значення змінної напруги, що вимірюється авометром, в 2 х на корінь квадратний з 2 разів менше. Розділивши показання осцилографа на це значення, отримайте майже 14 В. Аналогічно визначайте за зображенням на екрані осцилографа, значення синусоїдальної напруги, що діє, і надалі.
Підключіть спочатку до вторинної обмотки трансформатора чотири діоди (рис. 9, а) - двонапівперіодний випрямляч, зібраний за мостовою схемою, і резистор навантаження R1, до резистора приєднайте щупи осцилографа ("земляний" щуп - до нижнього за схемою висновку резист. На екрані осцилограф будуть лише позитивні напівперіоди синусоїдальної напруги, що йдуть з частотою, удвічі великою частотою напруги. Інакше висловлюючись, негативні напівперіоди "перевернулися" і зайняли місце між позитивними (рис. 9,б).
Таку випрямлену напругу подавати на транзисторний пристрій не можна - занадто великі його пульсації. Напругу потрібно згладити. Для цього достатньо підключити паралельно резистору оксидний конденсатор. Для початку візьміть конденсатор, скажімо, типуК50-4, ємністю 100 мкФ на робочу напругу не менше 25 В. Напівперіоди відразу ж зникнуть, а на рівні вершин на екрані виникне злегка вигнута лінія (рис. 9, в). Це пульсації згладженої напруги.
Ще більше зменшити пульсації вдасться при підключенні до резистори навантаження конденсатора ємністю 500 мкФ - тепер вони становитимуть приблизно 0,3 В. А при ємності конденсатора 1000 мкФ пульсації будуть близько 0,12 (120 мВ). Постійну напругу з такими пульсаціями можна подавати на багато електронні пристрої.
Однак виміряні пульсації в даному випадку справедливі для струму навантаження близько 18 мА (визначається резистором R1), При збільшенні струму навантаження зростуть і пульсації. У цьому ви можете переконатись самі, підключаючи до випрямляча резистори опором 510 Ом, а потім 300 Ом і вимірюючи амплітуду пульсацій у кожному випадку.
Значно зменшити пульсації змінного струму можна, навантажуючи через параметричний стабілізатор, підключений до випрямляча (рис.10, а). Для нього знадобиться стабілітрон VD5 та баластовий резистор R1. Причому напруга на навантаженні (резистор R2) буде визначатися лише використовуваним стабілітроном. Наприклад, для зазначеного на схемі стабілітрона Д814Д воно становитиме 11,5. ..14 (такий розкид напруги стабілізації залежно від конкретно встановленого екземпляра), для Д814Г - 10. 12 В, для Д814В - 9. 10.5 В і т. д.
Виміряйте тепер амплітуду пульсацій на навантаженні - вона складе близько 0,02 при ємності фільтруючого конденсатора 200 мкф, тобто значно менше навіть в порівнянні з пульсаціями при конденсаторі фільтра 1000 мкф! Інакше висловлюючись, параметричний стабілізатор дозволяє " заощадити " ємність конденсатора фільтра.
А тепер взагалі відключіть конденсаторфільтра - на екрані осцилографа, підключеного паралельно резистори навантаження R2, з'явиться зображення напівперіодів синусоїдальної напруги зі зрізаними вершинами (рис. 12,б). Це результат "роботи" стабілітрона. До певної напруги він "вимкнений", після чого "пробивається" - напруга на ньому залишається рівною напрузі стабілізації (щоправда, вона трохи змінюється в залежності від струму через стабілітрон).
Підключивши знову конденсатор фільтра, встановіть паралельно резистору навантаження ще один резистор - опором 600. 800 Ом. Пульсації на виході стабілізатора різко зростуть і стануть майже рівними пульсації на конденсаторі фільтра. Причина в тому, що струм навантаження зріс і стабілітрон вийшов із режиму стабілізації, тобто практично перестав діяти.
При вказаному на схемі опорі баластного резистора до стабілізатора можна підключити навантаження споживає струм до 7 мА. Якщо ж опір баластного резистора зменшити до 130 Ом, то струм навантаження може сягати 20 мА.
А як бути, якщо стабільною напругою потрібно мати навантаження зі значно більшим струмом споживання? У цьому випадку достатньо підключити до стабілітрона підсилювач струму - змітерний повторювач на потужному транзисторі VT1 (рис. 11, а). Тепер навіть при підключенні до виходу блоку живлення резистора опором 100. 130 Ом, що еквівалентно навантаженню з тоном споживання близько 100 мА, пульсації зростуть вдвічі. Щоправда, напруга на навантаженні буде дещо меншою, ніж на стабілітроні - через падіння напруги на емітерному переході транзистора (0,5...0,7 В).
При великих струмах навантаження транзистор вибирають з більшим коефіцієнтом передачі струму. Якщо ж є лише транзистор з малим коефіцієнтом передачі,додають до нього малопотужний транзистор (рис. 11 б) - і в результаті виходить складовий транзистор з великим коефіцієнтом передачі струму. Правда, в цьому випадку напруга на виході буде вже відрізнятися від напруги на стабілітроні на 1. 1,4 В. У будь-якому варіанті потужний транзистор потрібно зміцнити на тепловідвідній пластині з дюралюмінію, алюмінію або міді завтовшки 2. 3 мм і загальною площею поверхні не менше 15 см3.
Зі зібраним блоком живлення проведіть експерименти, підключаючи до виходу навантаження з різними струмами споживання та вимірюючи амплітуду пульсацій. Одночасно контролюйте амплітуду пульсацій на конденсаторі фільтра. Результати вимірювань дозволять ще раз оцінити залежність пульсацій від ємності конденсатора, що фільтрує, і струму навантаження.