Простой выпрямитель тока.
Доброго времени суток. Как работает с простой выпрямитель тока и как собрать его своими руками – тема сегодняшней публикации в рубрике «Советы и рекомендации».
Для начала давайте разберемся, что такое выпрямитель тока.
Выпрямитель переменного тока – это радиоэлектронное устройство, преобразовывающее переменный электрический ток в постоянный. Выпрямители бывают однополуперодными , двухполупериодными, с конденсаторным фильтром и стабилизированными.
Теперь будем разбираться от простого, к более сложному.
Однополупериодный простейший выпрямитель тока.
На рисунке ниже изображен график переменного синусоидального тока. Как видно, его синусоида периодически оказывается то в положительной области относительно оси t, то в отрицательной. Попытаемся его «выпрямить» диодом, и посмотрим, что из этого получится.
Диод – это полупроводниковый прибор с двумя электродами (катод и анод). Который имеет различную электрическую проводимость, зависящую от того, какой полярности напряжение к нему приложено. Проще говоря, он пропускает постоянный ток только в одну сторону, а от переменного только 1 полупериод. Работа выпрямителя хорошо видна на изображении внизу. Наблюдаются сильные пульсации тока от ноля до амплитудного значения. Сказать проще, такой выпрямитель тока никуда не годится.
Двухполупериодный простой выпрямитель тока.
Существует 2 схемы выпрямителей этого типа:
- Со средней точкой;
- Классическая, с диодным мостом (еще ее называют схемой Гретса).
Первая применяется редко, ввиду того, что для ее реализации требуется трансформатор со средней точкой на вторичной обмотке. Поэтому, мы не станем задерживаться и разбирать ее подробно. Вторя — самая распространенная и представляет больший интерес.
Для изготовления такого выпрямителя нам понадобятся:
- Трансформатор (с первичной обмоткой на 220 вольт и вторичной, к примеру, на 12в).
- Четыре диода или диодная сборка (подбираются по параметрам, в зависимости от требований к собираемому выпрямителю).
- Электролитический конденсатор (выбирается по емкости: чем больше емкость – тем чище и стабильней будет выходной ток. И по напряжению – оно должно быть выше, как минимум, в два раза, чем у выпрямителя).
Следует запомнить, что выпрямленный и отфильтрованный ток без нагрузки, будет выше по напряжению, чем заявленная вторичная обмотка тр-ра, примерно на 1,4.
Стабилизированный блок питания.
В принципе, это та же электросхема, что и предыдущая, только с добавлением стабилизатора на базе микросхемы К142ЕН12 (КРЕН12), или аналогичной. Следует знать, что напряжение на входе стабилизатора, должно превосходить то, которое требуется от блока питания не меньше чем на 1,5 вольта.
На этом, я думаю, можно закончить. Надеюсь, публикация была полезна. Удачи…
Стабилизатор напряжения 12 вольт
Напряжение постоянного тока для питания многих электрических устройств, гаджетов и электронных схем, требует стабилизации. Часто встречающиеся величины напряжений – 5, 9, 12 и 24 вольта. Наиболее востребованы преобразователи на 12 В. Питание генераторов, усилителей, светодиодных подсветок, зарядных устройств осуществляется именно этой величиной напряжения. Стабилизатор 12в является неотъемлемой частью схем блоков питания.
Разновидности 12В стабилизаторов
Подобные устройства могут быть собраны на транзисторах или на интегральных микросхемах. Их задача – обеспечить значение номинального напряжения Uном в нужных пределах, несмотря на колебания входящих параметров. Наиболее популярны следующие схемы:
- линейная;
- импульсная.
Схема линейной стабилизации представляет собой простой делитель по напряжению. Его работа заключается в том, что при подаче на одно «плечо» Uвх, на другом «плече» изменяется сопротивление. Это поддерживает Uвых в заданных пределах.
Важно! При такой схеме при большом разбросе значений между входным и выходным напряжениями происходит падение КПД (некоторое количество энергии переходит в тепло), и требуется применение теплоотводов.
Импульсная стабилизация контролируется ШИМ-контроллером. Он, управляя ключом, регулирует длительность токовых импульсов. Контроллер проводит сравнение величины опорного (заданного) напряжения с напряжением на выходе. Входное напряжение подаётся на ключ, который, открываясь и закрываясь, подаёт полученные импульсы через фильтр (ёмкость или дроссель) на нагрузку.
К сведению. Импульсные стабилизаторы напряжения (СН) обладают большим КПД, требуют меньшего отвода тепла, но электрические импульсы при работе создают помехи для электронных устройств. Самостоятельная сборка подобных схем имеет существенные сложности.
Классический стабилизатор
Такое устройство имеет в своём составе: трансформатор, выпрямитель, фильтры и узел стабилизации. Стабилизация обычно осуществляется при помощи стабилитронов и транзисторов.
Основную работу выполняет стабилитрон. Это своеобразный диод, который подключается в схему в обратной полярности. Рабочий режим у него – режим пробоя. Принцип работы классического СН:
- при подаче на стабилитрон Uвх < 12 В элемент находится в закрытом состоянии;
- при поступлении на элемент Uвх > 12 В он открывается и удерживает заявленное напряжение постоянным.
Внимание! Подача Uвх, превышающего максимальные значения, указанные для определённого вида стабилитрона, приводит к его выходу из строя.
Интегральный стабилизатор
Все элементы конструкции таких устройств располагаются на кристалле из кремния, сборка заключена в корпусе интегральной микросхемы (ИМС). Они собраны на базе двух типов ИМС: полупроводниковых и гибридно-плёночных. У первых компоненты твердотельные, у вторых – изготовлены из плёнок.
Главное! У таких деталей всего три вывода: вход, выход и регулировка. Такая микросхема может выдавать стабильно напряжение величиной 12 В при интервале Uвх = 26-30 В и токе до 1 А без дополнительной обвязки.
Целесообразность использования LT 1083/84/85
В схеме стабилизатора напряжения на 12 вольт может быть разная ИМС. В зависимости от серии микросхемы, условия для её работы разнятся. Микросборки серии LT 1083/84/85 можно применять для изготовления стабилизатора на такое напряжение.
К сведению. Ток на выходе LT 1083 может достигать 7 А, на LT 1084 и LT 1085 допустимые токи нагрузки – 5 А и 3 А, соответственно.
Конструкторы для радиолюбителей, поставляемые из Китая, предлагают самостоятельно собрать схему простого блока питания на подобной платформе стабилизаторов.
Стабилизатор, входящий в данную схему, выдаёт на выходе ток до 7,4 А. Резистор R2, позволяющий изменять величину выходного напряжения, можно заменить постоянным, подобрав его значение так, чтобы U на выходе было равно 12 В. Диоды подбираются на напряжение не менее 50 В и ток не менее 12 А.
Внимание! СН на этой микросхеме требует разницы напряжения между входом и выходом не менее 1,5 В. При выполнении этого условия ИМС будет выдавать стабильное напряжение. При этом она имеет тепловую защиту и защиту от превышения значения выходного тока.
Простой СН, сделанный своими руками
Стабилизатор напряжения 12 вольт для светодиодов, подсветок автомобильных бортовых систем быстро и удобно выполнять, используя для этого микросхемы: LM317, LD1084, L7812, КРЕН 8Б и им подобные устройства. Несколько диодов, сопротивление и сама микросхема – вот составляющие такого СН.
Стабилизатор на LM317
В зависимости от варианта изготовления корпуса LM317 подбирают расположение деталей на плате.
Изготовление стабилизатора сводится к следующему:
- к выходу (Vout) припаивают сопротивление с номинальным значением 130 Ом;
- к контакту входа (Vin) присоединяют провод, подающий напряжение для стабилизации;
- регулировочный вход (Adj) подключают ко второму выводу резистора.
При подключении в качестве нагрузки светодиодных фонарей, лент и т.д. радиатор не требуется. Сборка занимает 15-20 минут при минимуме деталей. Используя несложную формулу, можно рассчитывать величину сопротивления R для получения определённой величины допустимого тока нагрузки.
Схема на микросхеме LD1084
Поддержанию напряжения 12 В неизменным для устройств светодиодной иллюминации, подключённой к бортовой сети автомобиля, поможет применение данной микросборки.
Здесь для сборки самодельного СН в цепь обвязки микросхемы включаются:
- два электролитических конденсатора по 10 мкФ * 25 В;
- резисторы: 1 кОм (2 шт.), 120 Ом, 4,7 кОм (можно постоянный);
- диодный мост RS407.
Устройство собирается следующим образом:
- напряжение, снимаемое с диодного моста выпрямителя, подаётся на вход LD1084;
- на контакт, управляющий режимом стабилизации (Adj), присоединяют эмиттер транзистора КТ818, база которого соединена через два одноколонных сопротивления с цепями питания света фар (ближнего и дальнего);
- выходная цепь микросхемы соединена с резисторами R1 и R2, а также с конденсатором.
Кстати. Резистор R2 можно брать не переменный, а подстроечный, выставив с его помощью величину выходного напряжения 12 В.
Стабилизатор на диодах и сборке L7812
Подобная микросхема в связке с диодом и конденсаторами может снабжать светодиоды стабильным напряжением 12 В.
Схема построена по ниже изложенному принципу:
- диод Шоттки 1N401 пропускает через себя ток от плюсовой клеммы аккумулятора и подаёт его на вход микросхемы. При этом «+» электролита (конденсатора на 330 мкФ) также соединён с катодом диода;
- на выход L7812 присоединяют цепь нагрузки и «+» конденсатора ёмкостью 100 мкФ;
- все минусовые клеммы (от аккумулятора и обоих электролитических конденсаторов) соединяются с управляющим входом микросхемы.
Электролитические конденсаторы подбирают на напряжение не ниже 25 В.
Самый простой стабилизатор – плата КРЕН
Схемы с использованием крен довольно популярны. Так называют ИМС, в маркировку которых входят сочетания букв КР и ЕН. Это мощные СН, позволяющие выдавать на нагрузку ток до 1,5 А. Они имеют на выходе стабильные 12 В при подаче на вход напряжения до 35 В.
Схема с использованием этой микросхемы собирается так:
- напряжение с плюсовой клеммы АКБ (аккумуляторной батареи) на вход крен подаётся через диод 1N4007, он защищает цепь аккумулятора от обратных напряжений;
- минусовая клемма АКБ соединяется с управляющим электродом КРЕН;
- напряжение с выхода подаётся на нагрузку.
При необходимости микросхему прикручивают к радиатору.
Сборка своими руками стабилизаторов напряжения на 12 В с использованием схем линейных и интегральных СН не составляет особого труда. При этом необходимо следить за температурой нагрева корпуса элементов и при Т0С выше допустимой устанавливать их на теплоотводы (радиаторы).
Видео
Cамодельный блок питания на 12 вольт
Блок питания постоянного напряжения 12 вольт состоит из трех основных частей:
- Понижающий трансформатор с обычного входного переменного напряжения 220 В. На его выходе будет такое же синусоидальное напряжение, только пониженное до примерно 16 вольт по холостому ходу – без нагрузки.
- Выпрямитель в виде диодного моста. Он «срезает» нижние полусинусоиды и кладет их вверх, то есть получается напряжение, меняющееся от 0 до тех же 16 вольт, но в положительной области.
- Электролитический конденсатор большой емкости, который сглаживает полусинусоиды напряжения, делая их приближающимися к прямой линии на уровне в 16 вольт. Это сглаживание тем лучше, чем больше емкость конденсатора.
Самое простое, что нужно для получения постоянного напряжения, способного питать приборы, рассчитанные на 12 вольт – лампочки, светодиодные ленты и другое низковольтное оборудование.
Понижающий трансформатор можно взять из старого блока питания компьютера или просто купить в магазине, чтобы не заморачиваться с обмотками и перемотками. Однако чтобы выйти в конечном счете на искомые 12 вольт напряжения при работающей нагрузке, нужно взять трансформатор, понижающий вольт до 16.
Для моста можно взять четыре выпрямительных диода 1N4001, рассчитанных на нужный нам диапазон напряжений или аналогичные.
Конденсатор должен быть емкостью не менее 480 мкФ. Для хорошего качества выходного напряжения можно и больше, 1 000 мкФ или выше, но для питания осветительных приборов это совсем не обязательно. Диапазон рабочих напряжений конденсатора нужен, скажем, вольт до 25.
Компоновка прибора
Если мы хотим сделать приличный прибор, который не стыдно будет потом приделать в качестве постоянного блока питания, допустим, для цепочки светодиодов, нужно начать с трансформатора, платы для монтажа электронных компонентов и коробки, где все это будет закреплено и подключено. При выборе коробки важно учесть, что электрические схемы при работе разогреваются. Поэтому коробку хорошо найти подходящую по размерам и с отверстиями для вентиляции. Можно купить в магазине или взять корпус от блока питания компьютера. Последний вариант может оказаться громоздким, но в нем как упрощение можно оставить уже имеющийся трансформатор, даже вместе с вентилятором охлаждения.
Корпус блока питания 
Корпус блока питания
На трансформаторе нас интересует низковольтная обмотка. Если она дает понижение напряжения с 220 В до 16 В – это идеальный случай. Если нет, придется ее перемотать. После перемотки и проверки напряжения на выходе трансформатора его можно закрепить на монтажной плате. И сразу продумать, как монтажная плата будет крепиться внутри коробки. У нее для этого имеются посадочные отверстия.
Низковольтная обмотка 
Монтажная плата
Дальнейшие действия по монтажу будут проходить на этой монтажной плате, значит, она должна быть достаточной по площади, длине и допускать возможную установку радиаторов на диоды, транзисторы или микросхему, которые должны еще поместиться в выбранную коробку.
Диодный мост
Диодный мост собираем на монтажной плате, должен получиться такой ромбик из четырех диодов. Причем левая и правая пары состоят одинаково из диодов, подключенных последовательно, а обе пары параллельны друг другу. Один конец каждого диода маркирован полоской – это обозначен плюс. Сначала паяем диоды в парах друг к другу. Последовательно – это значит плюс первого соединен с минусом второго. Свободные концы пары тоже получатся – плюс и минус. Параллельно соединить пары – значит спаять оба плюса пар и оба минуса. Вот теперь имеем выходные контакты моста – плюс и минус. Или их можно назвать полюсами – верхним и нижним.
Схема диодного моста
Остальные два полюса – левый и правый – используются как входные контакты, на них подается переменное напряжение с вторичной обмотки понижающего трансформатора. А на выходы моста диоды подадут пульсирующее знакопостоянное напряжение.
Если теперь подключить параллельно с выходом моста конденсатор, соблюдая полярность – к плюсу моста – плюс конденсатора, он напряжение начнет сглаживать, причем настолько хорошо, насколько велика у него емкость. 1 000 мкФ будет достаточно, и даже ставят 470 мкФ.
Внимание! Электролитический конденсатор – прибор небезопасный. При неверном подключении, при подаче на него напряжения вне рабочего диапазона или при большом перегреве он может взорваться. При этом разлетается по округе все его внутреннее содержимое – лохмотья корпуса, металлической фольги и брызги электролита. Что весьма опасно.
Ну вот и получился у нас самый простой (если не сказать, примитивный) блок питания для приборов напряжением 12 V DC, то есть постоянного тока.
Проблемы простого блока питания с нагрузкой
Сопротивление, нарисованное на схеме – это эквивалент нагрузки. Нагрузка должна быть такова, чтобы ток, ее питающий, при подаваемом напряжении в 12 В не превысил 1 А. Можно рассчитать мощность нагрузки и сопротивление по формулам.
Откуда сопротивление R = 12 Ом, а мощность P = 12 ватт. Это значит, что если мощность будет больше 12 ватт, а сопротивление меньше 12 Ом, то наша схема начнет работать с перегрузкой, будет сильно греться и быстро сгорит. Решить проблему можно несколькими способами:
- Стабилизировать выходное напряжение так, чтобы при изменяющемся сопротивлении нагрузки ток не превышал максимально допустимого значения или при внезапных скачках тока в сети нагрузки – например, в момент включения некоторых приборов – пиковые значения тока срезались до номинала. Такие явления бывают, когда блок питания запитывает радиоэлектронные устройства – радиоприемники, и пр.
- Использовать специальные схемы защиты, которые бы отключали блок питания при превышении тока на нагрузке.
- Использовать более мощные блоки питания или блоки питания с большим запасом мощности.
Блок питания со стабилизатором на микросхеме
На рисунке ниже представлено развитие предыдущей простой схемы включением на выходе микросхемы 12-вольтового стабилизатора LM7812.
Блок питания со стабилизатором на микросхеме
Это уже лучше, но максимальный ток в нагрузке такого блока стабилизированного питания по-прежнему не должен превышать 1 А.
Блок питания повышенной мощности
Более мощным блок питания можно сделать, добавив в схему несколько мощных каскадов на транзисторах Дарлингтона типа TIP2955. Один каскад даст прибавку нагрузочного тока в 5 А, шесть составных транзисторов, подключенных параллельно, обеспечат нагрузочный ток в 30 А.
Транзисторы Дарлингтона типа TIP2955
Схема, обладающая такой выходной мощностью, требует соответствующего охлаждения. Транзисторы должны быть обеспечены радиаторами. Возможно, понадобится и дополнительный вентилятор охлаждения. Кроме того, можно защититься еще плавкими предохранителями (на схеме не показано).
На рисунке показано подключение одного составного транзистора Дарлингтона, дающего возможность увеличения выходного тока до 5 ампер. Можно увеличивать и дальше, подключая новые каскады параллельно с указанным.
Подключение одного составного транзистора Дарлингтона
Внимание! Одним из главных бедствий в электрических цепях является внезапное короткое замыкание в нагрузке. При этом, как правило, возникает ток гигантской силы, который сжигает все на своем пути. В этом случае сложно придумать такой мощный блок питания, который способен это выдержать. Тогда применяют схемы защиты, начиная от плавких предохранителей и кончая сложными схемами с автоматическим отключением на интегральных микросхемах.
