Юный техник, 2010 № 09

Журнал Юный техник

Можно устроить игру, в которой выиграет либо тот, кто построит больше всего фигур из наименьшего числа спичек, либо тот, кто придумает самую красивую фигуру из одинакового числа спичек.

На рисунке 21 изображена церковь с оградой и деревом, причем на всю картину пошло ровно 100 спичек.

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Блоки питания

Окончание. Начало в предыдущем номере.

Самый

простой стабилизатор напряжения любого блока питания (БП) — это буферная аккумуляторная батарея (АКБ). Когда-то я приобрел импортный KB-трансивер, потребляющий более 20 А при напряжении 12… 13,6 В. Строить блок питания на четверть киловатта с трансформатором и сглаживающими конденсаторами огромной емкости не хотелось.

Проблема решилась на удивление просто — поставил на балконе старую АКБ, отслужившую свое на автомобиле, и провел от нее толстые провода к трансиверу. Другие провода — тонкие — шли от АКБ к простейшему маломощному БП с трансформатором и двухполупериодным выпрямителем, отдающему ток не более нескольких сотен миллиампер (рис. 1).

Он не выключался сутками, поддерживая АКБ в заряженном состоянии, а при работе трансивера АКБ отдавала нужный ему ток, расходуя накопленный заряд. Любопытно, что в таком режиме многие и совсем плохие АКБ частично восстанавливают свои свойства.

Система оказалась настолько хороша, что используется до сих пор, и всегда на столе есть гарантированно постоянное напряжение 12,6 В. Вольтметр постоянно подключен к АКБ и всегда показывает выходное напряжение.

Кислотная свинцовая АКБ, полностью заряженная и выдержанная без нагрузки в течение нескольких часов, должна иметь напряжение (в данном случае оно соответствует ЭДС) около 12,7 В. Полностью разряженная — 12,0 В. Так что по напряжению можно судить о степени заряженности АКБ.

Вольтметр годится любого типа — просто подберите добавочное сопротивление к имеющейся у вас головке. При желании можно сделать шкалу растянутой для большей точности отсчета.

Для этого включите последовательно с головкой и ее добавочным сопротивлением маломощный стабилитрон на 10 В (рис. 2).

Тогда стрелка головки начнет отклоняться лишь по достижении напряжения в 10 В, а далее вольтметр будет работать, как обычно. Например, если вы подберете добавочное сопротивление так, чтобы из головки получился вольтметр на 5 В, и затем подключите стабилитрон, то получится вольтметр со шкалой от 10 до 15 В. Если нет стабилитрона точно на 10 В, а есть, скажем, на 9,1 В (КС191), включите последовательно с ним один или даже несколько маломощных диодов, как показано на том же рисунке 2. Каждый кремниевый диод увеличивает напряжение стабилизации на 0,5 В, а германиевый — на 0,15 В. На стабилитроне легко построить и простейший параллельный стабилизатор напряжения (рис. 3).

Он содержит всего две детали — балластный резистор R1 и стабилитрон VD1. Выходное напряжение определяется стабилитроном, балластный резистор рассчитывают по формуле:

R ₁= (U _ист— U _cт)/I _max,

где U _ист— напряжение источника, U _ст— стабилизированное напряжение, I _max— максимальный ток, отдаваемый в нагрузку. Он не должен превосходить максимально допустимого для данного типа стабилитрона. От источника же данный стабилизатор всегда потребляет ток I _max, при подключении нагрузки происходит лишь перераспределение тока между ней и стабилитроном. Следовательно, КПД этого стабилизатора в большинстве случаев крайне низок, и используют его лишь в маломощных устройствах. Зато он не боится коротких замыканий (КЗ) выхода!

Недостаток параллельного стабилизатора в том, что он всегда потребляет от источника (выпрямителя) ток, равный максимальному. Если вы не используете весь этот ток или совсем отключили нагрузку, стабилизатор только бесполезно «перегоняет» электричество в тепло. Более совершенны стабилизаторы с последовательным включением регулирующего элемента, обычно транзистора средней или большой мощности. Основой такого устройства служит маломощный параллельный стабилизатор, который мы уже изучили. Но его стабильное напряжение передается в нагрузку более мощным эмиттерным повторителем, собранным на транзисторе VT1 (см. рис. 4).

А ток в нагрузку от выпрямителя идет именно такой, какой нагрузка и потребляет. Конденсатор С1 в этом устройстве — обычный сглаживающий конденсатор диодного выпрямителя. Его емкость обычно — несколько тысяч микрофарад. Если же источником служит АКБ, конденсатора может и не быть. Элементы R1 и VD1 образуют маломощный параллельный стабилизатор на ток 5…20 мА. Максимальный ток нагрузки будет в В _ст раз больше (напомним, что В _ст— коэффициент передачи транзистора VT1 по току, обычно 30… 100).

Если такого тока недостаточно, можно применить составной транзистор.

Напряжение стабилизации VD1 должно быть примерно на 0,6 В больше, чем требуемое выходное напряжение всего стабилизатора. На транзисторе VT1 при максимальном токе нагрузки рассеивается значительная мощность, которую оценивают по формуле

P = (U _ист— U _cт)/I _max,

Обращайте внимание на справочные данные транзистора, его допустимые рассеиваемая мощность и ток должны быть не меньше расчетных значений.

К недостаткам этого стабилизатора относится отсутствие защиты от перегрузки слишком большим током и от короткого замыкания на выходе. Однако такую защиту легко ввести, использовав еще один маломощный транзистор VT2 и проволочный резистор R2 с небольшим сопротивлением (рис. 5).

Его рассчитывают так: R2 = 0,5/I _max. Например, если I _max= 1 А, то R2=0,5 Ом.

При допустимых токах нагрузки транзистор VT2 закрыт и никак не влияет на работу устройства, если же ток больше I _max, то падение напряжения на резисторе R2 превысит 0,5 В — порог открывания транзистора, и он откроется, снижая напряжение на базе транзистора VT1, а следовательно, и на нагрузке.