Электроника для начинающих

Когда мы делаем расчеты для схемы, как правило, мы предполагаем, что все элементы питаются от идеального генератора напряжения. Генераторы тока очень распространены и используются для моделирования, т. е. объяснения устройств и отдельных компонентов с помощью математических формул. Например, математическая модель биполярного транзистора включает в себя генератор тока.

Источники питания

Зависеть от батарей неудобно и дорого. Каждая уважающая себя лаборатория имеет один или несколько источников питания. Существуют источники питания как с фиксированным напряжением, так и регулируемые. Лабораторные блоки питания имеют регулировки для напряжения и тока. Если мы хотим ограничить ток в цепи на 1 А, мы можем выставить это значение по нашему желанию. Перед подключением цепи сначала устанавливаем необходимое напряжение и ток, а затем подключаем цепь. Если цепь будет требовать более высокого тока, чем обеспечивает блок питания, то включится предупреждающий индикатор. Профессиональные источники питания показывают заданные значения на цифровом дисплее или дисплее со стрелкой. Блоки питания могут обеспечить напряжение до 30–50 вольт и тока до десятков ампер. Некоторые «двойные» модели сочетают в себе два блока питания в одном и обеспечивают удвоенные напряжения, например +/− 12 вольт.

Как работает блок питания?

Блок питания (БП) подключается к сети переменного тока 220 В и преобразовывает его в постоянный ток пониженного напряжения. Для производства БП с течением времени использовались различные технологии. Самый простой способ состоит в использовании диода и трансформатора. Трансформатор необходим для уменьшения напряжения, например, с 220 В до 5 В. Диод пропускает только тот ток, который проходит в прямом направлении. Результатом является пульсирующий ток, который может быть выровнен при помощи электролитического конденсатора большой емкости. Конденсатор преобразует напряжение, которое подвержено внешним помехам. Такой стабилизатор называется однополупериодным выпрямителем.

До недавнего времени наиболее распространенным решением для создания источника питания было использование выпрямительного моста. Это устройство из четырех диодов, соединенных особым образом и способных выправить оба «изгиба» переменного тока, объединив их вместе. Его также называют диодный мост.

Рис. 7.5. Электрическая схема однополупериодного выпрямителя

Вы можете купить уже готовый мостовой выпрямитель с четырьмя диодами либо соорудить его с помощью диодов. Мост имеет четыре вывода: на два из них поступает переменный ток, а два других используются для вывода «выпрямленного» тока. Переменный ток в положительной фазе может протекать только через два диода; в отрицательной фазе он протекает через два других диода. Диоды подключены таким образом, чтобы предоставлять так называемый квазипостоянный ток (пульсирующий).

Рис. 7.6. Электрическая схема диодного моста

Последовательность полуволн, которые выходят из мостового выпрямителя, выравниваются конденсатором. Для большей стабилизации напряжений интегральных схем были изобретены регулирующие интегральныесхемы, очень стабильно и точно выравнивающие напряжение. Существуют стабилизаторы как фиксированного, так и регулируемого напряжения.

Избыточное напряжение преобразуется в тепло, в результате чего эти компоненты могут сильно нагреваться. Для рассеивания тепла добавляют охлаждающие ребра.

В последние годы преобладающей технологией для источников питания является импульсный источник питания, который не требует использование трансформатора. Импульсные источники питания обладают высокой производительностью и не нагреваются, в отличие от источников питания с регулятором напряжения, потому что не используют резистивные методы для уменьшения напряжения. Их принцип работы довольно прост: сигнал на их выходе прерывается ритмично и регулярно, так что могут проходить только выровненные или стабилизированные импульсы от катушек и конденсаторов.

Построим стабилизированный источник питания

Многие электронные схемы, которые используют микроконтроллеры или цифровые микросхемы, требуют для своей работы напряжения ровно 5 В. Такое напряжение трудно получить при помощи батарей. В интернете можно купить лабораторные блоки питания по довольно доступной цене. Для первых экспериментов мы можем собрать небольшой регулятор, используя источник питания мобильного телефона или ненужного электроприбора. Мы изменим его, чтобы построить стабилизированный источник питания на 5 В. Представленная схема в реальности работает также с батареями, при условии, что они имеют более высокое напряжение, чем требуется схеме.

Рис. 7.7. Электрическая схема стабилизатора напряжения на базе 7805

Сердцем нашего источника питания будет стабилизированный регулятор напряжения: специальный компонент, который напоминает транзистор, но на самом деле это комплексная миниатюрная электронная схема.