Составитель: Никитин Вильямс Адольфович

«В помощь радиолюбителю»

Выпуск 9

(Электроника своими руками)

Глава 1

БЛОКИ ПИТАНИЯ

1.1. Блок питания для «Славы»

Верхало Ю. [1]

Хотя этот миниатюрный блок питания предназначен для замены элемента 373 в электромеханическом будильнике, его можно использовать и для питания других устройств, если они рассчитаны на напряжение питания 1,5 В и потребляемый ток не более 300 мА. Принципиальная схема блока приведена на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема блока питания

Малые габариты блока обеспечиваются отсутствием сетевого трансформатора и использованием гасящего конденсатора С1.

В качестве выпрямителя применяется диодный мост VD1-VD4, который нагружен двумя последовательно включенными в прямом направлении диодами VD5, VD6. Такое включение эквивалентно включению стабилитронов.

Резистор R1 предназначен для разряда гасящего конденсатора после отключения блока питания от электросети.

В связи с отсутствием разделительного сетевого трансформатора все элементы этого блока питания и подключенного к нему питаемого устройства находятся под напряжением сети, и необходимо остерегаться поражения электрическим током.

1.2. Сетевой миниатюрный

Янцев В. [2]

Габариты этого блока питания — 70х40х40 мм, выходное стабилизированное напряжение — 5 В ± 10 %, наибольший ток нагрузки — 200 мА. Принципиальная схема блока питания показана на рис. 2.

Рис. 2. Принципиальная схема сетевого миниатюрного блока питания

Первичная обмотка сетевого трансформатора подключается к сети переменного тока через гасящий конденсатор С1, а вторичная нагружена на диодный мост VD1. Выпрямленное напряжение с фильтрующего конденсатора С2 поступает на стабилизатор напряжения, выполненный по классической схеме на транзисторе VT1 и стабилитроне VD2. Выходное напряжение дополнительно сглаживается конденсаторами С3 по низкой частоте и С4 — по высокой. Резистор R1 предназначен для разряда гасящего конденсатора после отключения блока питания от электросети. Сопротивление резистора R2 обеспечивает оптимальный ток стабилитрона.

Трансформатор Т1 собирается на магнитопроводе Ш10х10.

Автор в статье приводит следующие намоточные данные трансформатора: первичная обмотка — 4600 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,1 мм, вторичная обмотка — 250 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,3 мм.

Налаживание устройства сводится к подбору емкости конденсатора С1, на котором должно падать 100–120 В переменного напряжения. Кроме того, нужно подобрать сопротивление резистора R2: ток через него, который находится делением напряжения на конденсаторе С2 на сопротивление R2, должен быть примерно равен 30 мА.

Все элементы схемы размещаются на печатной плате, как показано на рис. 3.

Рис. 3. Печатная плата сетевого миниатюрного блока питания

1.3. Блок питания для компьютера типа «Балтик»

Сапожников М. [3]

Схема этого сетевого блока питания обеспечивает получение выходного стабилизированного напряжения 5 В при токе нагрузки до 4 А. Принципиальная схема блока приведена на рис. 4.

Рис. 4. Принципиальная схема блока питания для компьютера

Сетевое напряжение трансформируется и поступает на выпрямительный диодный мост VD1-VD4 с фильтрующим конденсатором С2. Конденсатор С1 предназначен для снижения уровня помех в электросети. Электронный стабилизатор выходного напряжения собран на составном проходном транзисторе VT2, VT3 и аналоге стабилитрона — одном элементе микросхемы DD1 типа 4И-НЕ. Входное напряжение этого элемента образовано падением напряжения на резисторе R1 от тока, протекающего с вывода питания микросхемы (вывод 14) через входную цепь микросхемы на выводы входа (выводы 1, 2, 4, 5), резистор R1 на общий провод. Логический элемент используется в качестве усилителя постоянного тока. Конденсатор С6 предохраняет схему от самовозбуждения за счет отрицательной обратной связи по переменному току. Транзистор VT1 применен в диодном включении. Конденсаторы С3-С5 снижают выходное сопротивление блока по высокой частоте.

Установка выходного напряжения производится подбором сопротивления резистора R1. Сетевой трансформатор Т1 должен обеспечить напряжение вторичной обмотки не менее 7 В при токе 5 А.

1.4. Блок питания на ТВК-110ЛМ

Нечаев И. [4]

Предлагаемый блок питания вырабатывает двуполярное стабилизированное напряжение, регулируемое одновременно в пределах от 5 до 25 В с помощью одного переменного резистора при токе нагрузок до 1 А. Схема защищена от перегрузки по току в одном или обоих каналах, при которой выходное напряжение обоих каналов одновременно резко уменьшается. Принципиальная схема блока показана на рис. 5.

Рис. 5. Принципиальная схема блока питания на ТВК-110ЛM

Трансформаторы ТВК-110ЛМ по первичным обмоткам подключены к сети переменного тока параллельно, а их вторичные обмотки соединены последовательно, средняя точка которых подключена к общему проводу. Таким образом, с помощью диодов VD1-VD4 образуются два двухполупериодных выпрямителя со средней точкой. Один из них создает положительное выпрямленное напряжение на конденсаторе С1, другой — отрицательное на конденсаторе С2. Электронный стабилизатор положительного напряжения собран на транзисторах VT1, VT2, VT10 с источником опорного напряжения VT9, VD5. Стабилизатор отрицательного напряжения собран на транзисторах VT4, VT5, VT6, а опорное напряжение снимается с точки соединения резисторов R7 и R8.

Защита от перегрузки канала положительного напряжения содержит резистор R3 и транзистор VT7. Если ток нагрузки превысит 1,2 А, падением напряжения на R3 откроется транзистор VT7, уменьшится потенциал базы VT1 и выходное напряжение, что приведет к запиранию транзистора VT10. Теперь на базу VT4 поступит отрицательное напряжение и уменьшится потенциал базы VT5. Значит, понизится также и выходное отрицательное напряжение. Аналогично работает защита от перегрузки канала отрицательного напряжения.

Регулировка выходных напряжений осуществляется переменным резистором R5. Когда изменяется выходное положительное напряжение, должно также измениться и выходное отрицательное напряжение, чтобы потенциал точки соединения резисторов R7 и R8 оказался по-прежнему равен нулю.

Размещение некоторых элементов схемы на печатной плате показано на рис. 6.

Рис. 6. Печатная плата блока питания на ТВК-110ЛM

1.5. Источник питания повышенной мощности

Гвоздицкий Г. [5]

Этот блок разработан для питания различного автомобильного электрооборудования в процессе ремонта или профилактики транспортного средства, включая заряд аккумуляторной батареи. Однако он может использоваться и для питания любых других устройств, рассчитанных на напряжение от 8 до 12 В и потребляющих ток до 20 А. Принципиальная схема устройства приведена на рис. 7.

Рис. 7. Принципиальная схема блока питания повышенной мощности

Вторичные обмотки сетевого трансформатора Т1 соединены последовательно и согласно со средней точкой (выводы 13, 14). Переменное напряжение на каждой половине вторичной обмотки (выводы 9-13 и 14-8) составляет 12,6 В.

Диоды VD1-VD4 образуют двухполупериодный выпрямитель со средней точкой. Выпрямленное напряжение, сглаженное конденсатором С1 большой емкости, подается на стабилизатор напряжения DA1 с опорным напряжением стабилитрона VD5. С выхода стабилизатора напряжение подается на базы трех транзисторов VT1-VT3, включенных параллельно по схеме эмиттерного повторителя. Конденсатор С2 дополнительно сглаживает опорное напряжение. Выпрямитель VD6, СЗ служит для питания сигнального светодиода HL1 с резистором ограничения тока R2.

В схеме используется унифицированный трансформатор типа ТН61-127/220-50, имеющий четыре вторичные обмотки с напряжением каждой по 6,3 В без использования отводов. В выпрямителе использованы германиевые диоды, у которых прямое падение напряжения значительно меньше, чем у кремниевых, что снижает их нагрев и потери энергии. Выпрямительные диоды VD1-VD4, микросхема DA1 и транзисторы VT1-VT3 установлены на ребристом радиаторе размерами 21 Ох 130х 36 мм через изолирующие слюдяные прокладки.

Выходное напряжение блока питания можно изменять, подбирая стабилитрон VD5.

1.6. Экономичный блок питания

Барабошкин Д. [6]

Обычные блоки питания содержат сетевой трансформатор, с помощью которого переменное напряжение электросети понижается до необходимого уровня, после чего выпрямляется. Габариты и масса таких блоков питания в значительной мере определяются размерами сетевого трансформатора. Предлагаемый блок питания обеспечивает получение выходных напряжений ± 25 В при токе нагрузки до 3,5 А, что соответствует выходной мощности 175 Вт. Для этого при обычной схеме потребовался бы сетевой трансформатор на сердечнике Ш32х 50 с габаритами 96х80х50 мм и массой 3 кг.

В предлагаемой схеме блока питания сетевой трансформатор отсутствует. После бестрансформаторного выпрямителя установлен преобразователь выпрямленного напряжения в переменное напряжение высокой частоты, которое трансформируется и выпрямляется. Высокочастотный трансформатор имеет малые габариты и небольшое значение числа витков на один вольт напряжения. В результате габариты всего блока оказались равными 170x80x35 мм, а масса — 450 г.

Принципиальная схема блока приведена на рис. 8.

Рис. 8. Принципиальная схема экономичного блока питания

Напряжение сети переменного тока выпрямляется диодным мостом VD1 и сглаживается конденсаторами C1, С2. Подключенные к ним параллельно конденсаторы С3 и С4 малой емкости препятствуют прониканию высокочастотных помех в сеть. Последовательное соединение конденсаторов и подключение к ним резисторов R2 и R3 создают искусственную среднюю точку выпрямленного напряжения, которое поступает на генератор частоты 27 кГц с индуктивной обратной связью, собранный на транзисторах VT1 и VT2. Транзисторы нагружены на первичную обмотку трансформатора Т1, с обмотки III которого напряжение обратной связи поступает на обмотку I вспомогательного трансформатора Т2. С его обмоток II и III напряжение положительной обратной связи подается на базы транзисторов. На транзисторе VT3 собран узел запуска. При подаче питания начинает заряжаться конденсатор С5, и при достижении на нем напряжения 60 В отпирается транзистор VT3, разряжая конденсатор на эмиттерный переход транзистора VT2, чем осуществляется запуск генератора. Напряжение с обмотки III трансформатора Т1 выпрямляется диодным мостом и после сглаживания конденсаторами С6-С9 поступает на выходы.

Трансформаторы Т1 и Т2 наматываются проводом ПЭВ-2 на кольцах из феррита марки 2000НН. Для трансформатора Т1 склеиваются два кольца К31х18,5х7. Обмотка I содержит 82 витка провода диаметром 0,5 мм, обмотка II — 16 + 16 витков провода диаметром 1 мм, обмотка III — 2 витка диаметром 0,3 мм. Трансформатор Т2 намотан на кольце К10x6x5.

Обмотка I содержит 10 витков провода диаметром 0,3 мм, обмотки II и III — по 6 витков того же провода. Для изоляции между обмотками используется лента из лакоткани. Обмотка II трансформатора Т1 — трехслойная. Транзисторы VT1 и VT2 монтируют на радиаторах площадью не менее 50 см^2 каждый.

Диоды VD2-VD5 снабжены радиаторами в виде пластин.

Во время эксплуатации блока оказалось, что он излучает высокочастотные помехи. Для их устранения рекомендована установка дополнительного конденсатора емкостью от 2000 пФ до 0,01 мкФ с рабочим напряжением не менее 350 В между точкой соединения резисторов R2, R3 и средним выводом обмотки II трансформатора Т1.

Глава 2

ИСПЫТАТЕЛИ ТРАНЗИСТОРОВ

2.1. Самый простой…

Шишенков В. [7]

Принципиальная схема достаточно простого испытателя маломощных транзисторов приведена на рис. 9. Он представляет собой генератор звуковой частоты, который при исправном транзисторе VT возбуждается, и излучатель НА1 воспроизводит звук.

Рис. 9. Схема простого испытателя транзисторов

Питание устройства осуществляется от батареи GB1 типа 3336Л напряжением от 3,7 до 4,1 В. В качестве звукоизлучателя используется высокоомный телефонный капсюль. При необходимости проверки транзистора структуры n-p-n достаточно поменять полярность включения батареи питания. Эту схему можно также использовать в качестве звукового сигнализатора, управляемого вручную кнопкой SA1 или контактами какого-либо устройства.

2.2. Прибор для проверки исправности транзисторов

Кирсанов В. [8]

С помощью этого несложного прибора можно проверять транзисторы, не выпаивая их из того устройства, в котором они установлены. Необходимо лишь отключить там питание.

Принципиальная схема прибора приведена на рис. 10.

Рис. 10. Схема прибора для проверки исправности транзисторов

Если выводы испытуемого транзистора Vx подключить к прибору, он совместно с транзистором VT1 образует схему симметричного мультивибратора с емкостной связью, и если транзистор исправен, мультивибратор будет генерировать колебания звуковой частоты, которые после усиления транзистором VT2 воспроизведутся звукоизлучателем В1. С помощью переключателя S1 можно изменить полярность напряжения, поступающего на проверяемый транзистор согласно его структуре.

Вместо старых германиевых транзисторов МП 16 можно использовать современные кремниевые КТ361 с любым буквенным индексом.

2.3. Испытатель транзисторов средней и большой мощности

Васильев В. [9]

С помощью этого прибора есть возможность измерить обратный ток коллектор-эмиттер транзистора IКЭ и статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером h21Э при разных значениях тока базы. Прибор позволяет измерять параметры транзисторов обеих структур. На принципиальной схеме прибора (рис. 11) показаны три группы входных клемм. Группы Х2 и ХЗ предназначены для подключения транзисторов средней мощности с разным расположением выводов. Группа XI — для транзисторов большой мощности.

Кнопками S1-S3 устанавливается ток базы испытуемого транзистора: 1,3 или 10 мА Переключателем S4 можно изменить полярность подключения батареи питания в зависимости от структуры транзистора. Стрелочный прибор РА1 магнитоэлектрической системы с током полного отклонения 300 мА измеряет ток коллектора. Для питания прибора используется батарея GB1 типа 3336Л.

Рис. 11. Схема испытателя транзисторов средней и большой мощности

Перед подключением испытуемого транзистора к одной из групп входных клемм нужно установить переключатель S4 в положение, соответствующее структуре транзистора. После его подключения прибор покажет значение обратного тока коллектор-эмиттер. Затем одной из кнопок S1-S3 включают ток базы и измеряют ток коллектора транзистора. Статический коэффициент передачи тока h21Э определяется делением измеренного тока коллектора на установленный ток базы. При оборванном переходе ток коллектора равен нулю, а при пробитом транзисторе загораются индикаторные лампы H1, Н2 типа МН2,5–0,15.

2.4. Испытатель транзисторов со стрелочным индикатором

Вардашкин А. [10]

При использовании этого прибора можно измерить обратный ток коллектора IКБО и статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером h21Э маломощных и мощных биполярных транзисторов обеих структур. Принципиальная схема прибора показана на рис. 12.

Рис. 12. Схема испытателя транзисторов со стрелочным индикатором

Испытуемый транзистор подключается к клеммам прибора в зависимости от расположения выводов. Переключателем П2 устанавливается режим измерения для маломощных или мощных транзисторов. Переключатель ПЗ изменяет полярность батареи питания в зависимости от структуры контролируемого транзистора. Переключатель П1 на три положения и 4 направления служит для выбора режима. В положении 1 измеряется обратный ток коллектора IКБО при разомкнутой цепи эмиттера. Положение 2 служит для установки и измерения тока базы Iб. В положении 3 измеряется статический ко- эффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером h21Э.

При измерении обратного тока коллектора мощных транзисторов параллельно измерительному прибору РА1 переключателем П2 подключается шунт R3. Установка тока базы производится переменным резистором R4 под контролем стрелочного прибора, который при мощном транзисторе также шунтируется резистором R3. Для измерений статического коэффициента передачи тока при маломощных транзисторах микроамперметр шунтируется резистором R1, а при мощных — резистором R2.

Схема испытателя рассчитана на применение в качестве стрелочного прибора микроамперметра типа М592 (или любого другого) с током полного отклонения 100 мкА, нулем посредине шкалы (100-0-100) и сопротивлением рамки 660 Ом. Тогда подключение к прибору шунта сопротивлением 70 Ом дает предел измерения 1 мА, сопротивлением 12 Ом — 5 мА, а 1 Ом — 100 мА. Если использовать стрелочный прибор с другим значением сопротивления рамки, придется пересчитать сопротивления шунтов.

2.5. Испытатель мощных транзисторов

Белоусов А. [11]

Этот прибор позволяет измерять обратный ток коллектор-эмиттер IКЭ, обратный ток коллектора IКБО, а также статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером h21Э мощных биполярных транзисторов обеих структур. Принципиальная схема испытателя показана на рис. 13.

Рис. 13. Принципиальная схема испытателя мощных транзисторов

Выводы испытуемого транзистора подключаются к клеммам ХТ1, ХТ2, ХТЗ, обозначенных буквами «э», «к» и «б». Переключатель SB2 используется для переключения полярности питания в зависимости от структуры транзистора. Переключателями SB1 и SB3 пользуются в процессе измерений. Кнопки SB4-SB8 предназначены для изменения пределов измерения путем изменения тока базы.

Для измерения обратного тока коллектор-эмиттер нажимают кнопки SB1 и SB3. При этом отключается база контактами SB 1.2 и отключается шунт R1 контактами SB 1.1. Тогда предел измерения тока составляет 10 мА. Для измерения обратного тока коллектора отсоединяют вывод эмиттера от клеммы ХТ1, подключают к ней вывод базы транзистора и нажимают кнопки SB1 и SB3. Полное отклонение стрелки вновь соответствует току 10 мА.

Для измерения коэффициента передачи тока при подключении всех выводов транзистора нажимают одну из кнопок SB4-SB8, задавая ток базы, и кнопку SB3. При этом показания стрелочного прибора (шкала -100 делений) нужно умножить на коэффициент, показанный над кнопкой заданного тока базы.

Испытатель рассчитан на применение микроамперметра типа М24 с током полного отклонения 100 мкА и сопротивлением рамки 750 Ом. С учетом шунтов R1 и R2 полное отклонение стрелки должно происходить при токе в цепи, равном 200 мА. Для этого сопротивление резистора R1 должно быть равно 0,52 Ом. Но из-за естественного разброса сопротивлений R2 и R3 целесообразно подобрать сопротивление шунта R1 так, чтобы полное отклонение стрелки происходило при токе в цепи, равном 200 мА. Нужно также подобрать сопротивления резисторов R4-R8 так, чтобы ток базы был равен 20, 6.6, 4.2 и 1 мА соответственно при нажатии кнопок от SB4 до SB8.

Глава 3

ПРОСТЫЕ РАДИОПРИЕМНИКИ

3.1. Экономичный приемник с фиксированной настройкой

Левченко С. [12]

Особенность этого радиоприемника состоит в чрезвычайно низком напряжении питания и малом потреблении тока. Он сохраняет работоспособность даже при напряжении питания, равном 0,3 В, потребляя всего 160 мкА. Это позволяет использовать самодельные источники питания, например две пластинки из разных металлов с прокладкой между ними в виде влажного мякиша из ржаного хлеба. Принципиальная схема приемника приведена на рис. 14.

Рис. 14. Схема экономичного приемника с фиксированной настройкой

Входная цепь приемника образована магнитной антенной WA1. Колебательный контур L1, С1 настроен на частоту выбранной радиостанции, a L2 — катушка связи. Конденсатор С2 препятствует замыканию постоянной составляющей тока базы VT1 на землю. На транзисторах VT1 и VT2 собраны одинаковые каскады усилителя радиочастоты с контурами в цепях коллекторов L4, С3 и L6, С6, а также с развязывающими фильтрами L3, С4 и L5, С7. Во избежание ухудшения добротности контуров сигнал снимается с отводов катушек. Резисторы R2 и R4 служат для увеличения входных сопротивлений транзисторов. На транзисторе VT3 собран рефлексный каскад.

Индуктивность L7 высокочастотного трансформатора является нагрузкой усилителя радиочастоты, а сигнал с катушки L8 детектируется диодом VD1. С нагрузки детектора R7 низкочастотный сигнал через конденсатор С9 поступает вновь на базу транзистора, усиливается и воспроизводится телефонным капсюлем BF1.

Катушка L1 намотана виток к витку проводом ПЭЛШО диаметром 0,12 мм на гильзе магнитной антенны и содержит 115 витков, катушка L2 — 10 витков провода ПЭЛШО диаметром 0,2 мм. Стержень антенны — из феррита 400НН диаметром 10 мм и длиной 200 мм. Катушки L4, L6 намотаны на кольцах К7х4х2 из феррита 600НН и содержат по 55 витков провода ПЭЛШО диаметром 0,12 мм с отводом от 17 витков, считая от «горячего» вывода катушки. Дроссели L3, L5 намотаны на таких же кольцах и содержат по 260 витков провода ПЭЛ диаметром 0,1 мм. И на таком же кольце намотаны катушки трансформатора: L7 — 130 витков провода ПЭЛ диаметром 0,12 мм, L8 — 170 витков провода ПЭЛ диаметром 0,1 мм. BF1 — головные телефоны сопротивлением не менее 1600 Ом.

Колебательные контуры приемника настраивают на одну из радиостанций средневолнового диапазона.

3.2. Простой карманный приемник

Балек Я. [13]

Этот приемник рассчитан на громкоговорящий радиоприем одной станции в диапазоне ДВ и одной — в диапазоне СВ. Принципиальная схема приемника показана на рис. 15.

Рис. 15. Принципиальная схема простого карманного приемника

Входное устройство приемника — магнитная антенна МА. Переключение диапазонов осуществляется сменой конденсаторов входного контура, подключенных к катушке L1: С1, С2 — для диапазона ДВ или СЗ, С4 — для диапазона СВ. С катушки связи L2 принятый сигнал радиочастоты подается на вход первого каскада, собранного по рефлексной схеме. Нагрузкой по высокой частоте является катушка L3, а с катушки L4 сигнал поступает на детектор Д1, нагрузкой которого служит входное сопротивление транзистора Т1. Конденсатор С5 заземляет высокочастотную составляющую продетектированного сигнала. Для повышения коэффициента передачи диод детектора приоткрыт небольшим отпирающим током через резисторы R3 и R2. Конденсаторы С6 и С7 — развязывающие.

Нагрузкой этого же каскада по низкой частоте служит резистор R3, с которого через разделительный конденсатор С8 низкочастотный сигнал подается в цепь базы транзистора ТЗ.

РГ — регулятор громкости. Транзистор Т2 нагружен фазоинверсным трансформатором Тр1, который обеспечивает работу двухтактного выходного каскада, собранного на транзисторах ТЗ и Т4. Динамическая головка Гр1 подключена на выход через разделительный конденсатор СЮ. Питание приемника напряжением 4,5 В производится от батареи 3336Л.

Ферритовый стержень магнитной антенны имеет диаметр 8 мм и длину 100 мм. Катушка L1 намотана литцендратом 7x0,09 виток к витку и содержит 100 витков. Катушка L2 — 8 витков того же литцендрата. Катушки L3 и L4 намотаны на ферритовом кольце с наружным диаметром 10 мм и содержит соответственно 60 и 160 витков провода ПЭЛ диаметром 0,1 мм. Трансформатор Тр1 собран на сердечнике из пермаллоя сечением 0,3 см^2. Обмотки намотаны проводом ПЭЛ диаметром 0,08 мм. Обмотка I содержит 1500 витков, а обмотки II и III — по 530 витков.

Все транзисторы можно заменить современными КТ361 с любым буквенным индексом, диод детектора — диодом Д9, динамическую головку — головкой 0,1ГД-6 или другой с сопротивлением звуковой катушки 10 Ом.

3.3. Экономичный радиоприемник

Прокопцев Ю. [14]

Предлагается несложный радиоприемник для приема радиовещания в диапазоне длинных волн, собранный всего на четырех германиевых транзисторах. Принципиальная схема этого приемника приведена на рис. 16.

Рис. 16. Принципиальная схема экономичного радиоприемника

Сигнал, принятый магнитной антенной WA1, с помощью катушки связи L2 поступает на базу транзистора VT1, работающего в каскаде усиления радиосигнала. С коллекторной нагрузки — дроссель L3 — сигнал подается на базу транзистора VT2, выполняющего функции детектора. Нагрузкой детектора является эмиттерный переход транзистора VT3 — первого каскада усилителя звуковой частоты. Выходной каскад усилителя собран на транзисторе VT4 по схеме с общим эмиттером и непосредственным включением динамической головки ВА1 в цепь коллектора. Оконечный каскад работает в режиме с плавающей рабочей точкой: благодаря наличию выпрямителя С7, VD1, R4 с увеличением амплитуды сигнала растет напряжение отрицательного смещения. Благодаря этому ток покоя оконечного каскада оказывается в несколько раз меньше, чем при фиксированном смещении.

Катушки магнитной антенны WA1 расположены на стержне круглого сечения и длиной 100 мм из феррита марки 600НН или 400НН. Все катушки приемника намотаны проводом ПЭВ-1 диаметром 0,1 мм. Катушка L1 намотана внавал на бумажной гильзе длиной 30–40 мм и содержит 270 витков. Катушка L2 наматывается на манжетке и содержит 25 витков.

Дроссель L3 наматывается на ферритовом кольце К10х6х3 и содержит 250 витков. Динамическая головка — 0,25ГДШ-2-50 с сопротивлением звуковой катушки 50 Ом (ее прежнее название — 0.1ГД-17). Батарея питания собирается из четырех дисковых аккумуляторов Д-0,1, соединенных последовательно.

Элементы схемы приемника расположены на плате из фольгированного стеклотекстолита с прорезанными в фольге изоляционными канавками, как показано на рис. 17.

Рис. 17. Плата экономичного радиоприемника

3.4. Приемник с синхронным детектором

Руднев А. [15]

В отличие от супергетеродинов в синхронном приемнике частота местного гетеродина равна частоте несущей сигнала и синхронизируется им. Синхронные приемники отличаются высокой избирательностью и линейностью характеристики детектора при амплитудной модуляции сигнала. Принципиальная схема этого приемника приведена на рис. 18.

Рис. 18. Принципиальная схема приемника с синхронным детектором

Входное устройство образовано широкополосным колебательным контуром L1, С3, который настраивают на середину того участка СВ-диапазона, который подлежит приему. На полевом транзисторе VT1 выполнен смеситель: сигнал через резистор R2 подается на исток, а колебания гетеродина — на затвор. Гетеродином служит генератор RC на транзисторах VT2 и VT3 с триггером Шмитта на микросхеме DD1. Частота гетеродина зависит от элементов R1, С2, С4 и сопротивление канала транзистора VT2. На его затвор поступает синхронизирующий сигнал через конденсатор С5. Переменный резистор R1 определяет среднюю частоту диапазона, а конденсатор С2 — плавную перестройку. Когда частота гетеродина приближается к частоте сигнала, возникает захват, и они становятся равны. На выходе смесителя включен фильтр нижних частот С6, L2, С7 с частотой среза 5 кГц, пропускающий сигнал звука на вход усилителя низкой частоты, собранный на транзисторах VT4, VT5. Выходной каскад усилителя нагружен головными телефонами ТА-56М с сопротивлением 50 Ом.

Резистор R8 ограничивает ток выходного каскада. Для питания приемника можно использовать батарею 3336Л. Потребляемый приемником ток составляет около 30 мА.

Почти все элементы схемы приемника размещены на печатной плате, чертеж которой приведен на рис. 19.

Обе катушки наматываются проводом ПЭЛ диаметром 0,2 мм. Катушка L1 намотана на кольце К7х4х2 из феррита 600НН и содержит 30 витков, катушка L2 — на кольце К18х9х5 из феррита 2000НН и содержит 2000 витков.

Рис. 19. Печатная плата приемника с синхронным детектором

3.5. Малогабаритный приемник

Васильев А. [16]

Приемник предназначен для работы в диапазоне средних волн с радиосигналами амплитудной модуляции. В этих условиях чувствительность и избирательность приемника прямого усиления, содержащего всего два контура, оказывается не хуже, чем у супергетеродина. Предлагаемый приемник рассчитан на работу в диапазоне частот 525-1605 кГц при питании напряжением 7,5 В. Ток, потребляемый от источника питания, не превышает 4 мА. Принципиальная схема приемника показана на рис. 20.

Рис. 20. Принципиальная схема малогабаритного приемника

Входной контур образован индуктивностью L1 магнитной антенны и емкостями конденсаторов С3 и С5.1. Конденсаторы С2 и С4 заземляют по высокой частоте один вывод контура, а со второго сигнал подается непосредственно на неинвертирующий вход операционного усилителя DA1, очень большое входное сопротивление которого не шунтирует контур резистор R7 служит регулятором громкости. Выходной каскад на транзисторе VT3 собран по схеме с общим коллектором. Поэтому он создает усиление только по току и нагружен на малогабаритный телефон типа ТМ-2А.

Магнитную антенну с катушкой L1 можно взять от приемника «Селга-309». Для катушек L2 и L3 используют ФПЧ от приемников «Селга» или «Альпинист» с перемоткой. L2 должна иметь 30 витков, a L3 — 150 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,08 мм. Агрегат конденсаторов переменной емкости также берется от приемника «Селга». Батарея питания состоит из шести аккумуляторов Д-0,06, соединенных последовательно.

Приемник собирается на печатной плате, которая показана вместе с размещением элементов схемы на рис. 21.

Рис. 21. Печатная плата малогабаритного приемника

Глава 4

СИГНАЛИЗАТОРЫ

4.1. Сигнализатор «Прикройте холодильник»

Нечаев И. [17]

Сигнализатор предназначен для оповещения пользователя бытовым холодильником о том, что его дверца прикрыта не полностью, и представляет собой генератор звуковой частоты. Принципиальная схема сигнализатора приведена на рис. 22.

Рис. 22. Принципиальная схема сигнализатора для холодильника

Работой сигнализатора управляют нормально замкнутые контакты SA1: при открытой двери холодильника контакты размыкаются. При этом через резистор R1 начинает заряжаться конденсатор С2. Примерно через 30 с напряжение на нем достигает порога срабатывания элемента DD1.1 микросхемы. Мультивибратор на элементах DD1.1 и DD1.2 вырабатывает положительные импульсы, длительность которых определяется произведением R1 на С2. При их поступлении на вход мультивибратора, собранного на элементах DD1.3, DD1.4, он генерирует импульсную последовательность с частотой повторения, находящейся в диапазоне звуковых частот. В результате телефонный капсюль BF1 излучает прерывистый звуковой сигнал, частота которого зависит от сопротивления резистор R3 и емкости конденсатора С3. При необходимости открывания двери на длительное время отключают питание устройства тумблером SA2.

Размещение элементов схемы на печатной плате показано на рис. 23.

В устройстве можно использовать также микросхемы К561ЛА7 или К564ЛА7. Для питания можно использовать батарею «Крона».

Рис. 23. Печатная плата сигнализатора для холодильника

4.2. Сигнализатор разрядки аккумулятора

Бурцев В. [18]

Этот сигнализатор служит для оповещения о снижении напряжения на клеммах аккумуляторной батареи 7Д-0.1 ниже 7 В и о необходимости ее подзаряда. Сигнализатор имеет малые габариты и потребляет не более 0,2 мА тока. Это позволяет его постоянно подключить к радиоприемнику или другому устройству, которое питается от батареи этого типа. На рис. 24 приведена принципиальная схема сигнализатора.

Рис. 24. Принципиальная схема сигнализатора разрядки аккумулятора

В исходном состоянии, когда напряжение питания превышает 7 В, транзистор V1 открыт напряжением, поступающим с делителя R1-R4.

Транзисторы V1 и V2 соединены по схеме триггера Шмитта, поэтому транзистор V2 заперт. Заперт также и транзистор V5, так как потенциал базы равен нулю. Это состояние является устойчивым, пока напряжение питания не станет меньше 7 В. Тогда напряжения на базе VI окажется недостаточно для отпирания, он запрется, и триггер переключится: транзистор V2 откроется, зарядным током конденсатора С2 откроется транзистор V5. Перепад падения напряжения на резисторе R12 через конденсатор С1 откроет транзистор V1, транзисторы V2 и V5 снова запрутся. Процесс будет повторяться: колебания напряжения на эмиттере транзистора V5 через элементы R13, СЗ поступят на регулятор громкости радиоприемника, динамическая головка которого воспроизведет звуковой сигнал. Частота сигнала определяется емкостями конденсаторов С1 и С2, а также сопротивлениями зарядно-разрядных резисторов. Применение терморезистора R5 типа ММТ-1 или ММТ-4 стабилизирует работу сигнализатора при изменениях температуры окружающей среды в пределах от -5 до +45 °C.

Для нормальной работы сигнализатора должны использоваться транзисторы V1 и V2 со статическим коэффициентом передачи тока не менее 100.

4.3. Универсальное сигнальное устройство

Леонтьев А. [19]

Устройство, схема которого показана на рис. 25, срабатывает при замыкании контакта СА1. Это могут быть контакты кнопки, какого-либо выключателя или электромагнитного реле. При этом выдается серия вспышек светодиода HL1 и прерывистый звуковой сигнал телефонного капсюля BF1.

Рис. 25. Принципиальная схема универсального сигнального устройства

В схеме сигнализатора используются четыре элемента микросхемы 2И-НЕ. На элементах DD1.1 и собран генератор импульсов с частотой повторения около 1 Гц, а на элементах DD1.3 и DD1.4 — генератор импульсов с частотой повторения около 1000 Гц. Частота одного определяется произведением сопротивления резистора R2 на емкость конденсатора С2, другого — элементами R3 и С3.

В исходном состоянии на выводе 2 DD1.1 низкий уровень. Тогда на выходе этого элемента и на входах DD1.2 высокий уровень, то есть на выходе DD1.2 и на базе транзистора VT1 низкий уровень. Поэтому и на базе транзистора VT2 также низкий уровень. Оба транзистора заперты, и схема потребляет минимальный ток.

При кратковременном замыкании контактов SA1 практически мгновенно заряжается от источника питания конденсатор С1, и при размыкании контактов он начинает медленно разряжаться на сопротивление резистора R1. В связи стем, что в исходном состоянии на выводе 3 был высокий уровень, который через резистор R2 передается на вывод 1 (КМОП-микросхема практически имеет бесконечно большое входное сопротивление), поступление на вывод 2 высокого уровня приводит к запуску генератора, который будет работать, пока конденсатор С1 не разрядится на резистор R1. В результате поступления положительных импульсов на базу VT1 светодиод вспыхивает примерно каждую секунду.

Поступающие положительные импульсы на вывод 8 микросхемы запускают генератор импульсов частотой 1000 Гц. Поэтому излучатель BF1 воспроизводит звуковой сигнал также каждую секунду.

4.4. Двухтональный мелодичный сигнализатор

Банников В. [20]

Принципиальная схема этого сигнализатора, приведенная на рис. 26, содержит два импульсных генератора: первый — на элементах DDl.l, DD1.2 и DD1.3, работающий на частоте повторения около 3500 Гц, и второй — на элементах DD2.1, DD2.2 и DD2.3, работающий на частоте повторения около 2ГЦ, а также делитель частоты с регулируемым коэффициентом деления на микросхеме DD3.

Рис. 26. Принципиальная схема двухтонального сигнализатора

В исходном состоянии контакты кнопки SB1 замкнуты, оба генератора застопорены и на выходах элементов DD1.3, DD2.3, DD2.4 высокий уровень. На выходе 2 счетчика DD3 низкий уровень, и транзистор VT1 заперт. Устройство практически не потребляет тока от источника питания.

При нажатии кнопки SB1 за доли секунды заряжается конденсатор С4 и запускаются оба генератора. Когда на выходе DD2.3 высокий уровень, диод VD2 заперт, и счетчик охвачен обратной связью с вывода 5 через DD1.4 и DD2.4 на вход R. При этом коэффициент деления равен 6. Когда же на выходе DD2.3 низкий уровень, включается дополнительная обратная связь с вывода 1 через диод и конденсатор С6. Коэффициент деления счетчика уменьшается до 5. В результате частота колебаний на выводе 2 счетчика чередуется, а динамическая головка воспроизводит поочередно два звуковых сигнала с интервалом терции.

4.5. Сигнализатор с нарастанием громкости

Родин А. [21]

Этот сигнализатор вырабатывает звуковой сигнал, громкость которого нарастает по ступенчатому закону в зависимости от числа нажатий пусковой кнопки. Принципиальная схема сигнализатора (рис. 27) содержит две микросхемы: К561ТЛ1, К561ИЕ10 и три транзистора.

Рис. 27. Схема сигнализатора с нарастанием громкости

Микросхема К561ТЛ1 представляет собой четыре триггера Шмитта с входной логикой 2И-НЕ у каждого, К561ИЕ10 — два четырехразрядных счетчика. В схеме используется только один счетчик по модулю два.

На элементах DD1.3 и DD1.4 собран генератор звуковой частоты. С вывода 10 DD1 сигнал через резистор R6 подается на базу транзистора VT1 — предварительного усилителя звукового сигнала. Элемент DD1.1 используется для формирования импульсов счета, a DD1.2 — импульсов сброса. В дежурном режиме конденсаторы C1, С5 и С6 разряжены. При нажатии кнопки SB1 эти конденсаторы быстро заряжаются через диоды VD1 — VD3 и поддерживают работу схемы в паузах между моментами нажатия кнопки. При каждом нажатии кнопки импульс, поступающий на вывод 2 счетчика, переводит его в следующее числовое состояние, и изменяется соотношение сопротивлений делителя напряжения, одно из плеч которого образовано резистором R12, а другое — резисторами R8-R11.

В результате уровень сигнала на базе составного транзистора VT2/VT3 и громкость звука, воспроизводимого динамической головкой ВА1, увеличивается. Если очередного нажатия кнопки не произошло, конденсатор С1 разряжается через резистор R3, элемент DD1.2 переключается и сбрасывает счетчик в нулевое состояние.

Глава 5

ТАЙМЕРЫ

5.1. Таймер со светодиодной индикацией

Капустин С. [22]

Принципиальная схема этого простого таймера приведена на рис. 28.

Рис. 28. Схема таймера со светодиодной индикацией

В дежурном состоянии, показанном на схеме, контакты кнопки SB1 разомкнуты, конденсаторы С1 и С2 заряжены, все транзисторы открыты и светодиод HL1 горит. Если нажать и отпустить кнопку, конденсаторы быстро разрядятся, а затем начнут медленно заряжаться через резисторы R1 и R2. Все транзисторы оказываются заперты, и светодиод не горит.

Как только конденсаторы зарядятся до напряжения, примерно равного 1,2 В, начнут отпираться транзисторы VT2 и VT3, а падением напряжения на резисторе R5 и светодиоде откроется транзистор VT1. Тогда конденсаторы очень быстро дозарядятся почти до напряжения источника питания, транзисторы VT2 и VT3 откроются до насыщения, и вспыхнет светодиод. Схема вернется к исходному состоянию и будет готова к следующей экспозиции.

Скорость заряда конденсаторов определяется произведением их емкости на сопротивление соединенных последовательно резисторов R1 и R2. Поэтому минимальная выдержка зависит от сопротивления резистора R1, а максимальная — от суммы сопротивлений этих резисторов.

Для установки определенной выдержки переменный резистор R2 снабжается лимбом со шкалой, которую нужно проградуировать с помощью секундомера. Для стабильности этой шкалы С1 и С2 должны иметь минимальную утечку, для чего используются танталовые конденсаторы типа К52.

Питание таймера осуществляется от двух дисковых аккумуляторов Д-0,1. Таймер потребляет от источника ток около 3 мкА, а при горящем светодиоде — 3 мА.

5.2. Простой таймер к приемнику

Малев А. [23]

Этот таймер предназначен для автоматического отключения радиоприемника, потребляющего не более 80 мА, от источника питания напряжением 9 В через 30 мин после нажатия кнопки. В дежурном режиме таймер потребляет ток не более 2 мкА, а в рабочем — 0,6 мА. Принципиальная схема таймера показана на рис. 29.

Рис. 29. Принципиальная схема простого таймера

В исходном состоянии, показанном на схеме, приемник подключен к таймеру, переключатель SA1 находится в верхнем по схеме положении. При включении тумблера SA2 напряжение питания поступает к приемнику, в схеме которого имеется электролитический конденсатор фильтра. В схеме таймера все транзисторы заперты, а конденсатор С1 разряжен.

Если необходимо ограничить последующую работу приемника по времени, необходимо переключить SA1 в нижнее по схеме положение. При этом конденсатор С1 подключается к заряженному конденсатору фильтра приемника и начинает заряжаться. Зарядным током на резисторе R1 создается падение напряжения, которым отпирается составной транзистор VT1, VT2, а его коллекторным током создается падение напряжения на резисторе R5, которым отпирается составной транзистор VT3, VT4. Теперь питание к приемнику поступает через транзистор VT4.

По мере заряда конденсатора С1 его зарядный ток постепенно уменьшается, и примерно через 30 мин после включения таймера все транзисторы запираются.

5.3. Таймер со звуковой сигнализацией

Устименко С. [24]

Особенность этого таймера состоит в том, что после звукового сигнала, извещающего об истечении заданного отрезка времени автоматически начинается повторный отсчет времени. Таймер экономичен и обладает достаточной стабильностью отсчета: за 10 мин работы уход не превышал 3 с. Диапазон установки выдержки составляет от 0,5 до 1,5 мин. Принципиальная схема таймера приведена на рис. 30.

Рис. 30. Принципиальная схема таймера со звуковой индикацией

Транзисторы VT1 и VT2 образуют симметричный мультивибратор с емкостными связями. В исходном состоянии кнопка SB1 находится в нажатом положении, поэтому мультивибратор застопорен заземлением базы транзистора VT1, который заперт, VT2 открыт током базы через резистор R4, но не насыщен из-за того, что потенциал коллектора установлен равным напряжению питания за вычетом его падения на диодах VD1, VD2. Конденсатор СЗ заряжен до потенциала коллектора VT2. Конденсатор С2 заряжен до напряжения питания за вычетом падения напряжения на эмиттерном переходе.

Пуск таймера производится переводом кнопки SB1 в верхнее по схеме состояние, при котором его контакты размыкаются. Транзистор VT2 входит в насыщение, потенциал его коллектора скачком уменьшается, и перепадом через С3 также скачком отпирается транзистор VT1. Начинает перезаряжаться конденсатор С2. Ток течет от плюса батареи через промежуток эмиттер-коллектор VT1, С2, R4 на плюс батареи. Падением напряжения на R4 запирается транзистор VT2. Ток перезаряда С2 постепенно уменьшается, и наступает момент, когда падения напряжения на R4 уже недостаточно для запирания VT2, который приоткрывается. Начинается перезаряд конденсатора С3. Падением напряжения на R2 и R3 запирается транзистор VT1. Возникает лавинообразный процесс отпирания VT2 и запирания VT1. Ток перезаряда С3 постепенно уменьшается, и процесс повторяется. В те моменты, когда отпирается транзистор VT2, падением напряжения на резисторе R5 отпирается транзистор VT3, скачок напряжения на его коллекторе дифференцируется элементами С4, R9 и на короткое время отпирают транзистор VT5. Тогда запускается генератор низкой частоты, собранный на транзисторах VT4, VT6, и телефонный капсюль BF1 подаст звуковой сигнал. Сигнал будет раздаваться регулярно через одинаковые промежутки времени, установка которых осуществляется переменным резистором R2.

Элементы схемы размещены на печатной плате, чертеж которой показан на рис. 31.

Рис. 31. Печатная плата таймера со звуковой индикацией

5.4. Электронный таймер

Глузман И. [25]

Электронный таймер характеризуется диапазоном выдержек от 2 до 70 мин. Для его питания используются либо две батареи 3336Л, соединенные последовательно, либо сеть переменного тока напряжением 220 В. Принципиальная схема таймера (рис. 32) построена на одновибраторе, собранном на транзисторах Т1 и Т2.

Рис. 32. Принципиальная схема электронного таймера

При подаче на таймер питания на затворе транзистора Т1 отсутствует смещение, он открыт и коллекторным током отпирает транзистор Т2 до насыщения. Срабатывает реле Р2. Конденсатор С4 одной обкладкой через малое сопротивление промежутка затвор-исток подключен к плюсу источника питания, а второй — через открытый транзистор Т2 — к минусу.

Заряд этого конденсатора происходит очень быстро через небольшие сопротивления промежутков затвор-исток Т1, коллектор-эмиттер Т2 и резистор R3. Такое состояние схемы является устойчивым. При нажатии кнопки В1.2 транзистор Т2 запирается, и реле Р2 отпускает. Правая по схеме обкладка С4 через малое сопротивление обмотки реле Р2 подключена к плюсу питания. Поэтому к затвору Т1 оказывается приложено запирающее напряжение, и транзистор запирается. Транзистор Т2 остается запертым и после того, как кнопка В 1.2 будет отпущена. Это состояние таймера будет до тех пор, пока конденсатор С4 не разрядится по цепи R1, R2, Р2.

По мере разряда напряжение на С4 уменьшается и, когда оно достигнет напряжения отсечки полевого транзистора, он начнет отпираться. Появившимся током стока отпирается транзистор Т2, и падением напряжения на обмотке реле за счет коллекторного тока еще больше отпирается транзистор Т1. В результате схема скачком возвращается в исходное состояние. Таким образом, длительность выдержки соответствует запертому состоянию транзисторов и определяется постоянной времени разряда конденсатора С4. Элементы С1-СЗ и R3 служат для ослабления влияния помех.

Для запуска таймера нажимают кнопку В1, и ее контакты В1.1 включают реле Р1, а контакты В1.2 переводят таймер в режим отсчета выдержки. Контактами Р1.1 реле ставится на самопитание, контактами Р1.2 готовится цепь включения сигнализатора А1. По окончании выдержки транзистор Т2 отпирается, и вновь срабатывает реле Р2. Замыкаются контакты Р2.1 и включается сигнализатор, а контакты Р2.2 размыкаются и отключают сигнальную лампу Л1 при питании таймера от сети.

Для выключения звукового сигнала и подготовки схемы к следующему запуску нажимается кнопка В2. Контакты В2.1 снимают реле Р1 с самопитания и выключают его, а контакты В2.2 замыкают накоротко резисторы R1 и R2 для ускорения заряда конденсатора С4.

В качестве электромагнитных реле можно взять РЭС47, паспорт РС4.500.407-4. Сигнализатором может быть выбрано любое устройство. Блок питания от сети переменного тока содержит бестрансформаторный выпрямитель с гасящим конденсатором С7 и электронный стабилизатор напряжения, собранный по традиционной схеме.

5.5. Таймер управляет вентилятором

Мовсум-Заде К. [26]

Использование этого таймера совместно с настольным вентилятором позволяет его включить с последующим автоматическим выключением через установленный промежуток времени, который составляет от одной минуты до десятков часов. Принципиальная схема таймера приведена на рис. 33.

Рис. 33. Принципиальная схема таймера для управления вентилятором

Для включения вентилятора Ml следует нажать кнопку SB1. Часть выпрямленного диодным мостом VD1 напряжения с резистора R3 подается на параметрический стабилизатор R4, VD3.C2 для питания схемы таймера, а напряжение с резисторов R2 и R3 через диод VD2 заряжает конденсатор С1. Положительный перепад напряжения включения благодаря наличию элементов С3, R5, С4, R6 образует на выводе 3 интегрального счетчика DD1 импульс, который устанавливает на выводе 5 низкий уровень. Благодаря этому отпираются транзисторы VT2 и VT3, что приводит к срабатыванию реле К1, которое своими контактами К1.1 включает тиристор VS1. В результате вентилятор начинает работать, а питание схемы при отпускании кнопки SB1 не прерывается.

Микросхема К176ИЕ5 содержит генератор прямоугольных импульсов, период повторения которых определяется элементами R7, R8, С5, и 15-разрядный двоичный делитель частоты этих импульсов с выходом на вывод 5. Поэтому через определенное время на выводе 5 микросхемы появится высокий уровень, которым запрется транзистор VT1, за ним — VT2, обесточится реле, разомкнется тиристор, вентилятор остановится и будет снято питание с таймера.

При указанных на схеме параметрах элементов R7, R8, С5 генератор выдает импульсы с периодом повторения 20 мс, и после деления частоты на 2^14 = 16384 задержка отключения вентилятора получается примерно равной 6 мин.

В качестве электромагнитного реле К1 можно использовать РЭС9, паспорт РС4.524.029-00, РС4.524.029-01, РС4.524.029-07 или РС4.524.029-09 (прежняя нумерация этих паспортов — РС4.524.200, РС4.524.201, РС4.524.209, РС4.524.213).

Размещение элементов схемы на печатной плате показано на рис. 34

Рис. 34. Печатная плата таймера для управления вентилятором

Приложение

ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ

Нормальная работа всех активных элементов радиоэлектронной аппаратуры — транзисторов, тиристоров и микросхем — рассчитана на питание постоянным напряжением. Но такие источники тока, как батареи сухих элементов и аккумуляторы, недолговечны, расходуют запасенную ими электрическую энергию и поэтому нуждаются в периодической замене или подзаряде. Отсюда химические источники электрической энергии могут считаться приемлемыми исключительно для питания носимой аппаратуры или аппаратуры, эксплуатируемой в условиях отсутствия постоянных источников тока. Питание стационарной профессиональной и бытовой аппаратуры удобнее осуществлять от сети переменного тока, используя для этого преобразователь переменного напряжения в постоянное. Таким преобразователем и является выпрямитель.

Различные транзисторы, микросхемы и другие приборы рассчитаны на питание разными напряжениями, поэтому наличие в электросети именно переменного напряжения оказывается очень удобным, так как при помощи трансформатора на его вторичных обмотках из стандартного напряжения сети 220 В легко можно получить любые другие значения напряжений. Получить же различные напряжения при наличии сети постоянного тока оказалось бы значительно сложнее.

Простейшим выпрямительным устройством является однополупериодный выпрямитель, схема которого приведенная на рис. 35.

Рис. 35. Схема однополупериодного выпрямителя и форма напряжений

Ее отличительной особенностью является то, что диод пропускает ток только в течение одной половины периода переменного напряжения, когда оно положительно на верхнем по схеме выводе вторичной обмотки трансформатора. Поэтому схема и называется однополупериодной.

Если бы параллельно нагрузке R не был подключен конденсатор С, форма напряжения на нагрузке была бы такой, как показано штриховой линией, и напряжение вместо постоянного на нагрузке было бы пульсирующим. Конденсатор сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. После включения при первом же положительном полупериоде конденсатор быстро заряжается. Ток заряда течет по вторичной обмотке трансформатора через открытый диод, конденсатор и обратно к вторичной обмотке. Сопротивление этой цепи мало и определяется сопротивлением обмотки и открытого диода. Поэтому заряд конденсатора происходит быстро.

В точке А напряжение заряженного конденсатора почти равно напряжению на обмотке, а в дальнейшем оказывается больше его, из-за чего диод запирается и заряд конденсатора прекращается. Теперь начинается разряд конденсатора на нагрузку R. Сопротивление нагрузки значительно больше, чем сопротивление цепи заряда. Поэтому разряд конденсатора происходит медленно, до точки Б, когда напряжение на обмотке трансформатора вновь становится больше напряжения на конденсаторе, и вновь начинается его заряд. Результирующее напряжение на конденсаторе и нагрузке показано сплошной линией. Оно содержит постоянную составляющую (собственно выпрямленное напряжение) и переменную составляющую, которая называется напряжением пульсаций. Очевидно, что чем меньше сопротивление нагрузки (или чем больше потребляемый нагрузкой от выпрямителя ток), тем больше амплитуда пульсаций и меньше выпрямленное напряжение, так как в таком режиме точка Б будет располагаться ниже. Чем больше емкость конденсатора, тем медленнее он станет разряжаться и тем меньше будет амплитуда пульсаций и больше выпрямленное напряжение. Поэтому в схемах выпрямителей используют электролитические конденсаторы большой емкости.

Наибольшее выпрямленное напряжение определяется амплитудой переменного напряжения на вторичной обмотке трансформатора. По этой причине рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее этого значения напряжения.

Выбор диода в этой схеме связан со следующими требованиями. Средний выпрямленный ток диода равен току нагрузки. Прямой импульсный ток диода равен отношению амплитуды напряжения на вторичной обмотке трансформатора к сопротивлению этой обмотки. Наконец, во время отрицательного полупериода к диоду прикладывается обратное напряжение, равное удвоенной амплитуде напряжения на вторичной обмотке.

Недостаток однополупериодной схемы выпрямления очевиден: из-за большого промежутка времени между моментами А и Б, который несколько превышает половину периода, конденсатор успевает заметно разрядиться, что приводит к повышенной амплитуде пульсаций выпрямленного напряжения. Дальнейшее сглаживание этих пульсаций затруднено тем, что частота пульсаций равна частоте сети питающего напряжения 50 Гц. В связи с этим выпрямители, собранные по однополупериодной схеме, используются лишь при больших сопротивлениях нагрузки, то есть при малом токе потребления, когда постоянная времени разряда конденсатора велика и он не успевает заметно разряжаться за время отрицательных полупериодов напряжения.

Указанные недостатки выражены слабее в двухполупериодной схеме выпрямления, которая показана на рис. 36.

Рис. 36. Схема двухполупериодного выпрямителя и форм напряжений

Здесь используются два диода и вдвое увеличена вторичная обмотка трансформатора, оснащенная средней точкой. В течение одного полупериода конденсатор заряжается через один диод, а второй в это время заперт, в течение второго полупериода второй диод отпирается, а первый заперт. Форма напряжения на нагрузке при отсутствии конденсатора показана штриховой линией, а при наличии конденсатора — сплошной. Время, в течение которого конденсатор разряжается, уменьшено в этой схеме более чем вдвое. По этой причине выпрямленное напряжение получается больше, а амплитуда пульсаций значительно меньше, чем при использовании однополупериодного выпрямителя. Существенно также и то, что частота пульсаций вдвое превышает частоту питающей сети и составляет 100 Гц, что значительно облегчает последующее их сглаживание.

Несмотря на указанные преимущества, двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой обладает и недостатками, к которым относятся усложнение трансформатора, а также невозможность создания двух совершенно одинаковых половин вторичной обмотки. Это приводит к тому, что амплитуды напряжений на половинах вторичной обмотки оказываются разными. В связи с тем, что конденсатор заряжается попеременно от каждой из половин вторичной обмотки, в составе пульсаций выпрямленного напряжения появляется составляющая с частотой 50 Гц, хотя она и меньше, чем при однополупериодном выпрямлении. Двухполупериодная схема выпрямителей широко использовалась в эпоху ламповой техники, когда применялись двуханодные кенотроны с общим катодом. Их оказывалось удобно применять в такой схеме, где катоды диодов соединены и для обоих диодов можно использовать одну обмотку накала. У полупроводниковых диодов отсутствует подогреватель и с их внедрением двухполупериодная схема со средней точкой вторичной обмотки трансформатора, потеряв указанное преимущество, оказалась полностью вытесненной мостовой схемой выпрямления, которая в устаревшей литературе называется схемой Греца.

Мостовая схема выпрямителя показана на рис. 37.

Рис. 37. Мостовая схема выпрямления

Вместо двух диодов она содержит четыре, но зато не нуждается в удвоении вторичной обмотки трансформатора. В течение одной половины периода переменного тока ток проходит от верхнего по схеме вывода вторичной обмотки через диод VD2, нагрузку, через диод VD3 к нижнему выводу вторичной обмотки. В течение следующей половины периода ток проходит от нижнего вывода обмотки через диод VD4, нагрузку, через диод VD1 к верхнему выводу вторичной обмотки трансформатора. Таким образом, в течение обоих полупериодов в нагрузке протекает ток одного и того же направления и диодами выпрямляется одно и то же переменное напряжение вторичной обмотки. Благодаря этому в составе пульсации составляющая с частотой 50 Гц отсутствует.

Мостовая схема выпрямления также является двухполупериодной. Форма напряжения на нагрузке в этой схеме оказывается такой же, как и в двухполупериодной схеме со средней точкой. Рабочее напряжение конденсатора также равняется амплитуде переменного напряжения на вторичной обмотке. Однако требования к диодам в обеих двухполупериодных схемах отличаются от требований в однополупериодной схеме.

В связи с тем, что ток нагрузки проходит через диоды поочередно, средний выпрямленный ток каждого диода равен половине тока нагрузки.

Обратные напряжения на диодах мостовой схемы равны не удвоенной, а одинарной амплитуде напряжения вторичной обмотки. Обратные напряжения на диодах двухполупериодной схемы со средней точкой и значения импульсных токов обеих схем такие же, как и в однополупериодной схеме. Однако ток вторичной обмотки трансформатора в мостовой схеме равен по своему эффективному значению току нагрузки, что вдвое больше, чем в однополупериодной схеме и в схеме со средней точкой. Поэтому сечение провода вторичной обмотки трансформатора в мостовой схеме должно быть в два раза больше, чем в двух других (диаметр провода — в 1,41 раз больше).

Удвоение количества диодов в мостовой схеме с лихвой окупается вдвое уменьшенным количеством витков вторичной обмотки трансформатора и уменьшением пульсаций выпрямленного напряжения. Для упрощения монтажа мостовых схем промышленностью выпускаются готовые сборки из четырех одинаковых диодов в одном корпусе, которые уже соединены между собой по схеме моста. К таким сборкам, например, относятся сборки типа КД906 со средним выпрямленным током до 400 мА и обратным напряжением до 75 В.

Недостатком мостовой схемы является прохождение выпрямленного тока последовательно через два диода. Падение напряжения на открытом кремниевом диоде достигает 1 В, а на двух последовательно включенных диодах падение напряжения при максимальном прямом токе составляет 2 В. Если выпрямитель рассчитан на низкое выпрямленное напряжение, которое соизмеримо с падением напряжения на диодах, требуется увеличение напряжения на вторичной обмотке трансформатора. Это необходимо учитывать при расчете выпрямителя.

Если необходимо получить выпрямленное напряжение, которое превышает амплитудное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора, можно использовать однополупериодную схему удвоения выпрямленного напряжения, приведенную на рис. 38.

Рис. 38. Схема однополупериодного удвоения напряжения

В течение первого полупериода, когда ток вторичной обмотки направлен по схеме сверху вниз, открыт диод VD1 и заряжается конденсатор С1, как в схеме однополупериодного выпрямителя. В течение второго полупериода ток вторичной обмотки протекает снизу вверх. Диод VD1 заперт, и отпирается диод VD2. Теперь конденсатор С2 заряжается суммарным напряжением вторичной обмотки трансформатора и напряжением заряженного конденсатора С1, которые соединены согласно. Благодаря этому на конденсаторе С2 образуется удвоенное напряжение. Рабочее напряжение конденсатора С1 равно амплитуде, а рабочее напряжение конденсатора С2 — удвоенной амплитуде напряжения вторичной обмотки трансформатора. Обратные напряжения обоих диодов равны удвоенной амплитуде напряжения вторичной обмотки. Частота пульсаций равна частоте сети — 50 Гц.

Удвоенное напряжение на конденсаторе С2 и низкая частота пульсаций являются недостатком данной схемы. Кроме того, во время заряда конденсатора С2 конденсатор С1 быстро разряжается током заряда конденсатора С2. Во избежание резкого увеличения пульсаций и уменьшения выпрямленного напряжения приходится выбирать емкость С1 значительно больше емкости С2. Поэтому, если использование этой схемы не диктуется построением остальной схемы блока питания, лучше приме нять другую схему удвоения напряжения, показанную на рис. 39.

Рис. 39. Схема двухполупериодного удвоения напряжения

Здесь за один полупериод заряжается через диод один конденсатор, а в течение второго полупериода через второй диод заряжается второй конденсатор. Выходное выпрямленное напряжение снимается с обоих конденсаторов, включенных последовательно и согласно. Каждый конденсатор заряжается по схеме однополупериодного выпрямителя, но суммарное напряжение оказывается двухполупериодным, разряд конденсаторов происходит только через нагрузку, поэтому частота пульсаций вдвое больше частоты питающей сети, а форма выходного напряжения аналогична форме у двухполупериодного выпрямителя. Выходное напряжение почти равно удвоенной амплитуде напряжения вторичной обмотки. Рабочее напряжение обоих конденсаторов равно амплитуде этого напряжения. Обратное напряжение на каждом диоде равно удвоенной амплитуде. Таким образом, использование этой схемы выгоднее, чем схемы, показанной на рис. 38.

Интересно заметить, что при постоянном значении напряжения на вторичной обмотке трансформатора мостовая схема обеспечивает получение выпрямленного напряжения в два раза большего, а схема удвоения напряжения (см. рис. 39) — в четыре раза большего, чем двухполупериодная схема со средней точкой. Следует упомянуть, что в устаревшей литературе схема удвоения напряжения, приведенная на рис. 39, называется схемой Латура.

Рассмотрим еще две схемы выпрямителей с умножением напряжения. На рис. 40 приведена схема выпрямителя с учетверением напряжения, построенная по тому же принципу, что и схема, приведенная на рис. 38.

Рис. 40. Схема однополупериодного умножения напряжения

В течение одного полупериода заряжаются конденсаторы С1 напряжением обмотки и С3 суммой напряжения обмотки и заряженного конденсатора С2 минус напряжение на С1; при этом С2 разряжается. Конденсатор C1 заряжается до амплитуды, а С3 — до удвоенной амплитуды напряжения на обмотке. В течение следующего полупериода заряжаются С2 суммарным напряжением на обмотке и на С1, а также С4 суммой напряжений на обмотке, на С1 и на С3 минус напряжение на С2; при этом С1 и С3 разряжаются. Оба конденсатора С2 и С4 заряжаются до удвоенной амплитуды напряжения на обмотке. Результирующее напряжение снимается с соединенных последовательно и согласно конденсаторов С2 и С4. Частота пульсаций выпрямленного напряжения в этой схеме составляет, как и в схеме на рис. 38, 50 Гц.

На рис. 41 показана двухполупериодная схема учетверения напряжения, подобная схеме, приведенной на рис. 39.

Рис. 41. Схема двухполупериодного умножения напряжения

Принцип ее действия читатель может рассмотреть самостоятельно по аналогии с предыдущими схемами. Здесь частота пульсаций составляет 100 Гц, и два конденсатора С1 и С3 работают при напряжении, равном одинарной амплитуде напряжения вторичной обмотки трансформатора вместо одного конденсатора С1 в схеме на рис. 40. При одинаковом количестве элементов эта схема выгоднее предыдущей.

Достоинством схемы, изображенной на рис. 40, является возможность умножения напряжения в нечетное число раз.

Так, если удалить конденсатор С4 и подключенный к нему диод, а выпрямленное напряжение снимать с конденсаторов С1 и С3, получится утроенное напряжение. Схема же, показанная на рис. 41, позволяет получать только выпрямленное напряжение в четное число раз большее напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Выпрямление с умножением напряжения не ограничивается его учетверением; подключая дополнительные цепочки, состоящие из диода и конденсатора, можно увеличивать коэффициент умножения. Часто требуется получить высокое выпрямленное напряжение, измеряемое киловольтами. Для достижения этой цели имеются два пути: либо намотать высоковольтную вторичную обмотку трансформатора и выпрямить полученное с нее высокое напряжение простым выпрямителем, либо использовать схему умножения. Второй способ целесообразнее. Высоковольтные обмотки трансформаторов имеют низкую надежность, так как необходимо тщательно изолировать их от других обмоток и от сердечника, а также хорошо изолировать слои этой обмотки один от другого. Кроме того, сама намотка высоковольтных обмоток весьма трудоемка: приходится наматывать тысячи витков очень тонким проводом, который при малейшем натяжении легко рвется. Наконец, выпрямитель требует применения высоковольтных конденсаторов и диодов с очень большим допустимым обратным напряжением. Выход находят путем последовательного соединения нескольких конденсаторов и нескольких диодов. Но тогда при том же количестве конденсаторов и диодов целесообразнее собрать выпрямитель с умножением напряжения, одновременно избавившись от необходимости намотки высоковольтной обмотки трансформатора.

Литература

1. Верхало Ю. Блок питания для «Славы» // Радио. -1992. - № 1.-С. 67.

2. Янцев В. Сетевой миниатюрный // Радио. — 1990. - № 10. — С. 72–73.

3. Сапожников М. Блок питания для компьютера типа «Балтик» // Радиолюбитель. — 1992. - № 3. — С. 11.

4. Нечаев И. Блок питания на ТВК-110ЛМ // Радио. — 1991. -№ 12.-С. 74–75.

5. Гвоздицкий Г. Источник питания повышенной мощности. Радио. — 1992. - № 4. — С. 43–44.

6. Барабошкин Д. Усовершенствованный экономичный блок питания // Радио. — 1985. - № 6. — С. 51–52.

7. Шишенков В. Самый простой… // Радио. -1968. - № 3. — С. 51.

8. Кирсанов В. Прибор для проверки исправности транзисторов // Радио. — 1980. - № 1. — С. 45.

9. Васильев В. Испытатель транзисторов средней и большой мощности // Радио. — 1982. - № 9. — С. 49.

10. Вардашкин А. Испытатель транзисторов со стрелочным индикатором // Радио. — 1968. - № 3. — С. 49–50.

11. Белоусов А. Испытатель мощных транзисторов // Радио. — 1985. - № 6. — С. 38–39.

12. Левченко С. Экономичный радиоприемник с фиксированной настройкой // Радио. — 1990. - № 10. — С. 78–81.

13. Балек Я. Простой карманный приемник // Радио. — 1965. - № 8. — С. 42–43.

14. Прокопцев Ю. Экономичный радиоприемник // Радио. — 1994. - № 2. — С. 27–28.

15. Руднев А. Средневолновый приемник с синхронным детектором // Радио. — 1991. - № 2. — С. 56–57; 1994. - № 4. — С. 47–48.

16. Васильев А. Малогабаритный двухконтурный приемник прямого усиления // Радио. — 1993. - № 2. — С. 26–27.

17. Нечаев И. Сигнализатор «Прикройте холодильник» // Радио. — 1986. - № 12. — С. 52–53.

18. Бурцев В. Звуковой сигнализатор разрядки аккумулятора//Радио. — 1981.-№ 7–8. — С. 45.

19. Леонтьев А. Универсальное сигнальное устройство // Радиолюбитель. — 1993. - № 8. — С. 25.

20. Банников В. Двухтональный мелодичный сигнализатор // Радиолюбитель. — 1997. - № 6. — С. 25–28.

21. Родин А. Сигнализатор со ступенчатым нарастанием громкости // Радиолюбитель. — 1994. - № 10. — С. 20.

22. Капустин С. Таймер со светодиодной индикацией // Радио. — 1997. - № 3. — С. 38.

23. Малев А. Простой таймер к приемнику // Радио. — 1989. - № 9. — С. 53; 1990. - № 4. — С. 92.

24. Устименко С. Таймер со звуковой сигнализацией // Радио. — 1989. - № 6. — С. 73–74.

25. Глузман И. Электронный таймер // В помощь радиолюбителю. — 1981. - № 73. — С. 4–11.

26. Мовсум-Заде К. Таймер управляет настольным вентиля- тором // Радио. — 1996. - № 12. — С. 41.

* * *

Content

Составитель: Никитин Вильямс Адольфович
«В помощь радиолюбителю»
Выпуск 9
(Электроника своими руками)

Глава 1 БЛОКИ ПИТАНИЯ

1.1. Блок питания для «Славы»

1.2. Сетевой миниатюрный

1.3. Блок питания для компьютера типа «Балтик»

1.4. Блок питания на ТВК-110ЛМ

1.5. Источник питания повышенной мощности

1.6. Экономичный блок питания

Глава 2 ИСПЫТАТЕЛИ ТРАНЗИСТОРОВ

2.1. Самый простой…

2.2. Прибор для проверки исправности транзисторов

2.3. Испытатель транзисторов средней и большой мощности

2.4. Испытатель транзисторов со стрелочным индикатором

2.5. Испытатель мощных транзисторов

Глава 3 ПРОСТЫЕ РАДИОПРИЕМНИКИ

3.1. Экономичный приемник с фиксированной настройкой

3.2. Простой карманный приемник

3.3. Экономичный радиоприемник

3.4. Приемник с синхронным детектором

3.5. Малогабаритный приемник

Глава 4 СИГНАЛИЗАТОРЫ

4.1. Сигнализатор «Прикройте холодильник»

4.2. Сигнализатор разрядки аккумулятора

4.3. Универсальное сигнальное устройство

4.4. Двухтональный мелодичный сигнализатор

4.5. Сигнализатор с нарастанием громкости

Глава 5 ТАЙМЕРЫ

5.1. Таймер со светодиодной индикацией

5.2. Простой таймер к приемнику

5.3. Таймер со звуковой сигнализацией

5.4. Электронный таймер

5.5. Таймер управляет вентилятором

Приложение ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ

Литература