Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Практическая электроника » Как сделать выпрямитель и простейший блок питания
Количество просмотров: 169117
Комментарии к статье: 9


Как сделать выпрямитель и простейший блок питания


Выпрямитель - это устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное. Это одна из самых часто встречающихся деталей в электроприборах, начиная от фена для волос, заканчивая всеми типами блоков питания с выходным напряжением постоянного тока. Есть разные схемы выпрямителей и каждая из них в определённой мере справляется со своей задачей. В этой статье мы расскажем о том, как сделать однофазный выпрямитель, и зачем он нужен.

Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

Определение

ВыпрямительВыпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный. Слово «постоянный» не совсем корректно, дело в том, что на выходе выпрямителя, в цепи синусоидального переменного напряжения, в любом случае окажется нестабилизированное пульсирующие напряжение. Простыми словами: постоянное по знаку, но изменяющееся по величине.

Выпрямитель в одном корпусе

Различают два типа выпрямителей:

  • Однополупериодный. Он выпрямляет только одну полуволну входного напряжения. Характерны сильные пульсации и пониженное относительно входного напряжение.

  • Двухполупериодный. Соответственно, выпрямляется две полуволны. Пульсации ниже, напряжение выше чем на входе выпрямителя – это две основных характеристики.

Что значит стабилизированное и нестабилизированное напряжение?

Стабилизированным называется напряжение, которое не изменяется по величине независимо ни от нагрузки, ни от скачков входного напряжения. Для трансформаторных источников питания это особенно важно, потому что выходное напряжение зависит от входного и отличается от него на Ктрансформации раз.

Нестабилизированное напряжение – изменяется в зависимости от скачков в питающей сети и характеристик нагрузки. С таким блоком питания из-за просадок возможно неправильное функционирование подключенных приборов или их полная неработоспособность и выход из строя.

Выходное напряжение

Основные величины переменного напряжения - амплитудное и действующее значение. Когда говорят «в сети 220В переменки» имеют в виду действующее напряжение.

Синусоидальный ток и его характеристики

Если говорят об амплитудной величине, то имеют в виду, сколько вольт от нуля до верхней точки полуволны синусоиды.

Амплитудное значение напряжения и тока

 

Опустив теорию и ряд формул можно сказать, что действующее напряжение в 1.41 раз меньше амплитудного. Или:

Uа=Uд*√2

Амплитудное напряжение в сети 220В равняется:

220*1.41=310

Схемы

Однополупериодный выпрямитель состоит из одного диода. Он просто не пропускает обратную полуволну. На выходе получается напряжение с сильными пульсациями от нуля до амплитудного значения входного напряжения.

Если говорить совсем простым языком, то в этой схеме к нагрузке поступает половина от входного напряжения. Но это не совсем корректно.

Схема однополупериодного выпрямителя

Двухполупериодные схемы пропускают к нагрузке обе полуволны от входного. Выше в статье упоминалось об амплитудном значении напряжения, так вот напряжение на выходе выпрямителя то же ниже по величине, чем действующее переменное на входе.

Напряжение на выходе выпрямителя
Двухролупериодный выпрямитель

Но, если сгладить пульсации с помощью конденсатора, то, чем меньшими будут пульсации, тем ближе напряжение будет к амплитудному.

Конденсатор для сглаживания пульсаций

О сглаживания пульсаций мы поговорим позже. А сейчас рассмотрим схемы диодных мостов.

Их две:

1. Выпрямитель по схеме Гретца или диодный мост;

2. Выпрямитель со средней точкой.

Первая схема более распространена. Состоит из диодного моста – четыре диода соединены между собой «квадратом», а в его плечи подключена нагрузка. Выпрямитель типа «мост» собирается по схеме приведенной ниже:

Диодный мост
Схема включения диодного моста

Её можно подключить напрямую к сети 220В, так сделано в современных импульсных блоках питания, или на вторичные обмотки сетевого (50 Гц) трансформатора. Диодные мосты по этой схеме можно собирать из дискретных (отдельных) диодов или использовать готовую сборку диодного моста в едином корпусе.

Самодельный блок питания

Вторая схема – выпрямитель со средней точкой не может быть подключена напрямую к сети. Её смысл заключается в использовании трансформатора с отводом от середины.

Выпрямитель со средней точкой

По своей сути – это два однополупериодных выпрямителя, подключенные к концам вторичной обмотки, нагрузка одним контактом подключается к точке соединения диодов, а вторым – к отводу от середины обмоток.

Её преимуществом перед первой схемой является меньшее количество полупроводниковых диодов. А недостатком – использование трансформатора со средней точкой или, как еще называют, отводом от середины. Они менее распространены чем обычные трансформаторы со вторичной обмоткой без отводов.

Сглаживание пульсаций

Питание пульсирующим напряжением неприемлемо для ряда потребителей, например, источники света и аудиоаппаратура. Тем более, что допустимые пульсации света регламентируются в государственных и отраслевых нормативных документах.

Для сглаживания пульсаций используют фильтры – параллельно установленный конденсатор, LC-фильтр, разнообразные П- и Г-фильтры…

Схемы фильтров

Но самый распространенный и простой вариант – это конденсатор, установленный параллельно нагрузке. Его недостатком является то, что для снижения пульсаций на очень мощной нагрузке придется устанавливать конденсаторы очень большой емкости – десятки тысяч микрофарад.

Его принцип работы заключается в том, что конденсатор заряжается, его напряжение достигает амплитуды, питающее напряжение после точки максимальной амплитуды начинает снижаться, с этого момента нагрузка питается от конденсатора. Конденсатор разряжается в зависимости от сопротивления нагрузки (или её эквивалентного сопротивления, если она не резистивная). Чем больше емкость конденсатора – тем меньшие будут пульсации, если сравнивать с конденсатором с меньшей емкостью, подключенного к этой же нагрузке.

Простым словами: чем медленнее разряжается конденсатор – тем меньше пульсации.

Скорости разряда конденсатора зависит от потребляемого нагрузкой тока. Её можно определить по формуле постоянной времени:

t=RC,

где R – сопротивление нагрузки, а C – емкость сглаживающего конденсатора.

Таким образом, с полностью заряженного состояния до полностью разряженного конденсатор разрядится за 3-5 t. Заряжается с той же скоростью, если заряд происходит через резистор, поэтому в нашем случае это неважно.

Отсюда следует – чтобы добиться приемлемого уровня пульсаций (он определяется требованиями нагрузки к источнику питания) нужна емкость, которая разрядится за время в разы превышающее t. Так как сопротивления большинства нагрузок сравнительно малы, нужна большая емкость, поэтому в целях сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя применяют электролитические конденсаторы, их еще называют полярными или поляризованными.

Обратите внимание, что путать полярность электролитического конденсатора крайне не рекомендуется, потому что это чревато его выходом из строя и даже взрывом. Современные конденсаторы защищены от взрыва – у них на верхней крышке есть выштамповка в виде креста, по которой корпус просто треснут. Но из конденсатора выйдет струя дыма, будет плохо, если она попадет вам в глаза.

Расчет емкости ведется исходя из того какой коэффициент пульсаций нужно обеспечить. Если выражаться простым языком, то коэффициентом пульсаций показывает, на какой процент проседает напряжение (пульсирует).

Чтобы посчитать емкость сглаживающего конденсатора можно использовать приближенную формулу:

C=3200*Iн/Uн*Kп,

Где Iн – ток нагрузки, Uн – напряжение нагрузки, Kн – коэффициент пульсаций.

Для большинства типов аппаратуры коэффициент пульсаций берется 0.01-0.001. Дополнительно желательно установить керамический конденсатор как можно большей емкости, для фильтрации от высокочастотных помех.

Как сделать блок питания своими руками?

ПрактикаПростейший блок питания постоянного тока состоит из трёх элементов:

1. Трансформатор;

2. Диодный мост;

3. Конденсатор.

Если нужно получить высокое напряжение, и вы пренебрегаете гальванической развязкой то можно исключить трансформатор из списка, тогда вы получите постоянное напряжение вплоть до 300-310В. Такая схема стоит на входе импульсных блоков питания, например, такого как у вас на компьютере. О них мы недавно писали большую статью - Как устроен компьютерный блок питания.

Схема простого блока питания

Это нестабилизированный блок питания постоянного тока со сглаживающим конденсатором. Напряжение на его выходе больше чем переменное напряжение вторичной обмотке. Это значит, что если у вас трансформатор 220/12 (первичная на 220В, а вторичная на 12В), то на выходе вы получите 15-17В постоянки. Эта величина зависит от емкости сглаживающего конденсатора. Эту схему можно использовать для питания любой нагрузки, если для нее неважно, то, что напряжение может «плавать» при изменениях напряжения питающей сети.

Важно:

У конденсатора две основных характеристики – емкость и напряжение. Как подбирать емкость мы разобрались, а с подбором напряжения – нет. Напряжение конденсатора должно превышать амплитудное напряжение на выходе выпрямителя хотя бы в половину. Если фактическое напряжение на обкладках конденсатора превысит номинальное – велика вероятность его выхода из строя.

Старые советские конденсаторы делались с хорошим запасом по напряжению, но сейчас все используют дешевые электролиты из Китая, где в лучшем случае есть малый запас, а в худшем – и указанного номинального напряжения не выдержит. Поэтому не экономьте на надежности.

Стабилизатор напряжения
Схема стабилизированного выпрямителя

Стабилизированный блок питания отличается от предыдущего всего лишь наличием стабилизатора напряжения (или тока). Простейший вариант – использовать L78xx или другие линейные стабилизаторы, типа отечественного КРЕН.

Так вы можете получить любое напряжение, единственное условие при использовании подобных стабилизаторов, это то, напряжение до стабилизатора должно превышать стабилизированную (выходную) величину хотя бы на 1.5В. Рассмотрим, что написано в даташите 12В стабилизатора L7812:

Даташит стабилизатора L7812

Входное напряжение не должно превышать 35В, для стабилизаторов от 5 до 12В, и 40В для стабилизаторов на 20-24В.

Даташит стабилизатора L7812

Входное напряжение должно превышать выходное на 2-2.5В.

Полная версия даташита https://www.jameco.com/Jameco/Products/ProdDS/889305.pdf

Т.е. для стабилизированного БП на 12В со стабилизатором серии L7812 нужно, чтобы выпрямленное напряжение лежало в пределах 14.5-35В, чтобы избежать просадок, будет идеальным решением применять трансформатора с вторичной обмоткой на 12В.

Но выходной ток достаточно скромный – всего 1.5А, его можно усилить с помощью проходного транзистора. Если у вас есть PNP-транзисторы, можно использовать эту схему:

Схема включения стабилизатора напряжения

На ней изображено только подключение линейного стабилизатора «левая» часть схемы с трансформатором и выпрямителем опущена.

Если у вас есть NPN-транзисторы типа КТ803/КТ805/КТ808, то подойдет эта:

Еще одна схема включения стабилизатора напряжения

Стоит отметить, что во второй схеме выходное напряжение будет меньше напряжения стабилизации на 0.6В – это падение на переходе эмиттер база, подробнее об этом мы писали в статье о биполярных транзисторах. Для компенсации этого падения в цепь был введен диод D1.

Можно и в параллель установить два линейных стабилизатора, но не нужно! Из-за возможных отклонений при изготовлении нагрузка будет распределяться неравномерно и один из них может из-за этого сгореть.

Установите и транзистор, и линейный стабилизатор на радиатор, желательно на разные радиаторы. Они сильно греются.

Регулируемые блоки питания

Простейший регулируемый блок питания можно сделать с регулируемым линейным стабилизатором LM317, её ток тоже до 1.5 А, вы можете усилить схему проходным транзистором, как было описано выше.

Блок питания с регулируемым линейным стабилизатором LM317

Вот более наглядная схема для сборки регулируемого блока питания.

Схема для сборки регулируемого блока питания

Чтобы получить больший ток можно и использовать более мощный регулируемый стабилизатор LM350.

Мощный регулируемый стабилизатор LM350

 

Схема блока питания с регулируемым стабилизатором LM350

В последних двух схемах есть индикация включения, которая показывает наличие напряжения на выходе диодного моста, выключатель 220В, предохранитель первичной обмотки.

Вот пример регулируемого зарядного устройства для аккумулятора с тиристорным регулятором в первичной обмотке, по сути такой же регулируемый блок питания.

Схема регулируемого зарядного устройства для аккумулятора с тиристорным регулятором

Кстати похожей схемой регулируют и сварочный ток:

Схема для регулирования сварочного тока

Об этом выкладывалась статья ранее: Как сделать простой регулятор тока для сварочного трансформатора

Заключение

Выпрямитель используется в источниках питания для получения постоянного тока из переменного. Без его участия не получится запитать нагрузку постоянного тока, например светодиодную ленту или радиоприемник.

Также используются в разнообразных зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов, есть ряд схем с использованием трансформатора с группой отводов от первичной обмотки, которые переключаются галетным переключателем, а во вторичной обмотке установлен только диодный мост. Переключатель устанавливают со стороны высокого напряжения, так как, там в разы ниже ток и его контакты не будут пригорать от этого.

По схемам из статьи вы можете собрать простейший блок питания как для постоянной работы с каким-то устройством, так и для тестирования своих электронных самоделок.

Схемы не отличаются высоким КПД, но выдают стабилизированное напряжение без особых пульсаций, следует проверить емкости конденсаторов и рассчитать под конкретную нагрузку. Они отлично подойдут для работы маломощных аудиоусилителей, и не создадут дополнительного фона. Регулируемый блок питания станет полезным автолюбителями и автоэлектрикам для проверки реле регулятора напряжения генератора.

Регулируемый блок питания используется во всех областях электроники, а если его улучшить защитой от КЗ или стабилизатором тока на двух транзисторах, то вы получите почти полноценный лабораторный блок питания.

Алексей Бартош

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Практическая электроника

Подписывайтесь на канал в Telegram про электронику для профессионалов и любителей: Практическая электроника на каждый день



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Однофазные выпрямители: типовые схемы, осциллограммы и моделирование
  • Как рассчитать и подобрать гасящий конденсатор
  • Как происходит выпрямление переменного тока
  • Стабилизированные источники питания
  • Чем отличается блок питания для светодиодных ламп и электронный трансформат ...
  • Электрическая схема блока питания для гаража
  • Универсальный источник питания
  • Самодельный блок питания с системой защиты от коротких замыканий
  • Ступенчатый регулятор напряжения
  • Блоки питания для домашней лаборатории
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Практическая электроника

    Самоделки, Блоки питания, Трансформаторы, Стабилизатор переменного напряжения

      Комментарии:

    #1 написал: Виктор |

    Статья в принципе полезная.Но,никогда не ставьте в первичную обмотку трансформатора регуляторы на тиристорах или симисторах. Это прямой путь к сильному гудению и нагреву трансформатора поскольку подобные регуляторы уродуют синусоиду.

      Комментарии:

    #2 написал: Фархат Ахмедзиянов |

    Выпрямитель представляет собой электрическое устройство, которое используется для преобразования переменного напряжения (переменного тока) в постоянное напряжение (постоянный ток). Противоположностью выпрямителя является инвертор. Большинству электронных устройств для своей работы требуется постоянное напряжение, в то время как для распределения электроэнергии (особенно для простого повышения/понижения напряжения путем преобразования ) выгоднее использовать переменное напряжение. Выпрямители применяются также в системах электроснабжения (тяги) электротяговых транспортных средств (локомотив, трамвай, троллейбус, метро...), за счет более простого решения привода постоянного тока. В настоящее время используются почти исключительно полупроводниковые выпрямители на основе кремния, с которыми практически вытеснены другие устройства, хотя не исключено, что появятся новые технологии выпрямления, т.е. на основе перехода карбида кремния. Недостатком классических диодных (тиристорных) выпрямителей является искаженная несинусоидальность тока. Активный выпрямитель устраняет этот недостаток. Активные выпрямители представляют собой электронные устройства, использующие широтно-импульсную модуляцию, но они имеют более высокие потери и более высокие значения выпрямленного напряжения по сравнению с обычными выпрямителями.

      Комментарии:

    #3 написал: Евгений |

    Исправьте картинку под определением.

      Комментарии:

    #4 написал: Алина |

    Выпрямитель — это электронное устройство, используемое для преобразования переменного тока, такого как обычное домашнее электричество, в постоянный ток. Без выпрямителей вполне вероятно, что такие вещи, как компьютеры, радиоприемники и телевизоры, которым для правильной работы требуется постоянный ток, должны были бы питаться исключительно от батарей или вообще не питаться! Будь то ламповые или полупроводниковые, большинство выпрямителей содержат два электрода: анод и катод в полупроводниковой версии или пластину и катод в ламповой версии. Эти двухконтактные устройства известны как диоды. Можно использовать трехполюсные устройства, такие как триоды или биполярные транзисторы, но они не так подходят для выпрямления как диоды. В процессе работы выпрямитель действует как электронный переключатель и пропускает ток только в одном направлении. Следовательно, когда на выпрямитель подается переменное напряжение, ток течет только половину цикла, во время положительного колебания цикла. На практике выпрямительные диоды конфигурируются по полуволновой, двухполупериодной или мостовой схемам.

      Комментарии:

    #5 написал: Опытный электрик |

    Для создания простого выпрямителя и блока питания нужно несколько компонентов. Вот список необходимых материалов:

    • Трансформатор, способный обеспечивать напряжение в зависимости от требуемого выходного напряжения. Например, для получения выходного напряжения 12 В необходим трансформатор с напряжением 12-15 В на входе.
    • Диодный мост, состоящий из четырех диодов, который будет выполнять функцию выпрямления переменного тока в постоянный.
    • Электролитический конденсатор, необходимый для фильтрации сигнала после выпрямления.
    • Резистор, необходимый для ограничения тока.
    • Выходные клеммы для подключения нагрузки.

    Процесс создания блока питания следующий:

    • Подключите первичную обмотку трансформатора к источнику переменного тока.
    • Подключите вторичную обмотку трансформатора к диодному мосту, при этом обратите внимание на полярность.
    • Подключите конденсатор между выходом диодного моста и землей. Размер конденсатора должен быть выбран в зависимости от выходного напряжения и нагрузки.
    • Подключите резистор между положительным выводом конденсатора и выходными клеммами блока питания.
    • Подключите выходные клеммы блока питания к нагрузке.

    После того, как все компоненты будут подключены, блок питания можно подключать к источнику переменного тока. Если все сделано правильно, то на выходе блока питания должно быть стабильное постоянное напряжение, соответствующее выбранному трансформатору и конденсатору. Если выходное напряжение ниже заданного, уменьшите сопротивление резистора. Если напряжение выше, увеличьте сопротивление резистора.

    Не забывайте, что работа с электроникой может быть опасной, поэтому перед началом работы убедитесь, что вы знакомы с основными принципами работы электрических цепей и соблюдайте все меры безопасности. Если вы не уверены в своих навыках, обратитесь за помощью к профессионалам.

    Цитата: Виктор
    никогда не ставьте в первичную обмотку трансформатора регуляторы на тиристорах или симисторах. Это прямой путь к сильному гудению и нагреву трансформатора поскольку подобные регуляторы уродуют синусоиду.

    Вы абсолютно правы! Регуляторы на тиристорах или симисторах действительно могут искажать синусоиду, что приводит к гудению и нагреву трансформатора. Это может стать причиной не только неисправности блока питания, но и нанести вред самому трансформатору. Для получения стабильного выходного напряжения в блоке питания лучше использовать стабилизатор напряжения, который не только обеспечит стабильность выходного напряжения, но и защитит цепи от перенапряжения и короткого замыкания.

      Комментарии:

    #6 написал: Николай |

    Для создания выпрямителя и простейшего блока питания, вам понадобятся основные компоненты: диоды для выпрямления переменного тока в постоянный, конденсаторы для сглаживания напряжения, трансформатор для снижения напряжения (для блока питания) и регулятор напряжения (если необходимо установить определенное значение напряжения). Процесс сборки и соединения компонентов зависит от выбранной схемы и назначения блока питания. Однако для успешного создания таких устройств рекомендуется обладать базовыми знаниями в электротехнике и уметь обращаться с инструментами. Важно соблюдать меры безопасности при работе с электрическими компонентами и убедиться, что всё собрано правильно перед подключением к источнику электропитания. Если у вас нет опыта или необходимых знаний, лучше обратиться за помощью к опытным специалистам, чтобы избежать возможных проблем и повреждений.

      Комментарии:

    #7 написал: Сергей |

    Сделать выпрямитель и блок питания - это проще, чем кажется! Просто возьмите немного проводов, диодов, конденсаторов, и, конечно же, щепотку волшебства! Скрутите все вместе и... пожалуйста, не делайте этого дома! Для безопасности и качества лучше приобрести готовый блок питания.

      Комментарии:

    #8 написал: Леонид Дробышев |

    Сначала нужно выбрать подходящий трансформатор, который будет обеспечивать нужное напряжение и ток на выходе выпрямителя. Затем нужно подключить диоды к трансформатору, соблюдая полярность. Диоды должны быть соединены так, чтобы на выходе получалось постоянное напряжение. После этого нужно добавить конденсатор фильтра для сглаживания пульсаций и резистор для ограничения тока. Провода нужно подключить к входу выпрямителя и к нагрузке. Наконец, все компоненты нужно поместить в корпус, который защитит их от внешних воздействий.

      Комментарии:

    #9 написал: Andy |

    В работе выпрямителей особое значение имеет характер нагрузки, подключенной к выходу выпрямителя. Первый элемент сглаживающего фильтра определяет реакцию нагрузки и формирует структуру выходного тока. В случае емкостного фильтра форма тока, выходящего из выпрямителя, представляет собой положительную часть синусоиды с длительностью, не превышающей полупериода. С другой стороны, при использовании индуктивного фильтра форма тока приобретает практически прямоугольную форму с продолжительностью, равной полупериоду.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.