Исследуем выпрямитель.
Выпрямитель - одна их распространенных конструкций в радиолюбительском творчестве, необходимая для питания постоянным током самых разнообразных устройств. От выбора схемы выпрямителя и деталей для него зависят энергетические возможности этого источника питания и способность выдавать "чистое"напряжение, т. е. такое, у которого пульсации переменного тока ничтожны.
Измерить пульсации и выявить пути их снижения обычными измерительными приборами, имевшимися ранее в вашей лаборатории, практически невозможно. Сегодня, когда в вашем распоряжении появился осциллограф, сделать это чрезвычайно просто.
Итак, начинаем собирать выпрямитель. Первая деталь, которой нужно обзавестись, - понижающий трансформатор питания (рис. 8. а). Наиболее подходит для наших целей готовый выходной трансформатор кадровой развертки телевизоров – ТВК -110ЛМ (рис. 8. б). Подобные трансформаторы нередко используются в блоках питания радиолюбительских конструкций. Первичная (высокоомная) обмотка трансформатора выдерживает сетевое напряжение 220 В, на вторичной (низкоомной) при этом получается переменное напряжение около 14 В. Причем к обмотке можно подключать нагрузку, потребляющую ток до 1 А. Правда, напряжение на обмотке будет падать с ростом тока нагрузки.
Сначала подключите к выводам вторичной обмотки входные щупы осциллографа и включите первичную обмотку в сеть. Проводники от выводов первичной обмотки должны быть, конечно, в хорошей изоляции и с вилкой на конце. После подпайки проводников выводы нужно обернуть изоляционной лентой чтобы исключить возможность поражения электрическим током вовремя экспериментов. На осциллографе нажмите кнопку "0,5" переключателя 1, кнопка переключателя 3 должна быть отжата. Осциллограф работает в режиме автоматического запуска и с открытым входом (кнопки переключателей 7 и 13 соответственно должны быть отжаты), переключателями 3 - 6 устанавливают длительность развертки 5мс/дел.
На экране осциллографе появится изображение синусоидальных колебаний небольшой амплитуды. Нажмите кнопку "0,1 – 10" переключателя 1 - изображение увеличится и займет около четырех делений шкалы (рис.8. в). Значит, размах колебаний составит 40 В, хотя измеренное авометром переменное напряжение на вторичной обмотке ровно 14 В. В чем же дело?
Разгадка проста. На экране вы видите удвоенную амплитуду (положительный и отрицательный полупериоды) синусоидальных колебаний. Действующее же значение переменного напряжения, измеряемое авометром, в 2 х на корень квадратный из 2 раз меньше. Разделив показания осциллографа на это значение, получите почти 14 В. Аналогично определяйте по изображению на экране осциллографа, действующее значение синусоидального напряжения и в дальнейшем.
Подключите сначала ко вторичной обмотке трансформатора четыре диода (рис. 9, а) - двухполупериодный выпрямитель, собранный по мостовой схеме, и резистор нагрузки R1, к резистору подсоедините щупы осциллографа ("земляной" щуп - к нижнему по схеме выводу резистора). На экране осциллограф будут только положительные полупериоды синусоидального напряжения, следующие с частотой, вдвое большой частоты сетевого напряжения. Иначе говоря, отрицательные полупериоды "перевернулись" и заняли место между положительными (рис. 9,б).
Такое выпрямленное напряжение подавать на транзисторное устройство нельзя - слишком велики его пульсации. Напряжение нужно сгладить. Для этого достаточно подключить параллельно резистору оксидный конденсатор. Для начала возьмите конденсатор, скажем, типа К50-4, емкостью 100 мкФ на рабочее напряжение не менее 25 В. Полупериоды сразу же исчезнут, а на уровне их вершин на экране возникнет слегка изогнутая линия (рис. 9,в). Это пульсации сглаженного напряжения.
Чтобы лучше рассмотреть их и измерить амплитуду, нажмите кнопку 13 (осциллограф будет работать с закрытым входом) и поочередно нажимайте кнопки переключателей 1 и 2 до получения достаточно большого по вертикали изображения. Так, при нажатии кнопки "0,5 – 50" переключателя 1 и кнопки переключателя 2 на экране удастся увидеть картину, показанную на рис, 9, г. Она свидетельствует о том, что конденсатор заряжается от каждого полупериода сетевого напряжения и в промежутках между ними успевает немного разрядиться. В итоге на нагрузке действует постоянное напряжение с пульсациями около 1,5 В.
Еще более уменьшить пульсации удастся при подключении к резистору нагрузки конденсатора емкостью 500 мкФ - теперь они составят примерно 0,3 В. А при емкости конденсатора 1000 мкФ пульсации будут около 0,12 В (120 мВ). Постоянное напряжение с такими пульсациями уже можно подавать на многие электронные устройства.
Однако измеренные пульсации данном случае справедливы для тока нагрузки около 18 мА (определяется резистором R1), При увеличении тока нагрузки возрастут и пульсации. В этом вы можете убедиться сами, подключая к выпрямителю резисторы сопротивлением 510 Ом, а затем 300 Ом и измеряя амплитуду пульсаций в каждом случае.
Значительно уменьшить пульсации переменного тока можно, питая нагрузку через параметрический стабилизатор, подключенный к выпрямителю (рис.10, а). Для него понадобится стабилитрон VD5 и балластный резистор R1. Причем напряжение на нагрузке (резистор R2) будет определяться только используемым стабилитроном. К примеру, для указанного на схеме стабилитрона Д814Д оно составит 11,5. ..14 В (таков разброс напряжения стабилизации в зависимости от конкретно установленного экземпляра), для Д814Г - 10...12 В, для Д814В - 9...10.5 В и т. д.
Измерьте теперь амплитуду пульсаций на нагрузке - она составит около 0,02 В при емкости фильтрующего конденсатора 200 мкФ, т. е. значительно меньше даже по сравнению с пульсациями при конденсаторе фильтра 1000 мкФ! Иначе говоря, параметрический стабилизатор позволяет "сэкономить" емкость конденсатора фильтра.
А теперь вообще отключите конденсатор фильтра - на экране осциллографа, подключенного параллельно резистору нагрузки R2, появится изображение полупериодов синусоидального напряжения со срезанными вершинами (рис. 12,б). Это результат "работы" стабилитрона. До определенного напряжения он "выключен", после чего "пробивается" - напряжение на нем остается равным напряжению стабилизации (правда, оно немного изменяется в зависимости от тока через стабилитрон).
Подключив вновь конденсатор фильтра, установите параллельно резистору нагрузки еще 1 один резистор - сопротивлением 600...800 Ом. Пульсации на выходе стабилизатора резко возрастут и станут почти равными пульсациям на конденсаторе фильтра. Причина в том, что ток нагрузки возрос и стабилитрон вышел из режима стабилизации, т. е. практически перестал действовать.
При указанном на схеме сопротивлении балластного резистора к стабилизатору можно подключить нагрузку, потребляющую ток до 7 мА. Если же сопротивление балластного резистора уменьшить до 130 Ом, ток нагрузки может доходить до 20 мА.
А как быть, если стабильным напряжением нужно питать нагрузку со значительно большим током потребления? В этом случае достаточно подключить к стабилитрону усилитель тока - змиттерный повторитель на мощном транзисторе VT1 (рис. 11, а). Теперь даже при подключении к выходу получившегося блока питания резистора сопротивлением 100...130 Ом, что эквивалентно нагрузке с тоном потребления около 100 мА, пульсации возрастут вдвое. Правда, напряжение на нагрузке будет несколько меньше, чем на стабилитроне - из-за падения напряжения на эмиттерном переходе транзистора (0,5. ..0,7 В).
При больших токах нагрузки транзистор выбирают с возможно большим коэффициентом передачи тока. Если же в наличии лишь транзистор с малым коэффициентом передачи, добавляют к нему маломощный транзистор (рис. 11, б) - и в итоге получается составной транзистор с большим коэффициентом передачи тока. Правда, в этом случае напряжение на выходе будет уже отличаться от напряжения на стабилитроне на 1...1,4 В. В любом варианте мощный транзистор нужно укрепить на теплоотводящей пластине из дюралюминия, алюминия или меди толщиной 2...3 мм и общей площадью поверхности не менее 15 см3.
С собранным блоком питания проведите эксперименты, подключая к выходу нагрузки с различными токами потребления и измеряя амплитуду пульсаций. Одновременно контролируйте амплитуду пульсаций на конденсаторе фильтра. Результаты измерений позволят еще раз оценить зависимость пульсаций от емкости фильтрующего конденсатора и тока нагрузки.
