Придбання дорогого імпортного трансивера, як правило, пов'язане зі значними матеріальними витратами. Часто засобів на покупку блоку живлення зовсім нс залишається. І тут перед щасливим радіоаматором постає проблема самостійного виготовлення живильного пристрою. Яким вимогам вона повинна відповідати?
В першу чергу, поряд з необхідною потужністю саморобний блок живлення повинен мати хорошу надійність, щоб ймовірність пошкодження підключеного приймача була мінімальною. Надійність, як відомо, залежить від сукупної надійності всіх елементів конструкції і їх функціональної важливості. В мережевому блоці живлення найважливішу роль відіграє вузол стабілізатора напруги. У цій статті наведено опис саморобного мережевого пристрою живлення, головною "родзинкою" якого і є схема стабілізатора. Блок працює без зауважень вже близько півроку спільно з трансивером KENWOOD TS-570D. Нещодавно під час літньої спеки він пройшов додаткові випробування, працюючи близько доби на еквівалент навантаження при номінальному струмі.
Параметри блоку живлення:
- Вихідна напруга - 13,8 (регулюється)
- Номінальний струм навантаження - 25 А
- Струм захисту від короткого замикання - 27 А
- Просадка вихідної напруги при номінальному струмі навантаження - не більше 0,5 В
- Габарити - 130 х 140 х 350 мм
Не менш важливою проблемою, ніж вибір схеми стабілізатора, є розрахунок та виготовлення силового трансформатора. Це завдання майже завжди пов'язана з масою труднощів - треба діставати потрібну за розміром залізо, дроти необхідного перетину і, головне, зробити трудомістку намотування. Всі ці моменти викликають у радіоаматорів глухе відраза до самостійного виготовлення трансформатора і бажання дістати вже готовий. Що, в свою чергу, відсуває момент виходу в ефір на новенькому трансивері в "довгий ящик".
Насправді, саморобний трансформатор - не така вже важка річ. Очі бояться, руки роблять! Зі свого досвіду в якості сердечника я віддаю перевагу використовувати Ш-подібні пластини. Незважаючи на те, що необхідні габарити трансформатора при цьому дещо більше, ніж з торроидальным серцевиною, технологічні зручності беруть верх.
В першу чергу необхідно оцінити придатність наявного сердечника або прикинути, який шукати. Потім розрахувати діаметри дроту і число витків обмоток і, нарешті, правильно оцінити отримані результати. Заглянувши в старий довідник, можна знайти там такі приблизні формули:
Слід мати на увазі, що число витків первинної обмотки на практиці виявляється дещо меншою, а вторинної - великим, в порівнянні з розрахунковим. Тим не менше, спочатку слід намотати первинну обмотку з запасом в 20 - 30 відсотків. Запас стане в нагоді при подальшій підгонці числа витків для оптимального режиму роботи трансформатора. При намотуванні бажано підраховувати число витків для подальшої корекції розрахункового параметра "N".
Після завершення чорнової намотування мережевий обмотки слід закріпити се витки, зібрати магнітопровід і виміряти струм первинної обмотки на холостому ходу. Цей вимір дасть досить повну інформацію про якість виконаної роботи На даному етапі. Величина вимірюваного струму залежить від габаритної потужності трансформатора або, простіше кажучи, від розміру його осердя. Для трансформаторів з потужністю 200 - 1000 Вт струм холостого ходу може мати величину близько 100 - 150 мА. Якщо вимірюваний струм буде менше цієї величини, це означає, що ККД трансформатора буде нижче норми і від нього нс вдасться одержати очікуваної потужності. У цьому випадку від обмотки треба відмотати частина витків і знову повторити вимір струму.
Щоб уникнути несподіваних неприємностей, пов'язаних з випадковими межвитковыми замиканнями, перший замір бажано виробляти, включивши послідовно з обмоткою мережеву лампочку потужністю не менше 100 Вт. Якщо побудувати графік залежності струму холостого ходу від числа витків, то на цьому графіку можна буде побачити досить різкий перелом, який показує, що при певному числі витків навіть незначне їх зменшення призводить до різкого збільшення струму. Так от, оптимальним можна вважати число витків, коли графік струму трохи нс доходить до місця перелому вгору. Загальним критерієм якості виконаної первинної обмотки можна вважати відсутність помітного нагрівання осердя трансформатора при роботі без навантаження протягом кількох годин.
Хочу зазначити, що намагатися намотувати трансформатор методом "виток до витка" вельми трудомістка справа. Первинну обмотку цілком можна мотати "навал". Сучасні обмотувальні дроти з їх надійної лаковою ізоляцією допускають такий метод намотування. Треба тільки стежити за рівномірністю розподілу витків по поверхні обмотки, щоб не створювати ділянки з підвищеною межвитковой різницею потенціалів. Отже, первинна обмотка закінчена. Витки закріплені, зроблені гнучкі висновки і поверх витків прокладена ізоляція нелегкоплавкого матеріалу, в якості якого можна використовувати стрічку з фторопласту, взяту від конденсаторів ФТ-3.
Тепер треба виконати екранування мережевий обмотки. Найкраще це робити тонкою мідною фольгою, обмотавши їй в один шар поверхню знову виготовленої мережевий обмотки. Екрануюча обмотка має тільки один висновок. який приєднується потім до загальної (земляний) шині живлення. Екрануюча обмотка ні в якому разі не повинна бути замкнутою, інакше це призвело б до загибелі вашого трансформатора. Між перехлестывающимися кінцями фольги обов'язково треба прокласти надійну ізоляцію. Після ізоляції екрануючої обмотки можна приступити до не менш відповідальній справі - намотуванні вторинної, сильнотоковой обмотки. Її конструкція залежить від вибору схеми випрямляча. Якщо планується застосувати мостовий випрямляч, то мотається проста безотводная обмотка. Якщо у вікні трансформатора є достатньо вільного місця, бажано використовувати парафазную двухполупериодную схему випрямляча з двома діодами і відповідно подвійну вторинну обмотку з середнім виводом. Втрати в обмотці і на випрямлячі в цьому випадку будуть меншими, ніж у першому випадку.
Для потужної вторинної обмотки зазвичай використовується товстий мідний дріт діаметром кілька міліметрів або мідна шинку. Це ускладнює виробництво ручної намотки і може привести до пошкодження ізоляції низлежащих витків. В своїй конструкції я використовував своєрідний "литцендрат"- джгут з декількох, складених разом, проводів діаметром близько 0,8 мм. При такому способі намотування важливо стежити за паралельністю розташування окремих проводів цього джгута, щоб не викликати появи струму неузгодженості між окремими проводами обмотки.
Важливе питання - на яку напругу розраховувати вторинну обмотку? Відповідь на нього залежить від багатьох факторів. Таких, як властивості магнітопровода, ємність конденсатора фільтра випрямляча, межі можливих коливань напруги мережі, властивості стабілізатора напруги. На багато з цих питань легше отримати відповідь, поставивши відповідний експеримент, ніж намагатися розрахувати теоретично. У будь-якому разі треба орієнтуватися на величину випрямленої напруги близько 20 Вольт. Збільшення цієї цифри корисно для збільшення стабільності вихідної напруги за рахунок більшого запасу для стабілізації напруги. Проте, це, в свою чергу, призводить до посилення теплового режиму роботи трансформатора і стабілізатора, до необхідності застосовувати електролітичні конденсатори фільтра на більшу напругу, тобто більш дорогі і габаритні.
Одним словом, тут треба дотримуватися правила "золотої середини" і не допускати для досягнення невиправдано високих навантажувальних параметрів форсування режимів вузлів блоку живлення. Після пробної намотування вторинної обмотки треба не забути знову перевірити струм холостого ходу мережевий обмотки. Він не повинен зрости більш, ніж на 5 - 10 мА. Далі, якість виконання кожного етапу зборки пристрою живлення бажано перевіряти, навантажуючи його на еквівалент, яким може служити гірлянда відповідним чином сполучених ламп розжарювання. Я використовував старі 12-ти вольт автомобільні лампи від фар дальнього світла, з'єднавши паралельно обидві спіралі. Одна лампа в такому включенні "їсть" близько 6А.
Зібравши схему випрямляча разом з конденсатором фільтра, проводимо заміри навантажувальної здатності, середньої напруги і напруги пульсації при номінальному струмі навантаження. Найбільший інтерес викликає величина напруги в мінімумі періоду пульсації. Заміряне осцилографом, воно повинно бути нс менш ніж на три вольта (хв. запас на стабілізацію) більше вихідної напруги стабілізатора і, в нашому випадку становитиме 13,8+3=16,8 Ст.
Важливо правильно вибрати ємність конденсатора фільтра. Зазвичай її вибирають близько 100000 мкФ. Я відчував труднощі з придбанням такого конденсатора і набрав необхідну ємність, з'єднуючи паралельно наявні конденсатори. Мені вдалося розмістити їх в усіх закутках корпусу блоку, приклеюючи конденсатори клеєм "розплав". Висновки однойменних полюсів треба з'єднати проводами в одній точці, в безпосередній близькості від вихідного роз'єму. Можна використовувати конденсатор і меншої ємності, але при цьому необхідно дещо збільшити напруга вторинних обмоток, контролюючи напруга пульсації під навантаженням, як було описано вище.
Коли збірка трансформатора і випрямляча була остаточно завершена, переді мною постало сучасн непросте питання вибору схеми стабілізатора напруги. З одного боку, існує багато схем з транзисторами в якості регулюючого елемента, з іншого боку, спокусливо було б використовувати стабілізатор повністю в інтегральному виконанні. Останній варіант був би кращий і своєю технологічністю, і якісними параметрами, гарантованими мікросхемою, якби не ціна.
Раніше і зараз я широко застосовую у своїх конструкціях мікросхеми КР142ЕН12. Всім вони гарні - ціною, доступністю і своїми параметрами, не бояться короткого замикання. Тільки от струм малуватий. Всього близько двох з невеликим ампер. Імпортні аналоги наших мікросхем LM317T -дешевше, стабільніше і могутніше, тримають три ампера, але все одно це далеко від того, що необхідно. Ще раніше, для збільшення потужності стабілізаторів я з'єднував висновки двох таких мікросхем паралельно. Максимальний струм збільшувався так само рівно в два рази.
У даному ж випадку я пішов на експеримент і з'єднав паралельно цілих дев'ять мікросхем, рівномірно розмістивши їх на загальному радіаторі. За стандартною схемою приєднав два резистора до загального керуючому висновку і включив немудреную схему. Результати випробувань під навантаженням повністю виправдали мої припущення - відмінні стабілізуючі властивості схеми збереглися такими ж, як у окремої мікросхеми, а максимальний струм збільшився пропорційно їх числа.
(натисніть для збільшення)
Використовувані в стабілізаторі мікросхеми перед монтажем слід випробувати окремо. Вихідні напруги кожної мікросхеми можуть відрізнятися на невелику величину. Але я навмисно не прагнув вибирати екземпляри з однаковими параметрами, розмірковуючи таким чином - нехай, при струмі, припустимо, два ампера працює лише одна з дев'яти мікросхем. Зате коли струм збільшиться до величини більше трьох ампер, навантажений чіп відчує перевантаження. В ньому почне спрацьовувати внутрішня схема захисту від короткого замикання, тобто плавно збільшиться його внутрішній опір, і протікає струм перерозподілиться на таку мікросхему. Так буде тривати, поки всі мікросхеми не включаться в процес стабілізації напруги.
При подальшому збільшенні струму вище номінального буде спостерігатися швидке зменшення вихідної напруги - остаточно спрацює функція захисту від перевантаження. Така схема, окрім граничної простоти і мінімуму використовуваних елементів, має ще одну перевагу - кращу тепловіддачу розподілених по радіатору мікросхем.
В моїй конструкції використовувалися три голчастих радіатора від рядкової розгортки телевізорів "Електроніка 401", укріплені на загальному алюмінієвій основі. Під радіаторами на всяк випадок змонтований охолоджуючий вентилятор, правда, включати його не доводиться - температура тепловідведення навіть при інтенсивній роботі на передачу невисока. Регулювання вихідної напруги такої схеми може здійснюватися в дуже широкому діапазоні - від двох до декількох десятків вольт. В табл.1 наведено усереднені величини опору регулювального резистора (змінний резистор 3,3 кОм), в залежності від необхідного вихідного напруги.
Таблиця 1
Напруга, В
Опір, Ом
Напруга, В
Опір, Ом
2
115
8
1057
3
276
9
1215
4
433
10
1368
5
586
11
1530
6
745
12
1686
7
903
13
1835
Зауважу, що радіатор з мікросхемами повинен обов'язково бути ізольований від корпусу блока живлення. Сам корпус краще не поєднувати гальванічно зі схемою стабілізатора, а приєднати до захисного заземлення. На вході мережевої напруги бажано встановити простий LC фільтр. Він захистить трансивер від потрапляння мережевих перешкод. Індикація роботи блоку живлення проводиться двома лампами HL1 - будь-яка неонова, HL2 - лампа розжарювання. Вона також виконує роль розрядного резистора. По тривалості її світіння після виключення блоку з мережі можна судити про якість конденсатора С5, а по яскравості - про стабільність вихідної напруги.
На закінчення скажу, що вартість однієї мікросхеми LM317 в Москві становить трохи більше 3 рублів - майже в два рази дешевше, ніж наша вітчизняна КР142ЕН12, але по надійності перевершує її.
Автор: С. Макаркін, RX3AKT; Публікація: М. Большаков, rf.atnn.ru