Доопрацювання джерела напруги НД 4-12

ДОРОБЛЕННЯ ДЖЕРЕЛА НАПРУГИ НД 4-12

Будь-який шкільний вчитель, який викладає розділ фізики «Електрика і магнетизм) у своїй практиці систематично використовує такий широко відомий джерело постійної напруги, як ВС 4-12, що дозволяє отримувати на виході постійне (пульсуюче) напругу 4, 6, 8, 10 і 12 В при максимальному струмі навантаженні 4 А. Принцип дії цього приладу дуже простий і легко зрозумілий з принципової схеми, показаної на малюнку 1 а.

Слід зазначити, що це джерело живлення оснащений відносно потужним знижувальним трансформатором, здатним живити навантаження струмом, що перевищує 4 А. Тим не менше робити цього не можна, так як діоди випрямного моста розраховані на менший струм. Проте незначна доробка приладу дозволяє використовувати його як в стандартному режимі роботи, так і в якості джерела змінної напруги з максимальним струмом навантаження, що перевищує 4 А. Для цього досить у конструкцію приладу ввести всього один тумблер, як це показано на малюнку 1 б. У верхньому по схемі положенні контактів тумблера терміналів приладу підключаються до виходу випрямного мосту, і джерело працює в стандартному режимі. Якщо ж контакти тумблера перевести в нижнє по схемі положення, то одне вихідна гніздо виявиться підключеним безпосередньо до вторинної обмотки трансформатора, а друге - до бігунка галетного перемикача. Тепер на виході джерела буде діяти змінну напругу, регульоване приблизно в тих же межах, що і постійне.

Конструктивно доопрацювання джерела напруги може бути здійснена таким чином. Щоб не робити в металевому корпусі приладу зайвих отворів, можна видалити індикаторну лампочку розжарювання (все одно вона часто губиться або перегорає), а на її місце встановити тумблер.

Також добре відомо, що ці джерела напруги нерідко виходять з ладу через перевантаження по струму, які виникають особливо часто коли прилад потрапляє в руки школярів без нагляду вчителя. Причому, мабуть, кожен вчитель помічав, що деякі НД 4-12 напрочуд живучі, а інші - «горять» дуже легко. Причина цього в наступному. Спочатку діодний міст приладу виготовлявся з, так званих, селенових шайб, що встановлюються на потужних радіаторах. Пізніше промисловість перейшла на використання потужних діодів КД202, здатних витримувати менший струм, при цьому встановлені вони у ЗС 4-12 без радіаторів, що і скорочує термін служби таких приладів.

Проблема може бути вирішена шляхом виготовлення нескладного захисного пристрою, що відключає навантаження приладу автоматично в разі перевищення струмом допустимого значення. Принципова схема можливого варіанту такого пристрою показана на малюнку 2. При відповідному виборі транзисторів пристрій здатний захищати від перевантажень як прості, так і стабілізовані випрямлячі з випрямленою напругою від 6 до 60 В і допустимим струмом навантаження від 30 мА до 10 А. Конденсатори і призначені для роботи захисного пристрою в режимі імпульсних перевантажень і при звичайному його використання повинен бути зі схеми виключені.

Принцип дії захисного пристрою полягає в наступному. Коли струм навантаження менше максимально припустимого струму ( ) Транзистор відкритий, а - Закритий. Падіння напруги на ділянці емітер - колектор транзистора (Між точками А і Б) становить кілька десятих часток вольта. У разі перевантаження ( ) Напруга між точками А і Б зростає, що викликає появу струму в ланцюзі бази транзистора . У результаті транзистор відмикається, а закривається. Це веде до ще більшого зростання напруги між точками А і Б. Завдяки наявній позитивного зворотного зв'язку (через резистор ) Схема дуже швидко переходить у другу стійкий стан: - Відкрито, - Закритий. При цьому велика частина напруги випрямляча виявляється додатків до лампи Л, яка спалахує, вказуючи на перевантаження. Споживаний при цьому струм від випрямляча в найгіршому випадку (коротке замикання) дорівнює сумі струмів лампи і відкритого транзистора , Що становить величину в 2 ¸ 3 рази меншу . Після усунення перевантаження і короткочасного натискання кнопки Кн захисний пристрій переходить в початковий стан, лампа гасне.

Вибір типу транзисторів та мінімального опору резисторів і здійснюється за нижче наведеної таблиці.

При складанні пристрою необхідно встановити резистор опором в 2 ¸ 3 рази більше мінімального (остаточно його підбирають в процесі налагодження пристрою). При використанні потужних транзисторів (П213, П214 і т. п.) опір резистора необхідно зменшити до величини близько 510 Ом.

Оскільки обидва транзистора працюють в якості електронних ключів, теплові режими їх легені і радіаторів можна не застосовувати. Коефіцієнт передачі струму транзисторів повинен бути не менше 20. Краще, якщо ця величина (особливо для транзистора ) Буде перевищувати 40, так як в цьому випадку зменшується струм, споживаний від випрямляча для підтримки у відкритому стані.

Сигнальну лампу вибирають на робочу напругу і номінальний струм в 2 ¸ 3 рази менший . Низьковольтні лампи (на 3,5 В або 6,3 В) слід включати послідовно з додатковим резистором, опір якого можна розрахувати за формулою:

.

При струмі підібрати потрібну лампу може виявитися важко. У цьому випадку для комутації наявної лампи можна скористатися електромагнітним реле. Його обмотка повинна володіти опором, як мінімум, в 1,5 ¸ 2 рази більшим величини , А струм спрацьовування - у стільки ж разів меншим, ніж . Контакти реле можуть комутувати будь сигнальний пристрій.

У деяких випадках буває необхідним, щоб пристрій не реагувало на імпульсні перевантаження по струму. Тоді можна включити в схему конденсатор ємністю кілька сотень мікрофарад або сповільнити спрацьовування захисту шляхом установки конденсатора ємністю кілька мікрофарад.

Налагодження пристрою полягає в наступному. Резистор складають з послідовно включених змінного і постійного резисторів. При цьому загальний опір має бути не менше обчисленого за формулою:

,

де - Статичний коефіцієнт передачі струму транзистора (Інакше цей транзистор вийде з ладу). До вихідних гнізд їх послідовно з амперметром підключають еквівалент навантаження (дротяний резистор) опором

.

Потім включають харчування пристрою і підбирають опір так, щоб пристрій спрацьовувало при заданому струмі . У початковий стан пристрій повертають натисканням кнопки Кн. Після закінчення налаштування замінюють змінний і постійний резистори одним постійним резистором відповідної величини, причому його потужність розраховують за формулою:

.

Конструктивно пристрій захисту доцільно виконувати в самостійному корпусі з пластмаси або іншого діелектричного матеріалу у вигляді окремої приставки, що дозволить використовувати його при роботі з різними джерелами постійної напруги, що задовольняють вище викладеним вимогам. У разі відсутності такої необхідності плату захисного пристрою має сенс розмістити всередині корпусу приладу на діелектричному підставі, забезпечивши надійне відсутність контакту струмопровідних доріжок плати і металевих корпусів деталей пристрої з корпусом приладу.