Источники питания обязательно имеют все радиоэлектронные устройства.
Если устройство переносное, то в качестве блока питания может использоваться аккумулятор или батарейка. Примеры – мобильные телефоны, часы и т.д.
У стационарных устройств в качестве блоков питания применяются выпрямители.
Как мы упоминали раньше, напряжение в квартирной розетке переменное величиной 220В. Радиоэлектронные устройства выполнены на элементах, многие из которых для работы требуют постоянное напряжение значением ниже или иногда выше 220В.
Эти задачи и решают источники питания или их еще называют блоки питания. Основные составные части блоков питания: трансформаторы, выпрямители, фильтры, стабилизаторы, схемы защиты от перегрузок.
Рассмотрим по порядку.
Трансформатор (Тр1) преобразует переменное напряжение сети 220В в переменное напряжение нужной величины, например 12В.
Выпрямитель предназначен для преобразования переменного напряжения в постоянное.
Простейший (однополупериодный) выпрямитель:
Когда положительная полуволна, в точке «а» плюс, в точке «b» минус, диод открыт и через нагрузку течет ток. При отрицательной полуволне, плюс в точке «b», а в точке «а» минус. Диод закрыт, ток через нагрузку не течет.
Двухполупериодный выпрямитель:
Когда на обмотке трансформатора положительная полуволна, в точке «а» плюс, в точке «b» минус. Ток течет, от точки «а» через диод D2 , через нагрузку R и далее диод D4 к точке «b».
При отрицательной полуволне на обмотке трансформатора, в точке «b» плюс, а в точке «а» минус. Ток течет от точки «b» через диод D3 через нагрузку R диод D1 к точке «а». Как видим, при положительной и отрицательной полуволне ток через нагрузку R протекает в одном направлении, на схеме сверху вниз. При положительной полуволне открыты диоды D2 и D4, а диоды D1 и D3 заперты. При отрицательной полуволне открыты диоды D1 и D3, а диоды D2 и D4 заперты.
Двухполупериодный выпрямитель может отдавать в нагрузку в два раза большую мощность, по сравнению с однополупериодным выпрямителем.
Напряжение на выходе выпрямителей представленных выше однополярное, но еще не постоянное. Такая форма напряжения называется пульсирующей. Чтобы это напряжение стало постоянным, пульсации нужно сгладить. Для этого на выходе выпрямителя подключают фильтр.
Фильтр может состоять из конденсатора, резистора и конденсатора, индуктивности и конденсатора и называться соответственно C, RC или LC .
Чем больше допустимый ток на выходе выпрямителя, тем больше величина емкости конденсатора, который нужно применять в фильтре.
Когда волна пульсации растет, конденсатор будет заряжаться, когда волна падает, конденсатор разряжается и таким образом превращает пульсирующее напряжение, в постоянное которое выглядит на графике как прямая линия.
Основными недостатками рассмотренных выпрямителей являются:
— зависимость выходного напряжения от изменения входного. Допустим , напряжение в розетке стало меньше на 10%. Если на выходе выпрямителя было 12 В, оно так же уменьшится на 10% и станет 10,8 В, что для некоторых устройств недопустимо.
— зависимость выходного напряжения от тока нагрузки, при больших токах напряжение уменьшается.
— сглаживание пульсирующего напряжения одними фильтрами при больших токах в нагрузке недостаточно эффективно. Из-за этого в динамиках усилителей слышится фон переменного тока с частотой сети 50 Гц, или кратной ей, на изображении телевизоров видны темные горизонтальные полосы и т.д.
— в случае перегрузки отсутствует защита элементов выпрямителя от выхода из строя.
Видео, поясняющее принципы работы одно и двухполупериодного выпрямителя:
Важным параметром блока питания является мощность. Например, есть батарея для квартирного звонка на 12 В и есть автомобильный аккумулятор на 12 В. По напряжению они одинаковы, но отличаются по размеру и весу в сотни раз. Это потому, что мощность автомобильного аккумулятора намного больше мощности батареи звонка.
Автомобильный аккумулятор напряжением 12 В и емкостью 60 А/час имеет мощность порядка 720 Вт, а батарея звонка напряжением 12 В и емкостью 0,25 А/час имеет мощность около 3 Вт. Мощность нагрузки, подключаемой к аккумуляторам, батареям и блокам питания не должна превышать их допустимой мощности. Чем более длительно работает устройство, тем больший запас по мощности должен иметь его источник питания.
Что будет если не соблюдать это условие?
Например, если подключить батарею звонка к стартеру автомобиля, напряжение батареи с 12 В упадет до 0, стартер даже не заметит что на него подано питание. Для самой же батареи это равносильно короткому замыканию и она может выйти из строя.
Если же автомобильный аккумулятор подключить к звонку, то и аккумулятор и звонок будут работать очень долго, но здесь другая проблема, не совсем сочетаются габариты и стоимость.
Вывод.
Перегружать источники питания нельзя. При перегрузке они будут выдавать пониженное напряжение, греться и выходить из строя. При больших перегрузках источники питания могут вообще не обеспечить нужным напряжением нагрузку, в результате чего она может выйти из строя.