Реферат: Доработка источника напряжения ВС 4-12
![]() |
Любой школьный учитель, преподающий раздел физики «Электричество и магнетизм) в своей практике систематически использует такой широко известный источник постоянного напряжения, как ВС 4-12, позволяющий получать на выходе постоянное (пульсирующее) напряжение 4, 6, 8, 10 и 12 В при максимальном токе нагрузке 4 А. Принцип действия этого прибора очень прост и легко понятен из принципиальной схемы, показанной на рисунке 1 а.
Следует отметить, что этот источник питания оснащён относительно мощным понижающим трансформатором, способным питать нагрузку током, превышающим 4 А. Тем не менее делать этого нельзя, так как диоды выпрямительного моста рассчитаны на меньший ток. Однако незначительная доработка прибора позволяет использовать его как в стандартном режиме работы, так и в качестве источника переменного напряжения с максимальным током нагрузки, превышающим 4 А. Для этого достаточно в конструкцию прибора ввести всего один тумблер, как это показано на рисунке 1 б. В верхнем по схеме положении контактов тумблера выходные гнёзда прибора подключаются к выходу выпрямительного моста, и источник работает в стандартном режиме. Если же контакты тумблера перевести в нижнее по схеме положение, то одно выходное гнёздо окажется подключённым непосредственно ко вторичной обмотке трансформатора, а второе – к ползунку галетного переключателя. Теперь на выходе источника будет действовать переменное напряжение, регулируемое приблизительно в тех же пределах, что и постоянное.
Конструктивно доработка источника напряжения может быть осуществлена следующим образом. Чтобы не делать в металлическом корпусе прибора лишних отверстий, можно удалить индикаторную лампочку накаливания (всё равно она часто теряется или перегорает), а на её место установить тумблер.
![]() |
Также хорошо известно, что эти источники напряжения нередко выходят из строя из-за перегрузок по току, которые возникают особенно часто когда прибор попадает в руки школьников без присмотра учителя. Причём, наверное, каждый учитель замечал, что некоторые ВС 4-12 на удивление живучи, а иные – «горят» очень легко. Причина этому в следующем. Изначально диодный мост прибора изготавливался из, так называемых, селеновых шайб, устанавливаемых на мощных радиаторах. Позже промышленность перешла на использование мощных диодов КД202, способных выдерживать меньший ток, при этом установлены они в ВС 4-12 без радиаторов, что и сокращает срок службы таких приборов.
Проблема может быть решена путём изготовления
несложного защитного устройства, отключающего нагрузку прибора автоматически в
случае превышения током допустимого значения. Принципиальная схема возможного
варианта такого устройства показана на рисунке 2. При соответствующем выборе
транзисторов устройство способно защищать от перегрузок как простые, так и
стабилизированные выпрямители с выпрямленным напряжением от 6 до 60 В и
допустимым током нагрузки
от 30 мА
до 10 А. Конденсаторы
и
предназначены для работы
защитного устройства в режиме импульсных перегрузок и при обычном его
использовании должны быть из схемы исключены.
Принцип действия защитного устройства состоит в
следующем. Когда ток нагрузки меньше максимально допустимого тока () транзистор
открыт, а
- закрыт. Падение
напряжения на участке эмиттер – коллектор транзистора
(между точками А и Б)
составляет несколько десятых долей вольта. В случае перегрузки (
) напряжение между точками А
и Б возрастает, что вызывает появление тока в цепи базы транзистора
. В результате транзистор
отпирается, а
закрывается. Это ведёт к
ещё большему росту напряжения между точками А и Б. Благодаря имеющейся
положительной обратной связи (через резистор
)
схема очень быстро переходит во второе устойчивое состояние:
- открыт,
- закрыт. При этом большая
часть напряжения выпрямителя
оказывается
приложеной к лампе Л, которая загорается, указывая на перегрузку.
Потребляемый при этом ток от выпрямителя в наихудшем случае (короткое замыкание)
равен сумме токов лампы и открытого транзистора
,
что составляет величину в 2¸3 раза меньшую
. После устранения
перегрузки и кратковременного нажатия кнопки Кн защитное устройство
переходит в исходное состояние, лампа гаснет.
Выбор типа транзисторов и минимального сопротивления
резисторов и
осуществляется по ниже
приведённой таблице.
|
|
Типы транзисторов |
|
|
|
|
|
||||
6 ¸ 15 | 0,03 ¸ 0,1 | МП39 ¸ МП42 | МП42; МП42А; МП42Б |
|
|
6 ¸ 30 | 0,1 ¸ 1,5 | МП42 ¸ МП42Б | П213Б ¸ П217 |
|
|
6 ¸ 60 | 1,5 ¸ 5,0 | П213Б ¸ П217 | П214В; П214Г; П217В |
|
|
9 ¸ 60 | 1,5 ¸ 10,0 | П213Б ¸ П217 | П210Б; П210В |
|
|
При сборке устройства необходимо установить резистор сопротивлением в 2 ¸ 3 раза больше минимального (окончательно его
подбирают в процессе налаживания устройства). При использовании мощных
транзисторов (П213, П214 и т. п.) сопротивление резистора
необходимо уменьшить до
величины около 510 Ом.
Поскольку оба транзистора работают в качестве
электронных ключей, тепловые режимы их лёгкие и радиаторов можно не применять.
Коэффициент передачи тока транзисторов должен быть не менее 20. Лучше, если эта
величина (особенно для транзистора ) будет
превышать 40, так как в этом случае уменьшается ток, потребляемый от
выпрямителя для поддержания
в
открытом состоянии.
Сигнальную лампу выбирают на рабочее напряжение и
номинальный ток в 2 ¸ 3 раза меньший .
Низковольтные лампы (на 3,5 В или 6,3 В) следует включать
последовательно с добавочным резистором, сопротивление которого можно
рассчитать по формуле:
.
При токе подобрать
нужную лампу может оказаться затруднительно. В этом случае для коммутации
имеющейся лампы можно воспользоваться электромагнитным реле. Его обмотка должна
обладать сопротивлением, как минимум, в 1,5¸2 раза большим
величины
, а ток срабатывания - во
столько же раз меньшим, чем
.
Контакты реле могут коммутировать любое сигнальное устройство.
В некоторых случаях бывает необходимым, чтобы
устройство не реагировало на импульсные перегрузки по току. Тогда можно
включить в схему конденсатор ёмкостью
несколько сотен микрофарад или замедлить срабатывание защиты путём установки
конденсатора
ёмкостью несколько
микрофарад.
Налаживание устройства состоит в следующем. Резистор составляют из
последовательно включённых переменного и постоянного резисторов. При этом общее
сопротивление должно быть не менее вычисленного по формуле:
,
где
- статический коэффициент
передачи тока транзистора
(иначе
этот транзистор выйдет из строя). К выходным гнёздам устройства последовательно
с амперметром подключают эквивалент нагрузки (проволочный резистор)
сопротивлением
.
Затем
включают питание устройства и подбирают сопротивление так, чтобы устройство
срабатывало при заданном токе
. В
исходное состояние устройство возвращают нажатием кнопки Кн. После окончания
настройки заменяют переменный и постоянный резисторы одним постоянным
резистором соответствующей величины, причём его мощность рассчитывают по
формуле:
.
Конструктивно устройство защиты целесообразно выполнять в самостоятельном корпусе из пластмассы или другого диэлектрического материала в виде отдельной приставки, что позволит использовать его при работе с различными источниками постоянного напряжения, удовлетворяющими выше изложенным требованиям. В случае отсутствия такой необходимости плату защитного устройства имеет смысл разместить внутри корпуса прибора на диэлектрическом основании, обеспечив надёжное отсутствие контакта токопроводящих дорожек платы и металлических корпусов деталей устройства с корпусом прибора.