Как сделать несложный блок питания своими руками - подробная инструкция, электрическая схема и фотографии необходимых элементов.

Всем людям, и даже по роду занятий далеким от электротехники и электроники известно, что любому электрическому устройству, будь то двигатель, обогреватель, компьютер или сотовый телефон для работы необходимо питание. Питание может быть, как от сети, от блока питания, так и от гальванических элементов или аккумуляторов. Причем последние также нужно периодически подключать для заряда к блоку питания. 

Адаптер питания 220В

Все пользуются такими адаптерами питания, которые понижают напряжение сети до необходимого для питания наших устройств напряжения, выпрямляют его, фильтруют, часто применяется стабилизация напряжения на выходе. Все эти необходимые операции, прежде чем питание поступит к вашему устройству, выполняет блок питания. В этой статье мы подробно разберем, для чего нужна каждая из этих операций. Сразу скажу, что блоки питания делятся на трансформаторные, и импульсные, последние более сложны для понимания начинающим, и их мы в этой статье касаться не будем.

Блок питания усилителя с трансформатором

На фото выше блок питания мощного усилителя. Как ясно становится из названия в основе трансформаторных блоков питания лежит трансформатор. Именно с его помощью мы получаем из 220 вольт напряжения сети нужные нам для питания аппаратуры 9, 12, 18 вольт и любые другие напряжения. Все зависит от того, на какое напряжение вторичной обмотки рассчитывался трансформатор. Разумеется, трансформатор может не только понижать, но и повышать напряжение. Посчитать, какое напряжение будет на выходе, можно через коэффициент трансформации:

• U1 = напряжение первичной обмотки.  
• U2 = напряжение вторичной обмотки.
• w1 = количество витков первичной обмотки.   
• w2 = количество витков вторичной обмотки.
• кт  = коэффициент трансформации.

На трансформаторах часто пишут количество витков первичной и вторичной обмоток. Зная эти цифры, можно узнать, не подключая трансформатор, какое напряжение будет у нас на выходе, посчитав по формуле, через коэффициент трансформации. Также по ним можно ориентироваться, если нам требуется домотать какое-то количество витков, для изменения напряжение на выходе, либо если мы собрались мотать новую обмотку, например проводом большего сечения. Внешне можно определить обмотку, вторичная это, или первичная, по толщине проводов подходящих к выводам трансформатора. Вторичная обмотка, обычно бывает выполнена проводом значительно большего сечения. Но ориентироваться только на это нельзя, обязательно нужно померить сопротивление обмоток мультиметром в режиме омметра. Сопротивление первичной обмотки может быть порядка 300 Ом, тогда как сопротивление вторичной, из-за того что в ней относительно малое количество витков, может быть близко к нулю. Разница в сечении связана с тем, что мощность у нас, что на первичной, что на вторичной обмотке практически одинаковая, но так как в первичной напряжение обычно значительно выше, то и токи протекают в ней при одинаковой мощности значительно меньшие, чем во вторичной. Следовательно, для того, чтобы провода у нас не перегревались, вторичная обмотка и выполняется более толстым проводом. Те, кто видели разобранными сварочные аппараты с трансформаторами, знают, что вторичная обмотка у них значительно толще первичной, потому что сваривают как раз низким напряжением и большим током. Так выглядит график тока до диодного моста:

После трансформатора выходит переменный ток, а для питания аппаратуры необходим, как известно постоянный. Поэтому ток необходимо выпрямить. Существуют разные виды выпрямителей, одно полупериодные, двух полупериодные  выпрямители со средней точкой, но эти схемы имеют определенные недостатки. Чаще всего в выпрямителях применяется мостовая схема, или говоря другими словами, всем известный диодный мост. Разберем его более подробно.

Диодный мост - схема

На рисунке изображена схема подключения моста. Диодный мост имеет в своем составе 4 диода, соединенных по специальной мостовой схеме. Подключается в схеме мост 4 контактами, их видно на схеме. Это 2 контакта, которые соединяются со вторичной обмоткой трансформатора, и оставшиеся 2 контакта, с них снимают плюс и минус. Так выглядит график после моста:

Выводы на диодном мосту обычно бывают подписаны или обозначены. Для питания маломощной нагрузки бывает достаточно и моста на 0.5 Ампера или на 1 Ампер, например такого как на фото ниже: 

Диодный мост на фото

Тогда как для выпрямления значительных токов могут потребоваться мощные диоды или мосты, которые для лучшего теплоотведения крепят на радиатор. Такие диоды имеют крепление с резьбой, позволяющее прикрутить такой диод на радиатор:

Мощный диод

Радиатор может быть разной формы и размеров, выполнен из стали или алюминиевого сплава. Часто это простая пластинка П–образной формы, с отверстием под гайку или с резьбой внутри. Ниже на фото приведен радиатор для стабилизатора, такие же радиаторы применяются для охлаждения транзисторов.

Радиатор пластина

Но ток после диодного моста у нас получается пульсирующий, и не годится для питания, даже не требовательной аппаратуры. Необходим фильтр. Для этого применяется электролитический конденсатор большой емкости, например 1000 мкф, 2200 мкф и выше. Особенно нуждаются в хороших фильтрах усилители. 

Электролитический конденсатор

На конденсаторах обычно указывается максимальное допустимое напряжение и емкость в микрофарадах, что мы и видим на фото выше. Также электролитические конденсаторы имеют полярность, если спутать которую, впаять конденсатор и включить устройство, это  может привезти к порче конденсатора, к его вздуванию, а иногда даже к взрыву, если на конденсаторе нет специальных клапанов - насечек, для снятия давления. 

Вздувшийся конденсатор

Ток после фильтра у нас будет выпрямленный, но еще не стабилизированный, что необходимо для питания большинства цифровой техники. Для стабилизации тока часто применяют интегральные стабилизаторы, напряжение на входе которых может изменяться в заданных пределах, а на выходе будет стабильно неизменным. Для питания цифровой техники часто требуется напряжение питания 5 вольт. Для этих целей удобно применять стабилизатор КРЕН5 или 7805. 

Стабилизатор l7805cv

Такие стабилизаторы существуют и на другие напряжения. В блоках питания используются часто стабилизаторы в корпусе ТО-220 рассчитанные на токи в 1 ампер без радиатора. Если требуется, чтобы стабилизатор работал при больших токах, его требуется установить на радиатор. Соответственно чем больший ток стабилизируется, тем больше должна быть площадь ребер радиатора. Существуют также схемы регулируемых блоков питания, напряжение на выходе которых можно плавно менять, вращая ручку переменного резистора. Такие схемы могут быть реализованы как на транзисторах, так и на микросхемах:

Регулируемый блок питания на транзисторах схема

Выше приведена схема блока питания на транзисторах. Регулируемый блок питания можно собрать и намного проще, если применить микросхему lm338. Ниже приведена её схема подключения:  

Регулятор напряжения на микросхеме - схема

Достаточно подать на эту схему напряжение после фильтра выпрямителя, до 28 вольт, и получить на выходе плавно регулируемое напряжение от 1.2 до 25 вольт. Стабилизатор,  конечно же, нужно будет установить на радиатор. Как видим, собрать блок питания под свои потребности, под силу даже начинающим.