Як знизити напругу: способи та прилади. Блок живлення Як з 12 вольт зробити 30 вольт

Потрібно знати, як зменшити напругу в ланцюгу, щоб не пошкодити електричні прилади. Всім відомо, що до будинків підходить два дроти - нуль та фаза. Це називається однофазною вкрай рідко використовується у приватному секторі та багатоквартирних будинках. Потреби в ній просто немає, тому що вся побутова техніка живиться від мережі змінного однофазного струму. Але в самій техніці потрібно робити перетворення - знижувати змінну напругу, перетворювати її на постійне, змінювати амплітуду та інші характеристики. Саме ці моменти потрібно розглянути.

Зниження напруги за допомогою трансформаторів

Найпростіший спосіб – це використовувати трансформатор зниженої напруги, який здійснює перетворення. Первинна обмотка містить більше витків, ніж вторинна. Якщо необхідно знизити напругу вдвічі чи втричі, вторинну обмотку можна і не використовувати. Первинна обмотка трансформатора використовується як індуктивний дільник (якщо від неї є відводи). У побутовій техніці використовують трансформатори, з вторинних обмоток яких знімається напруга 5, 12 або 24 Вольта.

Це значення, що найчастіше використовуються в сучасній побутовій техніці. 20-30 років тому більшість техніки харчувалася напругою в 9 Вольт. А лампові телевізори та підсилювачі вимагали наявності постійної напруги 150-250 В та змінного для ниток розжарення 6,3 (деякі лампи харчувалися від 12,6 В). Тому вторинна обмотка трансформаторів містила таку кількість витків, як і первинна. У сучасній техніці все частіше використовуються інверторні блоки живлення (як на комп'ютерних БП), до їхньої конструкції входить трансформатор підвищуючого типу, він має дуже маленькі габарити.

Дільник напруги на індуктивності

Індуктивність - це котушка, намотана мідним (як правило) дротом на металевому або феромагнітному сердечнику. Трансформатор – це один із видів індуктивності. Якщо від середини первинної обмотки зробити відведення, то між ним та крайніми висновками буде рівна напруга. І воно дорівнюватиме половині напруги харчування. Але це в тому випадку, якщо сам трансформатор розрахований на роботу саме з такою напругою.

Але можна використовувати кілька котушок (наприклад можна взяти дві), з'єднати їх послідовно і включити в мережу змінного струму. Знаючи значення індуктивностей, неважко зробити розрахунок падіння кожної з них:

U(L1) = U1 * (L1 / (L1 + L2)).
U(L2) = U1 * (L2 / (L1 + L2)).

У цих формулах L1 і L2 - індуктивності першої та другої котушок, U1 - напруга мережі живлення у Вольтах, U(L1) і U(L2) - падіння напруги на першій і другій індуктивностях відповідно. Схема такого дільника широко застосовується у ланцюгах вимірювальних пристроїв.

Дільник на конденсаторах

Дуже популярна схема, використовується для зниження значення мережі змінного струму. Застосовувати її в ланцюгах постійного струму не можна, тому що конденсатор, за теоремою Кірхгофа, в ланцюзі постійного струму – це розрив. Іншими словами, струм по ньому протікати не буде. Але при роботі в ланцюгу змінного струму конденсатор має реактивний опір, який і здатний погасити напругу. Схема дільника схожа на ту, що була описана вище, але замість індуктивностей використовуються конденсатори. Розрахунок здійснюється за такими формулами:

Реактивний опір конденсатора: Х(С) = 1/(2*3,14*f*C).
Падіння напруги на С1: U (C1) = (C2 * U) / (C1 + C2).
Падіння напруги на С2: U(C1) = (C1 * U) / (C1 + C2).

Тут С1 і С2 - ємності конденсаторів, U - напруга в мережі живлення, f - частота струму.

Дільник на резисторах

Схема багато в чому нагадує попередні, але використовуються постійні резистори. Методика розрахунку такого дільника дещо відрізняється від наведених вище. Використовуватися схема може як у ланцюгах змінного, і постійного струму. Можна сміливо сказати, що вона універсальна. З її допомогою можна зібрати понижувальний перетворювач напруги. Розрахунок падіння кожному резисторі проводиться у разі наступним формулам:

U(R1) = (R1 * U) / (R1 + R2).
U(R2) = (R2 * U) / (R1 + R2).

Потрібно відзначити один нюанс: величина опору навантаження має бути на 1-2 порядки менше, ніж у розподільчих резисторів. В іншому випадку точність розрахунку буде дуже груба.

Практична схема блоку живлення: трансформатор

Для вибору трансформатора, що живить, вам знадобиться кілька основних даних:

Потужність споживачів, які потрібно підключати.
Значення напруги мережі живлення.
Значення необхідної напруги у вторинній обмотці.

S = 1,2*√P1.

А потужність Р1 = Р2/ККД. Коефіцієнт корисної дії трансформатора ніколи не буде більше ніж 0,8 (або 80%). Тому при розрахунку береться максимальне значення – 0,8.

Потужність у вторинній обмотці:

Р2 = U2 * I2.

Ці дані відомі за умовчанням, тому зробити розрахунок не важко. Ось як знизити напругу до 12 вольт, використовуючи трансформатор. Але це не все: побутова техніка живиться постійним струмом, а на виході вторинної обмотки – змінний. Потрібно зробити ще кілька змін.

Схема блоку живлення: випрямляч та фільтр

Далі йде перетворення змінного струму на постійний. Для цього використовуються напівпровідникові діоди або збирання. Найпростіший тип випрямляча складається з одного діода. Називається він однонапівперіодний. Але максимальне поширення набула мостова схема, яка дозволяє не просто випрямити змінний струм, а й позбутися максимально пульсацій. Але така схема перетворювача все одно неповна, тому що змінної складової одними напівпровідниковими діодами не позбутися. А понижуючі трансформатори здатні перетворити змінну напругу на таку ж частотою, але з меншим значенням.

Електролітичні конденсатори використовуються в блоках живлення як фільтри. За теоремою Кірхгофа, такий конденсатор у ланцюзі змінного струму є провідником, а при роботі з постійним - розривом. Тому постійна складова протікатиме безперешкодно, а змінна замкнеться сама на себе, отже, не пройде далі цього фільтра. Простота та надійність – це саме те, що характеризує такі фільтри. Також можуть застосовуватися опори та індуктивності для згладжування пульсацій. Подібні конструкції використовуються навіть у автомобільних генераторах.

Стабілізація напруги

Ви дізналися, як зменшити напругу до потрібного рівня. Тепер його потрібно стабілізувати. Для цього використовуються спеціальні прилади – стабілітрони, які виготовлені з напівпровідникових компонентів. Вони встановлюються на виході блоку постійного струму. Принцип роботи полягає в тому, що напівпровідник здатний пропустити певну напругу, надлишок перетворюється на тепло і віддається за допомогою радіатора в атмосферу. Іншими словами, якщо на виході БП 15 вольт, а встановлений стабілізатор на 12, то він пропустить саме стільки, скільки потрібно. А різниця в 3 В піде на нагрів елемента (закон збереження енергії діє).

Висновок

Зовсім інша конструкція - це стабілізатор напруги, що знижує, він робить кілька перетворень. Спочатку напруга мережі перетворюється на постійне з великою частотою (до 50 000 Гц). Воно стабілізується та подається на імпульсний трансформатор. Далі відбувається зворотне перетворення до робочої напруги (мережевої чи меншої за значенням). Завдяки використанню електронних ключів (тиристорів) постійна напруга перетворюється на змінну з необхідною частотою (у мережах нашої країни – 50 Гц).

Як самому зібрати простий блок живлення та потужне джерело напруги.
Деколи доводиться підключати різні електронні прилади, у тому числі саморобні, до джерела постійної напруги 12 вольт. Блок живлення нескладно зібрати самостійно протягом половини вихідного дня. Тому немає необхідності придбати готовий блок, коли цікавіше самостійно виготовити необхідну річ для своєї лабораторії.

Кожен, хто захоче зможе виготовити 12-ти вольтовий блок самостійно, без особливих труднощів.
Комусь необхідне джерело живлення підсилювача, а кому запитати маленький телевізор чи радіоприймач.
Крок 1: Які деталі необхідні для збирання блоку живлення.
Для складання блоку, заздалегідь підготуйте електронні компоненти, деталі та приладдя з якого збиратиметься сам блок.
-Монтажна плата.
-Чотири діоди 1N4001, або подібні. Міст діодний.
-Стабілізатор напруги LM7812.
-Малопотужний понижувальний трансформатор на 220 в, вторинна обмотка повинна мати 14В - 35В змінної напруги, зі струмом навантаження від 100 мА до 1А, залежно від того, яку потужність необхідно отримати на виході.
-Електролітичний конденсатор ємністю 1000мкФ – 4700мкФ.
-Конденсатор ємністю 1uF.
-Два конденсатори ємністю 100nF.
-Обрізання монтажного дроту.
-Радіатор, при необхідності.
Якщо необхідно отримати максимальну потужність джерела живлення, для цього необхідно підготувати відповідний трансформатор, діоди та радіатор для мікросхеми.
Крок 2: Інструменти.
Для виготовлення блоку необхідні інструменти для монтажу:
-Паяльник чи паяльна станція
-Кусачки
-Монтажний пінцет
-Кусачки для зачистки проводів
-Пристрій для відсмоктування припою.
-Викрутка.
І інші інструменти, які можуть бути корисними.
Крок 3: Схема та інші...

Для отримання 5-вольтового стабілізованого живлення, можна замінити стабілізатор LM7812 на LM7805.
Для збільшення здатності навантаження більше 0,5 ампер, знадобиться радіатор для мікросхеми, в іншому випадку він вийде з ладу від перегріву.
Однак, якщо необхідно отримати кілька сотень міліампер (менше, ніж 500 мА) від джерела, можна обійтися без радіатора, нагрівання буде незначним.
Крім того, до схеми додано світлодіод, щоб візуально переконатися, що блок живлення працює, але можна обійтися і без нього.

Схема блоку живлення 12в 30А.
При застосуванні одного стабілізатора 7812 як регулятор напруги і кількох потужних транзисторів, даний блок живлення здатний забезпечити вихідний струм навантаження до 30 ампер.
Мабуть, найдорожчою деталлю цієї схеми є силовий понижувальний трансформатор. Напруга вторинної обмотки трансформатора має бути на кілька вольт більше, ніж стабілізована напруга 12в, щоб забезпечити роботу мікросхеми. Необхідно мати на увазі, що не варто прагнути більшої різниці між вхідним і вихідним значенням напруги, так як при такому струмі тепловідвідний радіатор вихідних транзисторів значно збільшується в розмірах.
У трансформаторній схемі діоди, що застосовуються, повинні бути розраховані на великий максимальний прямий струм, приблизно 100А. Через мікросхему 7812 протікає максимальний струм у схемі не складе більше 1А.
Шість складових транзисторів Дарлінгтон типу TIP2955 включених паралельно, забезпечують навантажувальний струм 30А (кожен транзистор розрахований на струм 5А), такий великий струм вимагає і відповідного розміру радіатора, кожен транзистор пропускає через одну шосту частину струму навантаження.
Для охолодження радіатора можна застосувати маленький вентилятор.
Перевірка блоку живлення
При першому увімкненні не рекомендується підключати навантаження. Перевіряємо працездатність схеми: під'єднуємо вольтметр до вихідних клем і вимірюємо величину напруги, воно має становити 12 вольт, або дуже близько до нього значення. Далі підключаємо резистор навантаження 100 Ом, потужністю розсіювання 3 Вт, або подібне навантаження - типу лампи розжарювання від автомобіля. При цьому показ вольтметра не повинен змінюватися. Якщо на виході відсутня напруга 12 вольт, відключіть живлення та перевірте правильність монтажу та справність елементів.
Перед монтажем перевірте справність силових транзисторів, оскільки при пробитому транзисторі напруга з випрямляча прямо потрапляє на вихід схеми. Щоб уникнути цього, перевірте на коротке замикання силові транзистори, для цього виміряйте мультиметром окремо опір між колектором і емітером транзисторів. Цю перевірку необхідно провести до монтажу в схему.

Блок живлення 3 – 24в

Схема блоку живлення видає регульовану напругу в діапазоні від 3 до 25 вольт, при струмі максимального навантаження до 2А, якщо зменшити струмообмежувальний резистор 0,3 ом, струм може бути збільшений до 3 ампер і більше.
Транзистори 2N3055 та 2N3053 встановлюються на відповідні радіатори, потужність обмежувального резистора має бути не менше ніж 3 Вт. Регулювання напруги контролюється ОУ LM1558 або 1458. При використанні ОУ 1458 необхідно замінити елементи стабілізатора, що подають напругу з 8 виведення на 3 ОУ з дільника на резисторах номіналом 5.1 K.
Максимальна постійна напруга для живлення ОУ 1458 і 1558 відповідно 36 В і 44 В. Силовий трансформатор повинен видавати напругу як мінімум на 4 вольт більше, ніж стабілізована вихідна напруга. Силовий трансформатор у схемі має на виході напругу 25.2 вольт змінного струму з відведенням посередині. При перемиканні обмоток вихідна напруга зменшується до 15 вольт.

Схема блоку живлення на 1,5

Схема блоку живлення для отримання напруги 1,5 вольта, використовується понижувальний трансформатор, мостовий випрямляч з фільтром, що згладжує, і мікросхема LM317.

Схема регульованого блоку живлення від 1,5 до 12,5

Схема блоку живлення з регулюванням вихідної напруги для отримання напруги від 1,5 вольта до 12,5 вольт, як регулюючий елемент застосовується мікросхема LM317. Її необхідно встановити на радіатор, на ізолюючій прокладці для виключення замикання на корпус.

Схема блоку живлення з фіксованою вихідною напругою

Схема блоку живлення з фіксованою вихідною напругою напругою 5 вольт або 12 вольт. Як активний елемент застосовується мікросхема LM 7805, LM7812 вона встановлюється на радіатор для охолодження нагрівання корпусу. Вибір трансформатора наведено ліворуч на табличці. За аналогією можна виконати блок живлення та на інші вихідні напруги.

Схема блоку живлення потужністю 20 Ватт із захистом

Схема призначена для невеликого трансівера саморобного виготовлення, автор DL6GL. При розробці блоку ставилося завдання мати ККД не менше 50%, напруга живлення номінальна 13,8V, максимум 15V, струм навантаження 2,7а.
За якою схемою: імпульсне джерело живлення чи лінійне?
Імпульсні блоки живлення виходить малогабаритний і ккд хороший, але невідомо як поведеться в критичній ситуації, кидки вихідної напруги.
Незважаючи на недоліки обрано схему лінійного регулювання: досить об'ємний трансформатор, не високий ККД, необхідне охолодження та ін.
Застосовано деталі від саморобного блоку живлення 1980-х років: радіатор із двома 2N3055. Не вистачало ще тільки µA723/LM723-регулятор напруги та кілька дрібних деталей.
Регулятор напруги напруги зібраний на мікросхемі µA723/LM723 у стандартному включенні. Вихідні транзистори Т2, Т3 типу 2N3055 для охолодження встановлюються на радіатори. За допомогою потенціометра R1 встановлюється вихідна напруга в межах 12-15V. За допомогою змінного резистора R2 встановлюється максимальне падіння напруги на резисторі R7, яке становить 0,7В (між контактами 2 і 3 мікросхеми).
Для блоку живлення застосовується тороїдальний трансформатор (може бути будь-який на ваш розсуд).
На мікросхемі MC3423 зібрана схема спрацьовує при перевищенні напруги (викидах) на виході блоку живлення, регулюванням R3 виставляється поріг спрацьовування напруги на ніжці 2 з дільника R3/R8/R9 (2,6V опорна напруга), з виходу 8 подається напруга, що відкриває тиристор BT1 що викликає коротке замикання, що призводить до спрацьовування запобіжника 6,3а.

Для підготовки блоку живлення до експлуатації (запобіжник 6,3а поки не бере участь) виставити вихідну напругу, наприклад, 12.0В. Завантажте блок навантаженням, для цього можна підключити галогенну лампу 12В/20W. R2 налаштуйте, щоб падіння напруга було 0,7В (струм повинен бути в межах 3,8А 0,7=0,185Ωх3,8).
Налаштовуємо спрацьовування захисту від перенапруги, для цього плавно виставляємо вихідну напругу 16В та регулюємо R3 на спрацьовування захисту. Далі виставляємо вихідну напругу в норму та встановлюємо запобіжник (до цього ставили перемичку).
Описаний блок живлення можна реконструювати для потужніших навантажень, для цього встановіть потужніший трансформатор, додатково транзистори, елементи обв'язки, випрямляч на власний розсуд.

Саморобний блок живлення на 3.3v

Якщо необхідний потужний блок живлення, на 3,3 вольта, його можна виготовити, переробивши старий блок живлення від пк або використовуючи наведені вище схеми. Наприклад, схема блоку живлення на 1,5 замінити резистор 47 ом більшого номіналу, або поставити для зручності потенціометр, відрегулювавши на потрібну напругу.

Трансформаторний блок живлення на КТ808

У багатьох радіоаматорів залишилися старі радянські радіодеталі, які валяються без діла, але які можна з успіхом застосувати і вони вірою та правдою вам довго будуть служити, одна з відомих схем UA1ZH, яка гуляє просторами інтернету. Багато копій і стріл зламано на форумах при обговоренні, що краще польовий транзистор або звичайний кремнієвий чи германієвий, яку температуру нагрівання кристала вони витримають і хто з них надійніший?
У кожної сторони свої аргументи, ну а ви можете дістати деталі і зробити ще один нескладний і надійний блок живлення. Схема дуже проста, захищена від перевантаження по струму і при паралельному включенні трьох КТ808 може видати струм 20А, у автора використовувався такий блок при 7 паралельних транзисторів і віддавав у навантаження 50А, при цьому ємність конденсатора фільтра була 120 000мкф. Необхідно враховувати, що контакти реле повинні комутувати такий великий струм.

За умови правильного монтажу, просідання вихідної напруги не перевищує 0.1 вольта

Блок живлення на 1000В, 2000В, 3000В

Якщо нам необхідно мати джерело постійної напруги на високу напругу живлення лампи вихідного каскаду передавача, що для цього застосувати? В інтернеті є багато різних схем блоків живлення на 600В, 1000В, 2000В, 3000В.
Перше: на високу напругу використовують схеми з трансформаторів як на одну фазу, так і на три фази (якщо є в будинку джерело трифазної напруги).
Друге: для зменшення габаритів та ваги використовують безтрансформаторну схему живлення безпосередньо мережу 220 вольт з множенням напруги. Найбільший недолік цієї схеми - відсутня гальванічна розв'язка між мережею і навантаженням, як вихід підключають це джерело напруги, дотримуючись фази і нуля.

У схемі є підвищує анодний трансформатор Т1 (на необхідну потужність, наприклад 2500 ВА, 2400В, струм 0,8 А) і знижуючий накальний трансформатор Т2 - ТН-46, ТН-36 та ін Для виключення кидків по струму при включенні та захисті діодів при заряді конденсаторів, застосовується включення через резистори R21 і R22, що гасять.
Діоди у високовольтному ланцюгу зашунтовані резисторами з метою рівномірного розподілу Uобр. Розрахунок номіналу за формулою R(Ом) = PIVх500. С1-С20 для усунення білого шуму та зменшення імпульсних перенапруг. Як діоди можна використовувати і мости типу KBU-810 з'єднавши їх за вказаною схемою і, відповідно, взявши потрібну кількість не забуваючи про шунтування.
R23-R26 для розряду конденсаторів після вимкнення мережі. Для вирівнювання напруги на послідовно з'єднаних конденсаторах паралельно ставляться вирівнюючі резистори, які розраховуються зі співвідношення на кожні 1 вольт доводиться 100 ом, але при високій напрузі резистори виходять досить великий потужності і тут доводиться лавірувати, враховуючи при цьому, що напруга холостого 41.

Ще за темою

Трансформаторний блок живлення 13,8 вольта 25 а для КВ трансівера своїми руками.

Ремонт та доопрацювання китайського блоку живлення для живлення адаптера.

Як отримати нестандартну напругу, яка не вкладається в діапазон стандартної?

Стандартна напруга – це така напруга, яка дуже часто використовується у ваших електронних дрібничках. Ця напруга 1,5 Вольта, 3 Вольта, 5 Вольт, 9 Вольт, 12 Вольт, 24 Вольт і тд. Наприклад, ваш допотопний МР3 плеєр вміщалася одна батарейка в 1,5 Вольта. На пульті дистанційного керування ТБ використовуються вже дві батарейки по 1,5 Вольта, включені послідовно, отже, вже 3 Вольта. У USB роз'ємі крайні контакти з потенціалом 5 Вольт. Мабуть, у всіх у дитинстві була Денді? Щоб живити Денді, потрібно було подавати на неї напругу в 9 Вольт. Ну 12 Вольт використовується практично у всіх автомобілях. 24 Вольта використовується вже переважно в промисловості. Також для цього, умовно кажучи, стандартного ряду "заточені" різні споживачі цієї напруги: лампочки, програвачі, тощо.

Але, на жаль, наш світ не є ідеальним. Іноді просто треба дуже отримати напругу не зі стандартного ряду. Наприклад, 9,6 Вольт. Ну ні так ні сяк… Так, тут нас рятує Блок живлення. Але знову ж таки, якщо використовувати готовий блок живлення, то поряд з електронною дрібничкою доведеться тягати і його. Як же вирішити це питання? Отже, я наведу вам три варіанти:

Варіант №1

Зробити в схемі електронної дрібнички регулятор напруги ось за такою схемою (детальніше):

Варіант №2

На трививідних стабілізаторах напруги побудувати стабільне джерело нестандартної напруги. Схеми до студії!

Що ми бачимо в результаті? Бачимо стабілізатор напруги та стабілітрон, підключений до середнього виведення стабілізатора. ХХ – це дві останні цифри, написані на стабілізаторі.Там можуть бути цифри 05, 09, 12, 15, 18, 24. Може вже їсти навіть більше 24. Не знаю, брехати не буду. Ці дві останні цифри говорять нам про напругу, яку видаватиме стабілізатор за класичною схемою включення:

Тут стабілізатор 7805 видає нам за такою схемою 5 Вольт на виході. 7812 видаватиме 12 Вольт, 7815 – 15 Вольт. Докладніше про стабілізатори можна прочитати.

U стабілітрону - Це напруга стабілізації на стабілітроні. Якщо ми візьмемо стабілізатор з напругою стабілізації 3 Вольта і стабілізатор напруга 7805, то на виході отримаємо 8 Вольт. 8 Вольт – вже нестандартний ряд напруги;-). Виходить, що підібравши потрібний стабілізатор і потрібний стабілітрон, можна легко отримати дуже стабільну напругу з нестандартного ряду напруг;-).

Давайте все це розглянемо з прикладу. Так як я просто заміряю напругу на виводах стабілізатора, то конденсатори не використовую. Якби я мав навантаження, тоді використав би і конденсатори. Піддослідним кроликом у нас є стабілізатор 7805. Подаємо на вхід цього стабілізатора 9 Вольт від балди:

Отже, на виході буде 5 Вольт, все ж стабілізатор 7805.

Тепер беремо стабілітрон на U стабілізації = 2,4 Вольта і вставляємо його за цією схемою, можна і без конденсаторів, все-таки робимо просто виміри напруги.

Опа-на, 7,3 Вольта! 5+2,4 Вольта. Працює! Так як у мене стабілітрони не високоточні (прецизійні), то і напруга стабілітрона може трохи відрізнятися від паспортного (напруга, заявлена виробником). Ну, я гадаю, це не біда. 0,1 Вольт для нас погоди не зроблять. Як я вже сказав, таким чином можна підібрати будь-яке значення незвичайно.

Варіант №3

Є також інший такий спосіб, але тут використовуються діоди. Може бути Вам відомо, що напруга падіння на прямому переході кремнієвого діода становить 0,6-0,7 Вольт, а германієвого діода - 0,3-0,4 Вольта? Саме цією властивістю діода і скористаємось;-).

Отже, схему до студії!

Збираємо за схемою цю конструкцію. Нестабілізована вхідна постійна напруга також залишилася 9 Вольт. Стабілізатор 7805.

Отже, що на виході?

Майже 5.7 Вольт;-), що потрібно було довести.

Якщо два діоди з'єднувати послідовно, то на кожному з них падатиме напруга, отже, воно сумуватиметься:

На кожному кремнієвому діоді падає по 0,7 Вольт, отже, 0,7+0,7=1,4 Вольта. Також і з германієвими. Можна з'єднати і три, і чотири діоди, тоді треба підсумовувати напруги на кожному. Насправді більше трьох діодів не використовують. Діоди можна ставити навіть малої потужності, тому що в цьому випадку струм через них все одно буде малий.