ДОРАБОТКАИСТОЧНИКА НАПРЯЖЕНИЯ ВС 4-12/> />
Любой школьный учитель, преподающий раздел физики «Электричество и магнетизм) в своейпрактике систематически использует такой широко известный источник постоянногонапряжения, как ВС 4-12, позволяющий получать на выходе постоянное(пульсирующее) напряжение 4, 6, 8, 10 и 12 В при максимальном токенагрузке 4 А. Принцип действия этого прибора очень прост и легко понятениз принципиальной схемы, показанной на рисунке 1 а.
Следует отметить, что этот источник питания оснащёнотносительно мощным понижающим трансформатором, способным питать нагрузкутоком, превышающим 4 А. Тем не менее делать этого нельзя, так как диодывыпрямительного моста рассчитаны на меньший ток. Однако незначительнаядоработка прибора позволяет использовать его как в стандартном режиме работы,так и в качестве источника переменного напряжения с максимальным токомнагрузки, превышающим 4 А. Для этого достаточно в конструкцию прибораввести всего один тумблер, как это показано на рисунке 1 б. В верхнем посхеме положении контактов тумблера выходные гнёзда прибора подключаются квыходу выпрямительного моста, и источник работает в стандартном режиме. Если жеконтакты тумблера перевести в нижнее по схеме положение, то одно выходноегнёздо окажется подключённым непосредственно ко вторичной обмотке трансформатора,а второе – к ползунку галетного переключателя. Теперь на выходе источника будетдействовать переменное напряжение, регулируемое приблизительно в тех же пределах,что и постоянное.
Конструктивно доработка источника напряжения можетбыть осуществлена следующим образом. Чтобы не делать в металлическом корпусеприбора лишних отверстий, можно удалить индикаторную лампочку накаливания (всёравно она часто теряется или перегорает), а на её место установить тумблер./> />
Также хорошо известно, что эти источникинапряжения нередко выходят из строя из-за перегрузок по току, которые возникаютособенно часто когда прибор попадает в руки школьников без присмотра учителя.Причём, наверное, каждый учитель замечал, что некоторые ВС 4-12 на удивлениеживучи, а иные – «горят» очень легко. Причина этому в следующем. Изначальнодиодный мост прибора изготавливался из, так называемых, селеновых шайб,устанавливаемых на мощных радиаторах. Позже промышленность перешла наиспользование мощных диодов КД202, способных выдерживать меньший ток, при этомустановлены они в ВС 4-12 без радиаторов, что и сокращает срок службы такихприборов.
Проблема может быть решена путём изготовлениянесложного защитного устройства, отключающего нагрузку прибора автоматически вслучае превышения током допустимого значения. Принципиальная схема возможноговарианта такого устройства показана на рисунке 2. При соответствующем выборетранзисторов устройство способно защищать от перегрузок как простые, так истабилизированные выпрямители с выпрямленным напряжением /> от 6 до 60 В идопустимым током нагрузки /> от 30 мАдо 10 А. Конденсаторы /> и />предназначены для работызащитного устройства в режиме импульсных перегрузок и при обычном егоиспользовании должны быть из схемы исключены.
Принцип действия защитного устройства состоит вследующем. Когда ток нагрузки меньше максимально допустимого тока (/>) транзистор /> открыт, а /> – закрыт. Падениенапряжения на участке эмиттер – коллектор транзистора /> (между точками А и Б)составляет несколько десятых долей вольта. В случае перегрузки (/>) напряжение между точками Аи Б возрастает, что вызывает появление тока в цепи базы транзистора />. В результате транзистор /> отпирается, а /> закрывается. Это ведёт кещё большему росту напряжения между точками А и Б. Благодаря имеющейсяположительной обратной связи (через резистор />)схема очень быстро переходит во второе устойчивое состояние: /> – открыт, /> – закрыт. При этом большаячасть напряжения выпрямителя /> оказываетсяприложеной 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 устраненияперегрузки и кратковременного нажатия кнопки Кн защитное устройствопереходит в исходное состояние, лампа гаснет.
Выбор типа транзисторов и минимального сопротивлениярезисторов /> и /> осуществляется по нижеприведённой таблице.
/>, В
/>, А Типы транзисторов
/>, кОм
/>, кОм
/>
/> 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 егоподбирают в процессе налаживания устройства). При использовании мощныхтранзисторов (П213, П214 и т. п.) сопротивление резистора /> необходимо уменьшить довеличины около 510 Ом.
Поскольку оба транзистора работают в качествеэлектронных ключей, тепловые режимы их лёгкие и радиаторов можно не применять.Коэффициент передачи тока транзисторов должен быть не менее 20. Лучше, если этавеличина (особенно для транзистора />) будетпревышать 40, так как в этом случае уменьшается ток, потребляемый отвыпрямителя для поддержания /> воткрытом состоянии.
Сигнальную лампу выбирают на рабочее напряжение иноминальный ток в 2 ¸ 3 раза меньший />.Низковольтные лампы (на 3,5 В или 6,3 В) следует включатьпоследовательно с добавочным резистором, сопротивление которого можнорассчитать по формуле:
/>.
При токе /> подобратьнужную лампу может оказаться затруднительно. В этом случае для коммутацииимеющейся лампы можно воспользоваться электромагнитным реле. Его обмотка должнаобладать сопротивлением, как минимум, в 1,5¸2 раза большимвеличины />, а ток срабатывания — востолько же раз меньшим, чем />.Контакты реле могут коммутировать любое сигнальное устройство.
В некоторых случаях бывает необходимым, чтобыустройство не реагировало на импульсные перегрузки по току. Тогда можновключить в схему конденсатор />ёмкостьюнесколько сотен микрофарад или замедлить срабатывание защиты путём установкиконденсатора /> ёмкостью несколькомикрофарад.
Налаживание устройства состоит в следующем. Резистор /> составляют изпоследовательно включённых переменного и постоянного резисторов. При этом общеесопротивление должно быть не менее вычисленного по формуле:
/>,
где/> – статический коэффициентпередачи тока транзистора /> (иначеэтот транзистор выйдет из строя). К выходным гнёздам устройства последовательнос амперметром подключают эквивалент нагрузки (проволочный резистор)сопротивлением
/>.
Затемвключают питание устройства и подбирают сопротивление /> так, чтобы устройствосрабатывало при заданном токе />. Висходное состояние устройство возвращают нажатием кнопки Кн. После окончаниянастройки заменяют переменный и постоянный резисторы одним постояннымрезистором соответствующей величины, причём его мощность рассчитывают поформуле:
/>.
Конструктивно устройство защиты целесообразновыполнять в самостоятельном корпусе из пластмассы или другого диэлектрическогоматериала в виде отдельной приставки, что позволит использовать его при работес различными источниками постоянного напряжения, удовлетворяющими выше изложеннымтребованиям. В случае отсутствия такой необходимости плату защитного устройстваимеет смысл разместить внутри корпуса прибора на диэлектрическом основании,обеспечив надёжное отсутствие контакта токопроводящих дорожек платы иметаллических корпусов деталей устройства с корпусом прибора.