«СТОЛОВАЯ» В КРИСТАЛЛЕ

Собирая различные электронные самоделки, мы не забываем об их «питании». Проще всего использовать для этой цели батареи для карманного фонаря или сухие элементы, но стоят они сравнительно дорого, да и ресурс у них ограниченный. Вот почему большинство радиолюбителей с первых же шагов стараются обзавестись сетевым блоком питания с электронным стабилизатором выходного напряжения. О принципе построения таких устройств наш журнал уже рассказывал (см. «М-К» 1983 г., № 7, «Столовая для транзисторов»). Типовая схема наиболее распространенных источников питания показана на рисунке 1. Действительно, в ней имеются все необходимые «атрибуты»: сетевой трансформатор, выпрямительный мост, сглаживающие конденсаторы и стабилизатор напряжения. Последний, как правило, является самым сложным узлом питающего устройства. Высококачественный стабилизатор состоит из множества различных элементов: транзисторов, диодов, стабилитронов, резисторов. Причем, чем добротнее выходные характеристики блока питания, тем больше элементов содержит стабилизатор. В результате чрезмерно возрастают габариты и масса прибора. Конструктору приходится выбирать: простота, компактность, легкость блока питания, имеющего достаточно скромные выходные характеристики, или, наоборот, высокая стабильность напряжения и тока на выходе в сочетании со сложностью, громоздкостью, массивностью.

Как же соединить воедино качество и компактность? Несомненно, многие из вас уже подумали: раз стабилизаторы напряжения обязательно входят в подавляющее большинство современных источников питания, почему бы их не изготавливать по интегральной технологии в виде отдельных законченных узлов точно так же, как уже знакомые нам операционные усилители или элементы цифровой техники? При таком решении проблемы удастся получать хорошие выходные параметры блоков питания при малых габаритах и весе стабилизаторов. Тогда «столовая» для питания ваших самоделок уместится всего-навсего в крохотном кристалле кремния. Да и качество самого «питания» будет на достаточно высоком уровне.

Именно так и поступили инженеры-разработчики, создав микросхемы-стабилизаторы напряжения. Такие приборы компактны, легки, позволяют получать стабильные выходные параметры, малочувствительны к неблагоприятным внешним воздействиям: переменам температуры, влажности и т. д. Уже созданы различные ИМС этого типа. С одной из них мы и хотим вас познакомить.

Речь пойдет о микросхеме КР142ЕН5 — стабилизаторе с фиксированным выходным напряжением и защитой от перегрузок по току. Всего существует четыре разновидности таких приборов — на это указывают буквы в конце маркировки: А, Б, В или Г. ИМС этой серии выпускаются в металлополимерных корпусах и весят всего 2,5 г.

Микросхема имеет всего три вывода — вход, выход и «общий». Миниатюрный корпус снабжен металлической планкой с отверстием для крепления на теплорассеивающем радиаторе (рис. 2а). Из-за малых размеров на корпус наносят сокращенную маркировку: КРЕН5 и буквенный код А, Б, В или Г.

Принципиальная схема интегральных стабилизаторов КР142ЕН5 (А — Г) — на рисунке 2б. Их принято изображать в виде квадрата или прямоугольника и обозначать буквенным кодом DА, после которого ставится порядковый номер элемента в схеме. «Начинка» прибора — миниатюрный полупроводниковый кристалл, внутри которого «упаковано» сложнейшее электронное устройство, выполненное на основе различных интегральных элементов: 17 биполярных транзисторов, 1 диода, 2 стабилитронов, 1 конденсатора и 19 резисторов. На вход микросхемы подается напряжение положительной полярности, а на «общий» вывод — отрицательной. С выхода снимается «положительное» стабилизированное напряжение. Чтобы обеспечить нормальную работу ИМС, параллельно ее входу подключают конденсатор емкостью не менее 1 мкФ, а параллельно выходу — не менее 2,2 мкФ. Кстати, пусть вас не удивляет несколько странная нумерация выводов прибора. Дело в том, что первые интегральные стабилизаторы нуждались в подключении различных внешних регулирующих и корректирующих элементов, а потому выпускались в корпусах с большим числом «ножек». Со временем были разработаны более совершенные микросхемы, для которых уже не нужны были внешние элементы. Теперь эти ИМС имеют минимально необходимое количество выводов, однако их традиционная нумерация сохранилась.

Какие параметры имеют приборы КР142ЕН5(А — Г)? Их довольно много, но нам важно знать лишь несколько основных, о которых мы и расскажем. Выходное стабилизированное напряжение для микросхемы с буквенным индексом А составляет 5±0,1 В, Б — 6±0,12 В, В — 5±0,18 В, Г — 6±0,21 В. Номинальное входное напряжение — 15 В, минимальное для КР142ЕН5(А, В) — 7,5 В, для КР142ЕН5(Б, Г) — 8,5 В. Максимальный выходной ток для ИМС с буквенными индексами А и Б — 3А, для В и Г — 2 А. Собственный потребляемый ток — 10 мА. Рассеиваемая с теплоотводом мощность — 10 Вт. Температура окружающей среды, при которой микросхемы сохраняют работоспособность, лежит в пределах от — 45° С до + 100° С.

Какие конструкции можно собрать на ИМС КР142ЕН5(А — Г)? Самые разнообразные источники питания. Причем их параметры будут намного лучше, чем у аналогичных на дискретных элементах. Мы предлагаем вам познакомиться с одним из многочисленных вариантов применения микросхемы КР142ЕН5А. Всего на двух таких приборах собран универсальный блок питания, описание которого приводится ниже.

Каково его назначение? Питать различные электронные устройства от сети переменного тока напряжением 220 В. К блоку можно подключать приборы, собранные на дискретных элементах, на аналоговых или цифровых микросхемах.

Познакомимся с электрическими параметрами нашей конструкции. Она имеет два раздельных выхода. Первый обеспечивает постоянное стабилизированное напряжение 5 В при максимальном токе до 0,5 А (для питания устройств на дискретных элементах или микросхемах, например, серий К133, К155, К555), а второй — регулируемое стабилизированное напряжение, изменяющееся в пределах 5… 12 В, при токе нагрузки не более 0,5 А (для питания устройств на дискретных элементах или ИМС серий К174, К176). Кроме того, оба канала можно использовать одновременно, подавая, если это требуется, сразу два различных по величине напряжения.

Как работает такой блок? Трансформатор Т1 (рис. 3) понижает сетевое напряжение в обеих вторичных обмотках до 15 В, которое затем выпрямляется диодными блоками VD1, VD2 и сглаживается конденсаторами C1, С2. Микросхема DA1 «выдает» на выходе постоянное стабилизированное напряжение 5 В, DA2 обеспечивает на выходе регулируемое стабилизированное напряжение 5…12 В. Заставить работать КР142ЕН5А в таком необычном для нее режиме удалось благодаря введению в типовую схему включения ИМС двух резисторов — постоянного R3 и переменного R2. С помощью последнего регулируется величина выходного напряжения, контролируемого вольтметром PV1. Внешние соединительные провода, связывающие блок питания с потребителем энергии, подключаются к розеткам XS1 и XS2. По свечению лампы HL1 определяют наличие напряжения в сети.

Элементы блока питания лучше всего разместить на монтажной плате размером 70X50 мм, выполненной из фольгированного гетинакса или стеклотекстолита толщиной 1—2 мм (рис. 4). Если фольгированного материала не нашлось, можно взять обычный гетинакс или текстолит, а все соединения между элементами выполнить отрезками медного луженого провода. Микросхемы необходимо установить на алюминиевых или дюралевых теплорассеивающих радиаторах размером 50X30 мм и толщиной 5 мм. При монтаже микросхем на плате слегка согните выводы, чтобы при тепловых деформациях корпусов в процессе работы не произошло их внутреннего отрыва от кристалла.

В блоке питания можно применить следующие детали. Микросхемы КР142ЕН5 — с любым буквенным индексом. Учтите, однако, что при использовании ИМС КР142ЕН55 или КР142ЕН5Г выходное напряжение в верхнем по схеме канале будет уже не 5 В, а 6 В. Кроме того, нижний предел регулировки напряжения во втором канале поднимается до 6 В.

Диодные блоки КЦ405 — также с любым буквенным индексом. Их можно заменить на обычные диоды, рассчитанные на обратное напряжение не ниже 20 В и прямой ток не менее 0,5 А, включив их по мостовой схеме.

Конденсаторы — марки К50-6 или К50-16. Постоянные резисторы — любого типа, переменный — мощностью не менее 2 Вт, например, ППБ3. Вольтметр постоянного напряжения — М4231.40 или любой другой с пределом измерения 12—15 В. Индикаторная лампа — типа МН-2 или МН-3. Предохранитель — ВП1 или ВП3 на ток 0,25 или 0,5 А. Тумблер — сетевой малогабаритный, например, МТ1, МТД1, ПДМ, Т1, Т2, Т3-С, ХР1 — стандартная сетевая вилка. В качестве разъемов ХS1 и ХS2 можно применить клеммы от сетевых розеток.

Трансформатор питания — сетевой унифицированный ТПП253. Он содержит две вторичные обмотки по 10 В (выводы 15—16 и 17—18) и две по 5 В (выводы 11—12 и 13—14). Соединив вывод 16 с 11, а 18 с 13, вы получите две обмотки с необходимым напряжением.

А что делать, если такого трансформатора не нашлось? Не беда — подойдет любой другой с двумя вторичными обмотками, «выдающими» переменное напряжение 14—16 В при максимальном токе не менее 0,5 А. Например, таким требованиям удовлетворяют трансформаторы ТПП258, ТПП268.

Внешний вид блока питания показан на рисунке 5. Корпус прибора можно сделать самостоятельно или использовать для этой цели готовую металлическую, фанерную или пластмассовую коробку размером примерно 150X100X80 мм. Коробку лучше всего покрасить нитроэмалью или оклеить пленкой «под дерево». На лицевой панели установите сетевой тумблер, держатель предохранителя, индикаторную лампу, вольтметр, розетки и переменный резистор, снабженный декоративной ручкой. Около них нанесите необходимую маркировку. Баллон лампы покрасьте в зеленый или красный цвет. В одной из боковых стенок просверлите отверстие для сетевого шнура. Трансформатор и плату с элементами закрепите на основании корпуса. Резистор R1 припаяйте непосредственно к одному из выводов лампы. Все необходимые соединения внутри блока выполните тонкими многожильными проводами в хлорвиниловой изоляции. Для большего удобства в работе прибор можно снабдить комплектом соединительных шнуров с различными наконечниками.

Блок питания не нуждается в налаживании. Если все детали исправлены и в монтаже не было допущено ошибок, он начинает работать сразу после включения в сеть.

В. ЯНЦЕВ