АТЛАНТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Кто пользовался переносной транзисторной радиоаппаратурой, знает, как со временем снижаются чувствительность и громкость звучания радиоприемника, начинает «плавать» скорость протяжки ленты в аудиоплейере…

Главной причиной столь досадных сбоев техники в большинстве своем является снижение питающего напряжения по мере расходования гальваническими элементами своей активной массы. Огорчает и такой источник, как бытовая осветительная сеть — напряжение в ней нередко скачет.

Ясно, что для нормальной работы радиоэлектронных устройств нужно нечто, способное удерживать напряжение питания на требуемом уровне. И как тут не вспомнить мифического Атланта, державшего на своих плечах небесный свод!

Между тем, нечто уже реализовано в особой группе полупроводниковых опорных диодов, или стабилитронов. Условное изображение таких чудо-приборов современной электроники похоже на знак обычного диода, упершегося своим анодом в катод. Рядом — буквы VD и порядковый схемный номер. Ну а некоторое представление об «атлантовском» поведении стабилитронов можно получить уже из вольт-амперной характеристики любого из них.

Если через данный прибор пропускать ток в прямом направлении, то падение напряжения на стабилитроне плавно нарастает, не превышая одного вольта. Однако при перемене полярности незначительному росту начального обратного тока Iобр отвечает быстрый подъем обратного напряжения Uобр. С достижением же некоторого уровня рост второго параметра прекращается. И это несмотря на дальнейшее увеличение обратного тока!

Условное изображение стабилитрона, его вольт-амперная характеристика и пример включения в радиоэлектронное устройство

Принципиальная электрическая схема и топология монтажа самодельного блока «выпрямитель-стабилизатор» для аудиоплейера

Точке перелома характеристики соответствуют напряжение стабилизации Uст и минимальный ток стабилизации Iст мин. Налицо и другая особенность: Iст макс’ ограниченный нагревом прибора, в несколько раз превышает начальное значение.

Выпускается широкая гамма стабилитронов. Нередко встречаются максимальные и ток (до 1,4 А), и напряжение (до 180 В), что дает свободу маневра при выборе прибора для той или иной схемы.

Так, в типовом стабилизаторе напряжения опорный диод VD5 работает в паре с R1, образуя делитель, где Uct неизменно, а падение напряжения на резисторе соответствует изменению U пит и точка через R1. Последний является суммой Іст и Iнагр.

Условие хорошей стабилизации напряжения на нагрузке для такой схемы: чтобы U пит было в два и больше раз выше UCT, а Iст — соизмерим с Iнагр. Очевидно, что данный простейший стабилизатор напряжения очень неэкономично расходует энергию источника, а потому годится лишь для цифровых микросхем, ток потребления у которых не превышает долей миллиампера.

Чтобы поддерживать заданное напряжение на нагрузке с током в несколько десятков и даже сотен миллиампер, маломощному стабилитрону помогает усилитель на «силовом» транзисторе. А поскольку именно такое техническое решение широко используется в самодельных блоках питания, то нелишне обратить внимание на его полную схему (скажем, применительно к питанию аудиоплейера). Пониженное до 6,3 В переменное напряжение, подаваемое на вход блока «выпрямитель-стабилизатор», можно снять с накальной обмотки силового трансформатора (на рисунке не показан) от старого лампового радиоприемника. Намного меньшие габариты получатся с трансформатором ТП121-17.

Переменное напряжение при любом варианте исполнения данного стабилизатора выпрямляет диодная сборка VD1 —VD4. Пульсации сглаживает емкостный фильтр (конденсатор C1). Стабилитрон VD5 поддерживает неизменным напряжение на базе «силового» транзистора VT1; ток, протекающий через резистор R1, обеспечивает питание базы и необходимый ток стабилизации.

Для реализации возможностей, заложенных в схеме, в конструкции можно использовать оксидный конденсатор типа К50-35 и резистор МЛТ-0,5. Транзистор снабжается радиатором в виде алюминиевой пластины толщиной 2 мм; ее размеры подбираются опытным путем по величинам нагрузки и входного напряжения. Такой радиатор во время работы теплый, но не обжигающий.

Монтажная плата изготавливается из пластика, покрытого с одной стороны медной фольгой. Конфигурация псевдопечатных проводников получается прорезанием в токопроводящем слое изолирующих канавок соответствующих очертаний. Распайка радиоэлементов ведется в строгом соответствии с эскизом, изображенным со стороны фольги, с предварительным введением их выводов в отверстия, обозначенные жирными точками.

Свойства стабилитрона позволяют использовать его и в качестве стража, защищающего радиоэлементы от повреждения при ненормально больших импульсах напряжения, сопровождаемых соответствующими бросками тока. Примером такого применения стабилитрона может служить усилитель речевого сигнала, принимаемого телефонным аппаратом с угольным микрофоном.

Схема усилители речевого сигнала дли телефонного аппарата с угольным микрофоном и его монтажная плата с распайкой радиодеталей, условно изображенных со стороны псевдопечатных проводников

Типовая схема эмиттерной стабилизации транзисторного каскада (а), замена RC элементов в ней стабилитроном (б), а также нестандартный прием построения регулируемого аналога (в) на двух полупроводниковых триодах, позволяющего устанавливать переменным резистором Uст в пределах 3— 20 В при Iст порядка 5 мА

Здесь L1 и L2 — обмотки «разговорного» трансформатора телефона, а узел в рамке — самодельный усилитель, встраиваемый в данный аппарат. Устройство работает так, что во время разговора на переходе коллектор-эмиттер транзистора VT1 образуется 1,5-вольтное падение напряжения. Ну а в параллельно присоединенном VD1 (с UCT = 6,8 В) ток практически отсутствует — стабилитрона как бы нет вовсе.

Зато когда трубка по ошибке снимается во время высоковольтного переменного сигнала вызова, тогда на микрофон ВМ1, транзистор VT1, конденсаторы С1 и С2 обрушивается мощная электрическая «встряска». Тут и вступает в действие стабилитрон VD1, ограничивая напряжение безопасным уровнем UCT (если полярность опасного импульса совпадает с полярностью «разговорного» напряжения).

При обратной полярности импульса прямой для стабилитрона ток создает на нем падение напряжения до 0,7 В. Такое (обратное для названных радиоэлементов) напряжение считается вполне безопасным. Для нормальной работы аппарата устанавливается наивыгодная степень открытия транзистора подбором сопротивления резистора R1.

Желающие комплектовать таким усилителем свой телефон могут самостоятельно изготовить псевдопечатную плату и выполнить на ней монтаж. Рекомендуемые радиодетали: резистор МЛТ-0,125, конденсаторы К50-6 либо более миниатюрные — японские или южнокорейские.

Этим круг задач, решаемых стабилитронами, не ограничивается. Известно, например, о возможности выполнения ими функций… оксидного конденсатора.

Вспомним: для стабилизации режима транзистора по постоянному току в цепь эмиттера обычно включают резистор R. Ввод такого омического сопротивления поднимает в рассматриваемом примере напряжение на эмиттере до 1,3 В.

Для нормальной работы усилительного каскада этот резистор шунтируется конденсатором C3. Благодаря значительной емкости (а следовательно, весьма малому реактивному сопротивлению для токов звуковых частот) происходит разветвление проходящего через транзистор пульсирующего тока. Постоянная составляющая, текущая через R3, создает нужное для автостабилизации смещение на эмиттере. Переменная (звуковая) составляющая практически замыкается на «землю» малым емкостным сопротивлением конденсатора C3 и не влияет на смещение.

При включении вместо элементов R3 и C3 стабилитрона VD1 с напряжением стабилизации 1,3 В становится ясно, что режим каскада по постоянному току не изменяется; переменная составляющая, влияя на величину тока стабилизации, никак не сказывается на величине смещения эмиттера. А это значит, что стабилитрон вполне способен заменить резистор с конденсатором, следствием чего может стать сокращение площади платы и числа паек на ней.

А как быть, если у радиолюбителя отсутствует высоковольтный стабилитрон? В этом случае последовательно соединяют несколько низковольтных его аналогов при условии, что сумма значений их напряжения стабилизации равняется требуемой.

И еще. При отсутствии нужного стабилитрона его можно заменить двумя транзисторами. По данным разработчиков узла, такая замена позволяет устанавливать переменным резистором R1 напряжение стабилизации в пределах 3—20 В при токе стабилизации порядка 5 мА.

Ю. ГРИГОРЬЕВ