А. Черномырдин - Семь шагов в электронику

• Название: Семь шагов в электронику
• Автор: А. Черномырдин
• Издательство: "Наука и Техника"
• Жанр: Радиотехника
• Год: 2012
• ISBN: 978-5-94387-853-4

Впервые на российском рынке появилась радиолюбительская книга с видеокурсом. Разработки автора книги и его статьи широко известны читателям самых популярных журналов для радиолюбителей. А эта практическая книга им написана для тех, кто вступил на сложный и интересный путь от «чайника» до «профи» — ведь двигаться на этом пути очень трудно! В легкой и доступной форме в книге разбираются устройство и принципы работы семи различных конструкций. Устройства помещены в порядке возрастания сложности, осваиваются шаг за шагом.

Изюминка книги и в том, что конструкции каждого Шага созданы автором в нескольких вариантах на различной элементной базе — или на транзисторах, или на микросхемах, или на микроконтроллерах, — чтобы можно было наглядно увидеть и сходство, и различия между схемными решениями. Там, где какие-то схемотехнические варианты нереализуемы (например, усилитель на микроконтроллере), их, естественно, в книге нет. Интересны и реальные конструкции в ретро-варианте: на лампах, реле, тиратронах — такими они были во времена наших отцов и дедов.

Все рассмотренные конструкции автор разработал, изготовил, проверил и заставил работать — подтверждением тому многочисленные ролики, содержащиеся на приложенном к книге диске. Книга будет интересна всем читателям, желающим расширить свои знания и практические навыки в радиоэлектронике.

Книга сопровождается диском, на котором записан видеокурс, видеоролики с демонстрацией работающих конструкций, имеется разводка печатных плат всех конструкций в электронном виде. Для всех конструкций на микроконтроллерах на диске приводятся программы с исходниками. Диск содержит большое количество справочной информации для радиолюбителей.

---

♦ материал — кольцо Micrometal тип 26 (из компьютерного блока питания);

♦ первичная обмотка — ПО витков, диаметр провода 0,6 мм;

♦ вторичная обмотка — 10 витков, диаметр провода 0,1 мм.

Памятуя наши прежние проблемы, гасящие резисторы в цепях питания микросхем сразу сделаны в четыре раза меньше, чем это получается в результате расчета.

Второй блин

Итак, устройство собрано. Помня наши предыдущие опыты, мы уже не решаемся врубить его «на авось». Первое, что нужно сделать — убедиться, что импульсный конвертор работает нормально. Для этого подаем на него питание от аккумуляторной батареи, и проверяем его в соответствии со схемой (рис. 8.11).

Рис. 8.11. Схема проверки автогенератора

Результат проверки таков:

♦ сигнал на частотозадающем конденсаторе (точка А) имеет вид в соответствии с нашими ожиданиями;

♦ сигнал на затворах полевых транзисторов (точка Б) также имеет вид в соответствии с нашими ожиданиями;

♦ «хитрый» способ подключения осциллографа (точка В) дает нам уже известную по предыдущей конструкции картинку.

Судя по всему, конвертор работает так, как мы ожидали. Теперь необходимо проверить работу корректора коэффициента мощности. К сожалению, просто подать на него питание от аккумулятора не получится — корректор мощности не заработает без реальной подачи на него сетевого напряжения. Поэтому подключаем к блоку питания сетевое напряжение, отключаем конвертор, и с замиранием сердца нажимаем кнопку «Вкл.».

К счастью ничего страшного не произошло. Берем вольтметр и замеряем напряжение на конденсаторе выпрямителя первичного напряжения. Оно оказывается в районе 380–390 вольт, т. е. можно считать, что корректор мощности работает.

Теперь осталась самая малость — подсоединить к выходу накала блока питания какую-нибудь лампочку на 6,3 В, восстановить соединение конвертора с выпрямителем первичного напряжения, подать питание, и нажать кнопку «Вкл».

Ура! Заработало! Да, блок питания «завелся», и вот-вот спалит нашу лампочку, потом что на выходе у него не 6,3 В, а около 8.

Что делать дальше

Дальше необходимо проверить, что блок питания способен длительно работать под нагрузкой. Пока что мы, на самом деле, только убедились в том, что конструкция не содержит явных ляпов. И первое, что надо проверить — то, что ни одна из частей нашей конструкции не разогревается выше допустимого предела: тепловой режим конструкции — ничуть не менее, а, в некотором смысле, даже более важная часть, чем электрический.

Тепловой режим в радиолюбительских условиях проверяется по очень простой методике:

♦ нужно подсоединить к блоку питания нагрузку примерно в 10 % номинала, и включить его примерно на 5 секунд;

♦ затем нужно дождаться разряда конденсатора выпрямителя первичного напряжения — и быстро «общупать» все полупроводники. Ни в одном из полупроводников не должно быть катастрофического нагрева;

♦ затем нужно повторить эксперимент, но время включения увеличить до 10 секунд;

♦ затем нужно вновь повторить эксперимент, но время включения нужно увеличить до 30 секунд;

♦ и, наконец, нужно вновь повторить эксперимент, но время включения должны быть не менее 1 минуты.

Между каждым включением необходимо выждать некоторое время, чтобы детали, успевшие нагреться, успели и остыть, иначе по результатам проверки можно сделать ложное заключение.

Что мы достигаем таким способом проверки? Такой способ проверки дает нам уверенность, что в схеме устройства нет потенциальных проблем как таковых. Дело в том, что нагрузка блока питания в 10 % от номинала совершенно ничтожна по сравнению с той, на которую он рассчитан, поэтому причины нагрева в данном случае кроются не в нагрузке как таковой (они-то как раз вполне естественны), а в проблемах, которые могут иметь место в схеме самой конструкции. Если бы, например, устройство управления конвертором не формировало бы защитный промежуток, то в нем неизбежно возникали бы сквозные токи, вызывающие сильный разогрев силовых ключей. Поэтому наша задача — выявить проблемы именно такого рода.

Итак, подключаем к блоку питания нагрузку в виде 12-вольтовой лампы накаливания с током до 2 А. Здесь важен один момент — нельзя в качестве тестовой нагрузки использовать галогенные лампы! У них эффект первоначального броска тока проявляется еще сильнее, чем у электронных ламп. А дальше — цикл включения, чередующийся с циклом «ощупывания».

Что же мы имеем в результате? Результат следующий:

♦ ключевой транзистор корректора коэффициента мощности довольно заметно нагрелся;

♦ диод корректора коэффициента мощности нагрелся куда сильнее;

♦ микросхема корректора мощности практически холодная;

♦ выпрямительный мостик слегка нагрелся;

♦ микросхема автогенерирующего конвертора заметно теплая;

♦ ключевые транзисторы конвертора заметно нагрелись;

♦ сдвоенный диод выпрямителя напряжения накала нагрелся.

Что бросается в глаза в этом, с позволения сказать, отчете? Да, в глаза бросается явно заметная субъективность оценок. Что такое «заметно нагрелся»? Что значит «нагрелся куда сильнее»? Какие выводы можно сделать из таких оценок?

К сожалению, это единственный реально доступный в домашних условиях способ проверки. Объективным критерием был бы в данном случае термометр, но он, во-первых, должен быть очень быстродействующим (время измерения в пределах 1–2 с), а, во-вторых, много ли термометров у нас есть по домам? Разве что детские градусники…

Впрочем, в качестве более точного критерия можно в домашних условиях использовать обыкновенную стеариновую свечу — она плавится при температуре около 70 градусов. Для большинства полупроводников 70 градусов — именно та температура, до которой они сохраняют неизменными все свои характеристики — максимально допустимы токи, напряжения и рассеиваемые мощности. Если ни на одном из полупроводников свечка не расплавилась, это — хороший знак, и, значит, проверку теплового режима можно продолжать.

Первое «длинное» включение

Теперь, поскольку никаких катастрофических нагревов мы не «нащупали», нужно включить устройство на долгий срок, в идеале — примерно на полчаса. За это время все холодные части, включая радиаторы полупроводников, успеют прогреться до той температуры, когда поступление тепла изнутри полупроводника уравновесится отводом тепла вовне (в первую очередь — окружающим воздухом).

Первые быстрые включения мы делали для того, чтобы обнаружить проблемы с электрической частью. Теперь наша задача — обнаружить, не накапливается ли где избыточное тепло, достаточно ли эффективны радиаторы и т. д.

Итак, включаем устройство, и ждем отведенные полчаса… И не просто ждем, а время от времени пытаемся аккуратно пощупать корпуса полупроводников, а также обмотки трансформаторов и радиаторы, чего мы не делали в предыдущие прогоны.

 Внимание.

Только, ради Бога, не забываем про технику безопасности. Если под рукой имеются резиновые печатки — не поленитесь их натянуть. Щупать нужно только корпуса, а не выводы, даже если мы умеем зависать в воздухе И! Ток запросто может найти путь там, где вы этого меньше всего ждете!

Выдерживать именно полчаса необязательно — если какой-то из компонент начинает слишком быстро нагреваться, можно «тормозить» процесс досрочно.

Вот каков может быть результат:

♦ двухобмоточный дроссель корректора мощности разогрелся выше всяких ожиданий, свечка плавится;

♦ трансформатор всего лишь теплый;

♦ силовой ключ корректора мощности нагрелся вместе с радиатором до плавления свечки;

♦ диод корректора коэффициента мощности нагрелся настолько, что прогон пришлось остановить;

♦ микросхема корректора мощности практически холодная;

♦ выпрямительный мостик ощутимо нагрелся, но свечку не плавит;

♦ микросхема автогенерирующего конвертора очень теплая;

♦ ключевые транзисторы конвертора нагрелись вместе с радиаторами до плавления свечки;

♦ сдвоенный диод выпрямителя напряжения накала вместе с радиатором нагрелся, но свечку не плавит.

Изгнание огненного духа. Эпизод 1

Итак, что мы в результате имеем? Мы имеем несколько деталей, которые нагрелись до критических температур, и с этим нужно что-то делать. Для того, чтобы уменьшить нагрев деталей, можно поступить одним из четырех способов:

♦ если деталь установлена на радиаторе — взять радиатор побольше;