Конкурс начинающих радиолюбителей
“Моя радиолюбительская конструкция”

Регулируемый блок питания 0-12 В на транзисторах

Конструкция несложного лабораторного блока питания на транзисторах от “0” до “12” вольт, и подробное описание всего процесса изготовления устройства

Конкурсная конструкция начинающего радиолюбителя:
“Регулируемый блок питания 0-12 В на транзисторах”

Здравствуйте уважаемые друзья и гости сайта!
Представляю на ваш суд четвертую конкурсную работу.
Автор конструкции – Фолкин Дмитрий, город Запорожье, Украина.

---

Регулируемый блок питания 0-12 В на транзисторах

---

Здравствуйте радиолюбители!
Для электропитания различных собранных устройств можно каждый раз конструировать отдельную схему питания, но удобнее использовать регулируемый блок питания (БП). Я хочу поделиться с вами своим проектом БП, дающего на выходе от 0 до 12 В при токе до 0.5 А (это в теории, а что получилось на практике я расскажу ниже).

Мне нужен был БП, регулируемый от 0 и до … В (чем больше, тем лучше). Я пересмотрел несколько книг и остановился на конструкции, предложенной в книге Борисова «Юный радиолюбитель». Там очень хорошо все расписано, как раз для начинающего радиолюбителя. В процессе создания такого сложного для меня устройства я допускал некоторые ошибки, анализ которых я сделал в данном материале. Мое устройство состоит из двух частей: электрической части и деревянного корпуса.

Часть 1. Электрическая часть БП.

Рисунок 1 – Принципиальная электрическая схема блока питания из книги

Я начал с подбора необходимых деталей. Некоторые из них я нашел у себя, а другие покупал на радиорынке.

Рисунок 2 – Детали для электрической части

На рис. 2 представлены такие детали:

1 – вольтметр, показывающий выходное напряжение БП (я купил вольтметр без названия с тремя шкалами, к которому для правильных показаний необходимо подбирать шунтирующий резистор);
2 – вилка сетевого питания БП (я взял зарядку от Motorola, вынул плату, а вилку оставил);
3 – лампочка с патроном, которая будет служить индикатором подключения БП к сети (лампочка 12.5 В 0.068 А, две таких я нашел в каком-то старом радиоприемнике);
4 – выключатель из сетевого удлинителя для компьютера (внутри него есть лампочка, к сожалению, у меня была сгоревшая);
5 – резистор 10 кОм переменный регулировочный группы А, т.е. с линейной функциональной характеристикой и ручка к нему; нужен для плавного изменения выходного напряжения БП (я взял СП3-4ам, а ручку из радиоприемника);
6 – красная «+» и черная «-» клеммы, служащие для подключения нагрузки к БП;
7 – плавкий предохранитель 0.5 А, установленный в фиксаторах на ножках (я нашел в старом радиоприемнике стеклянный предохранитель 6Т500 с четырьмя ножками);
8 – трансформатор понижающий 220 В/12 В также на четырех ножках (можно ТВК-70; у меня был без маркировки, но продавец написал на нем «12 В»);
9 – четыре диода с максимальным выпрямленным током 0.3 А для выпрямительного диодного моста (можно Д226, серии Д7 с любой буквой или выпрямительный блок КЦ402; я взял Д226Б);
10 – транзистор средней или большой мощности с радиатором и фиксирующим фланцем (можно П213Б или П214 – П217; я взял П214 сразу с радиатором, чтобы не грелся);
11 – два электролитических конденсатора на 500 мкФ или больше, один 15 В или больше, второй 25 В или больше (можно К50-6; я взял К50-35 оба на 1000 мкФ, один 16 В, второй 25 В);
12 – стабилитрон с напряжением стабилизации 12 В (можно Д813, Д811 или Д814Г; я взял Д813);
13 – маломощный низкочастотный транзистор (можно МП39, МП40 – МП42; у меня МП41А);
14 – резистор постоянный 510 Ом, 0.25 Вт (можно МЛТ; я взял подстроечный СП4-1 на 1 кОм, потому что его сопротивление надо будет подбирать);
15 – резистор постоянный 1 кОм, 0.25 Вт (мне попался высокоточный ±1% );
16 – резистор постоянный 510 Ом, 0.25 Вт (у меня МЛТ)
Также для электрической части мне понадобилось:
– односторонний фольгированный текстолит (рис. 3);
– самодельная минидрель со сверлами диаметром 1, 1.5, 2, 2.5 мм;
– проводки, болтики, гаечки и другие материалы и инструменты.

Рисунок 3 – На радиорынке мне попался очень старый советский текстолит

Далее, измеряя геометрические размеры имеющихся элементов, я нарисовал будущую плату в программе Sprint-Layout 6 RUS Portable, которая не требует установки. Затем я взялся за изготовление печатной платы методом ЛУТ. Делал это первый раз, поэтому воспользовался данным видеоуроком _http://habrahabr.ru/post/45322/.

Этапы изготовления печатной платы:

1. Распечатал в типографии на лазерном принтере на глянцевой бумаге 160 г/м2 нарисованную плату и вырезал (рис. 4).

Рисунок 4 – Изображение дорожек и расположение элементов на глянцевой бумаге

2. Отрезал кусок текстолита размером 190х90 мм. За неимением ножниц по металлу воспользовался обычными канцелярскими ножницами, резалось долго и тяжело. С помощью наждачной бумаги нулевки и 96% этилового спирта подготовил текстолит к переносу тонера (рис. 5).

Рисунок 5 – Подготовленный фольгированный текстолит

3. Сначала с помощью утюга перенес тонер с бумаги на металлизированную часть текстолита, грел долго, около 10 минут (рис. 6). Потом вспомнил, что хотел сделать еще и шелкографию, т.е. нанесение рисунка на плату со стороны деталей. Приложил бумагу с изображением деталей на не металлизированную часть текстолита, грел не долго, около 1 минуты, получилось плоховато. Все-таки сначала надо было шелкографию, а потом переносить дорожки.

Рисунок 6 – Бумага на текстолите после прогревания утюгом

4. Далее необходимо удалить эту бумагу с поверхности текстолита. Я использовал теплую воду и щетку для обуви с металлическими ворсинками в середине (рис. 7). Оттирал бумагу очень усердно. Возможно, это была ошибка.

Рисунок 7 – Щетка для обуви

5. После отмывки от глянцевой бумаги, на рисунке 8 видно, что тонер перевелся, но некоторые дорожки разорваны. Наверняка это из-за усердной работы щеткой. Поэтому пришлось купить маркер для CD\DVD дисков и дорисовать им практически все дорожки и контакты вручную (рис. 9).

Рисунок 8 – Текстолит после переноса тонера и удаления бумаги

Рисунок 9 – Дорисованные маркером дорожки

6. Далее необходимо вытравить ненужный металл с текстолита, оставив нарисованные дорожки. Делал это так: налил в пластиковую посудину 1 л теплой воды, насыпал туда пол баночки хлорного железа и размешал пластиковой чайной ложкой. Затем положил туда фольгированный текстолит с размеченными дорожками (рис. 10). На баночке с хлорным железом обещанное время травления 40-50 минут (рис. 11). Подождав указанной время, я не обнаружил на будущей плате никаких изменений. Поэтому высыпал все хлорное железо, что было в баночке, в воду и размешал. В процессе травления я помешивал раствор пластмассовой ложечкой для ускорения процесса. Травилось долго, около 4 часов. Чтобы ускорить травление, можно было бы подогревать воду, но я такой возможности не имел. Раствор с хлорным железом можно восстановить с помощью железных гвоздей. У меня их не оказалось, поэтому я использовал толстые болты. Медь осела на болтах, а в растворе появился осадок. Раствор я слил в трехлитровую пластмассовую бутылку с толстым горлышком и поставил в кладовке.

Рисунок 10 – Заготовка печатной платы плавает в растворе хлорного железа

Рисунок 11 – Баночка с хлорным железом (масса не указана)

7. После травления (рис. 12) я аккуратно промыл плату теплой водой с мылом и удалил тонер с дорожек этиловым спиртом (рис. 13).

Рисунок 12 – Текстолит с вытравленными дорожками и тонером

Рисунок 13 – Текстолит с вытравленными дорожками без тонера

8. Далее я принялся за сверление отверстий. Для этого у меня есть самодельная минидрель (рис. 14). Для ее изготовления пришлось разобрать старый сломанный принтер Canon i250. Оттуда я взял моторчик на 24 В, 0.8 А, блок питания к нему и кнопку. Затем на радиорынке я приобрел цанговый патрон на вал 2 мм и 2 комплекта сверл диаметром 1, 1.5, 2, 2.5 мм (рис. 15). Патрон надевается на вал моторчика, вставляется сверло с держателем и зажимается. Сверху на моторчик я приклеил и припаял кнопку, которая приводит минидрель в действие. Сверла не особо поддаются центрированию, поэтому их немного «водит» по сторонам при работе, но в любительских целях использовать можно.

Рисунок 14 – Самодельная минидрель

Рисунок 15 – Комплект сверл с держателями для минидрели

Рисунок 16 – Плата с высверленными отверстиями

9. Потом покрываю плату флюсом, смазывая ее толстым слоем аптечного глицерина с помощью кисточки. После этого можно лудить дорожки, т.е. покрывать их слоем олова. Начав с широких дорожек, большой каплей припоя на паяльнике я водил по дорожкам, пока полностью не залудил плату (рис. 17).

Рисунок 17 – Луженая плата

10. В конце произвел монтаж деталей на плату. Начал я с самых массивных трансформатора и радиатора, а закончил транзисторами (где-то читал, что в конце всегда паяют транзисторы) и соединительными проводами. Также в конце монтажа в разрыв цепи стабилитрона, отмеченный на рис. 1 крестом, я включил мультиметр и подобрал такое сопротивление подстроечного резистора СП4-1, чтобы в этой цепи установился ток 11 мА. Такая наладка описана в книге Борисова «Юный радиолюбитель».

Рисунок 18 – Плата с деталями: вид снизу

Рисунок 19 – Плата с деталями: вид сверху

На рисунке 18 видно, что я немного не угадал с расположением отверстий для монтажа трансформатора и радиатора, пришлось досверливать. Также почти все отверстия для радиодеталей оказались немного меньше в диаметре, потому что ножки радиодеталей не влазили. Возможно дырки стали меньше после лужения припоем, поэтому следовало бы их сверлить после лужения. Отдельно надо сказать про отверстия под транзисторы – их расположение также оказалось неправильным. Тут мне надо было внимательнее и тщательнее рисовать схему в программе Sprint-Layout. При расположении базы, эмиттера и коллектора транзистора П214 мне следовало бы учитывать, что радиатор устанавливается на плату своей нижней стороной (рис. 20). Чтобы припаять выводы транзистора П214 к нужным дорожкам пришлось использовать медные кусочки провода. А у транзистора МП41А пришлось отогнуть вывод базы в другую сторону (рис. 21).

Рисунок 20 – Отверстия для выводов транзистора П214

Рисунок 21 – Отверстия для выводов транзистора МП41А

Часть 2. Изготовление деревянного корпуса БП.

Для корпуса мне понадобилось:
- 4 фанерных доски 220х120 мм;
– 2 фанерных доски 110х110 мм;
– 4 фанерных кусочка 10х10х110 мм;
– 4 фанерных кусочка 10х10х15 мм;
– гвозди, 4 тюбика суперклея.

Этапы изготовления корпуса:

1. Сначала я распилил большой кусок фанеры на доски и кусочки необходимого размера (рис.22).

Рисунок 22 – Отпиленные фанерные доски для корпуса

2. Потом просверлил с помощью минидрели отверстие под провода на вилку питания БП.
3. Затем соединил с помощью гвоздей и суперклея дно и боковые стенки корпуса.
4. Далее приклеил внутренние деревянные части конструкции. Длинные стойки (10х10х110 мм) склеиваются к низу и по бокам, удерживая собой боковые стенки. Маленькие квадратные кусочки приклеил к низу, на них будет устанавливаться и крепиться печатная плата (рис. 23). Также внутри вилки и сзади корпуса я закрепил держатели для проводов (рис. 24).

Рисунок 23 – Корпус: вид спереди (видны подтеки от клея)

Рисунок 24 – Корпус: вид сбоку (и тут клей дает о себе знать)

5. На лицевую панель корпуса выносились: вольтметр, лампочка, выключатель, переменный резистор, две клеммы. Мне требовалось просверлить пять круглых и одно прямоугольное отверстие. Это заняло продолжительное время, так как нужных инструментов не было и приходилось использовать что было под рукой: минидрель, прямоугольный напильник, ножницы, наждачная бумага. На рис. 25 можно увидеть вольтметр, к одному из контактов которого присоединен шунтирующий подстроечный резистор на 100 кОм. Опытным путем с помощью 9 В батарейки и мультиметра было установлено, что вольтметр дает правильные показания при сопротивлении шунта 60 кОм. Патрон для лампочки отлично приклеился на суперклей, а выключатель и без клея хорошо закрепился в прямоугольном отверстии. Переменный резистор неплохо вкрутился в дерево, а клеммы закрепились на гайках и болтах. Из выключателя я удалил подсвечивающую лампочку, поэтому на выключателе вместо трех осталось два контакта.

Рисунок 25 – Внутренности БП

Закрепив плату в корпусе, установив необходимые элементы на передней панели, соединив компоненты с помощью проводов и прикрепив переднюю стенку суперклеем я получил готовое функциональное устройство (рис. 26).

Рисунок 26 – Готовый БП

На рис. 26 можно увидеть по цвету, что лампочка стоит другая, не та, которая подбиралась изначально. Действительно, при подключении 12.5 В лампочки, рассчитанной на ток 0.068 А ко вторичной обмотке трансформатора (как было указано в книге), она перегорала через несколько секунд работы. Вероятно из-за большого тока во вторичной обмотке. Следовало подыскать новое место присоединения лампочки. Лампочку я заменил на целую такую же по параметрам, но покрашенную в темно-синий цвет (чтобы глаза не слепило) и с помощью проводов подпаял ее параллельно после конденсатора C1. Теперь она работает продолжительное время, но в книге указано напряжение в той цепи равное 17 В и я боюсь придется снова подыскивать новое место для лампочки. Также на рис. 26 видно, что в выключатель сверху вставлена пружина. Она необходима для надежной работы кнопки, которая болталась. Ручка на переменном резисторе, изменяющая выходное напряжение БП для лучшей эргономичности была укорочена.
При включении БП сверяю показания вольтметра и мультиметра (рис. 27 и 28). Максимальное выходное напряжение равно 11 В (куда-то подевался 1 В). Дальше я решил измерить максимальный выходной ток и при выставлении на мультиметре максимального предела в 500 мА стрелка зашкаливала. Это значит, что максимальный выходной ток несколько больше 500 мА. При плавном кручении ручки переменного резистора также плавно изменяется выходное напряжение БП. Но изменение напряжения от нуля стартует не сразу, а примерно через 1/5 оборота ручки.

Итак, потратив значительное количество времени, сил и финансов, я все-таки собрал БП с регулируемым выходным напряжением 0 – 11 В и выходным током более 0.5 А. Если смог я, то сможет и кто-либо другой. Всем удачи!

Рисунок 27 – Проверка БП

Рисунок 28 – Проверка правильности показаний вольтметра

Рисунок 29 – Установка выходного напряжения 5 В и проверка с помощью контрольной лампочки

---

Уважаемые друзья и гости сайта!

Не забывайте высказывать свое мнение по конкурсным работам и принимайте участие в обсуждениях на форуме сайта. Спасибо.

Перейти на форум 

---

Приложения к конструкции:

  Принципиальная схема блока питания в формате .spl7 (15.0 KiB, 2,050 hits)

  Печатная плата блока питания в формате .lay6 (38.2 KiB, 1,910 hits)

  Примерный чертеж корпуса блока питания в формате .spl7 (21.0 KiB, 1,456 hits)

---

---