Этот материал был опубликован в [1]. Как отмечается в статье, в настоящее время все шире используется батарейное питание электронных устройств. Этому способствует миниатюризация радиокомпонентов и снижение энергопотребления. Снижается и необходимое напряжение питания. Если ранее для устройств требовалось, например, 9 В, то в настоящее время преимущественно используется 4,5 В или даже 3 В. Такое напряжение обеспечат два пальчиковых гальванических элемента. В том случае, когда для конкретного устройства требуется более высокое напряжение питания, а по ряду причин одновременно желательно не увеличивать количество питающих устройство элементов питания, целесообразно использовать электронный повышающий преобразователь напряжения.

Промышленность выпускает достаточно много специализированных микросхем для этих целей, но большинство из них еще относительно дороги или дефицитны.

В [ 1 ] приведена схема простого удвоителя напряжения с небольшой выходной мощностью. Его коэффициент полезного действия доходит до 80…90%. Схема преобразователя напряжения показана на 1.

Задающий генератор — мультивибратор выполнен на широко распространенной в практике микросхеме серии 555. В зависимости от производителя перед цифрами серии указано несколько букв. Например, в [1 ] указана микросхема ЫЕ555.

Частота автоколебаний мультивибратора около 10 кГц. Его выходное напряжение управляет состоянием транзисторного ключа Т1. Так, при высоком потенциале напряжения на выходе OUT мультивибратора (вывод 3 ICI) через резистор R3 будет открыт транзистор Т1. При этом конденсатор С2 заряжается через диоды D2 и D1 от источника питания схемы.

При очень маленьком (практически нулевом) напряжении на выводе 3 ICI транзистор Т1 запирается. Это приведет к отпиранию транзистора Т2 током базы через резистор R5. Отрицательный вывод оксидного конденсатора С2 через транзистор Т2 соединяется с положительным полюсом источника питания +NAP. Через диод D3 от конденсатора С2 будет заряжаться конденсатор СЗ.

К сожалению, на диодах D2 и D3 происходит падение напряжения, которое несколько уменьшает выходное напряжение преобразователя, поэтому выходное напряжение схемы будет меньше, чем удвоенное напряжение источника питания. Если вместо указанных на схеме диодов типа 1 N407 (D1-D3) использовать, например, диоды Шотки, то потери напряжения на D2 и D3 уменьшатся почти вдвое.

В [1] приводится рисунок печатной платы устройства, но при размерах 50×28 мм она двухсторонняя. Изготовить такую плату в любительских условиях очень сложно, поэтому этот рисунок в настоящей статье не дублируется.

В заключение хотелось бы отметить, что в оригинале статьи [1] напряжение питания NAP не приведено, но подчеркивается, что максимальное напряжение питания микросхемы серии 555, как правило, не должно превышать 15 В. Выходной ток схемы (ток нагрузки) от нескольких миллиампер до нескольких десятков миллиампер.

Не следует забывать, что с увеличением потребляемого нагрузкой тока (выходного тока устройства) следует увеличить и емкость конденсаторов С2, СЗ.

В заключение хотелось бы отметить, что данная схема заинтересовала автора этих строк в первую очередь способом управления транзистором Т2 [1], при котором эмиттер транзистора имеет связь с отрицательным полюсом источника питания через конденсатор С2, т.е. гальванической связи нет. Кроме того, интересно было бы посмотреть осциллографом форму напряжения на конденсаторе С2 с точки зрения изменения его полярности, если таковая имеется. Весьма интересно, если схема работает. Но об этом будут судить читатели.

Возможно применение и других согласующих трансформаторов из модулей строчной развертки старых полупроводниковых отечественных телевизоров, например ТМС-20, ТМС-45. При этом потребуется скорректировать емкость конденсатора С8 для получения максимального КПД при номинальном токе нагрузки, а также будут получены другие выходные напряжения.

Дроссели LI, L2 использованы малогабаритные промышленного изготовления. Обмотка дросселя L2 должна быть рассчитана на ток не менее 1…2 А и иметь сопротивление не более 20 мОм. Для защиты преобразователей от перегрузок целесообразно использовать полимерные самовосстанавливающиеся предохранители.

Старые отечественные телевизоры, благодаря своей блочно-модульной конструкции и примененным схемным решениям, — это кладезь бесплатных «полезностей» для домашнего мастера, причем неиссякаемый в ближайшие лет 10…20.

Несколько простых устройств из зарубежных журналов

В нашей новой рубрике мы расскажем о нескольких простых устройствах, описание которых было опубликовано в журнале «Amaterske RADIO» (Чехия).

Специализированные журналы всегда были основным источником информации для электриков. Однако, если ранее в нашей стране можно было относительно просто подписаться и регулярно получать как отечественные периодические издания, так и многие зарубежные, то в настоящее время, к сожалению, ситуация изменилась в худшую сторону. Сейчас нет подписки на чешский журнал «Amaterske RADIO». Похоже, что болгарский журнал «Радио, телевизия, електроника» перестал выходить примерно с 2003 года.

В этой ситуации в лучшем положении оказались владельцы персональных компьютеров. Например, сейчас можно официально через редакцию купить диск публикаций «Электрика», последние диски журналов Чехии. На радиорынках есть диски журналов России, Беларуси, некоторых англоязычных изданий.

Для тех, кто предпочитает бумажную версию журналов, и предназначен этот цикл кратких публикаций, скорее, обзор наиболее простых и интересных статей из зарубежной периодической электротехнической и радиотехнической литературы. Сразу следует оговориться, что часто в литературе появляются сомнительные, с точки зрения автора этой статьи, материалы. От ошибок никто не застрахован. Может быть, что ошибки в оригинале публикации и нет. К сожалению, нет возможности экспериментально проверять достоверность всех материалов, опубликованных в иностранной литературе, но предупредить читателей о своих подозрениях — обязанность автора дайджеста. Будет правильно, если через редакцию «Электрика» читатели поделятся своими отзывами об опубликованных материалах. Редакция со своей стороны обобщит и опубликует эти отзывы.

Вид на монтаж преобразователя, собранного по схеме 1, показан на фото. Диод Шотки SR360 можно заменить MBRD360, MBR360. Вместо диодов HER155 и HER106 подойдут диоды КД212А, КД212Б, КД226 Б-Е, КД258 с любым буквенным индексом. Вместо отечественной микросхемы

К561ЛА7 можно применить КР1561ЛА7, 564ЛА7, импортный аналог CD401 1А. При соответствующей схеме включения возможно использование и других инверторов из этих серий, предпочтительнее использовать микросхемы с повышенной нагрузочной способностью, например, К561ЛН1, К561ЛН2.

Конденсатор С8 должен быть на рабочее напряжение не ниже 100 В. Конденсатор С5 — пленочный термостабильный, например, К31-11, но подойдут и обычные полиэтилен- терефталатные или полипропиленовые. Конденсаторы СЗ, С6, С7, СЮ, С12 — керамические, из них С10 на напряжение не менее 50 В, С12 на напряжение не менее 150 В. Остальные конденсаторы — импортные аналоги К50-35.

Во всех рассмотренных преобразователях используются согласующие импульсные трансформаторы ТМС-21 или ТС2-1 из модулей строчной развертки цветных телевизоров 3-4УСЦТ-3. В таких телевизорах в цепь первичной обмотки импульсного трансформатора обычно включен высоковольтный транзистор КТ940А, а в качестве нагрузки вторичной понижающей обмотки используется мощный высоковольтный КТ838А или аналогичный.

На 1 показана схема понижающего преобразователя напряжения 12 В/3,3 В. Преобразователь построен по схеме с принудительным возбуждением. Задающий генератор построен на логических элементах DD 1.1, DD 1.2 КМОП микросхемы К561ЛА7. Частота генерации выбрана около 28 кГц, форма — меандр. На элементах DD1.3, DD1.4 реализован усилитель мощности управляющих импульсов. Первичная обмотка трансформатора включена в коллекторную цепь мощного высокочастотного составного транзистора VT1 типа 2SC3987. На схеме структура использованного составного транзистора показана в упрощенном виде. Транзистор имеет изолированный корпус. Пониженное напряжение снимают с вторичной обмотки Т1. На мощном диоде Шот- тки реализован однополупериод- ный выпрямитель. Конденсаторы С9, СЮ образуют фильтр выпрямленного напряжения. Этот преобразователь при его питании напряжением 12… 12,5 В обеспечивает выходное напряжение 3,3 В на нагрузке 1 А, при этом потребляемый преобразователем ток будет около 0,34 А. Задача максимально оптимизировать схему преобразователя пока не ставилась, возможно, что при более тщательной проработке обвязки импульсного трансформатора можно получить больший КПД. Правильную фазировку обмоток импульсного трансформатора определяют по наименьшему напряжению на выво-,дах конденсатора С9. В зависимости от типа подключения выхода преобразователя напряжения, он может работать как источник постоянного напряжения с гальванической развязкой, так и как источник дополнительного напряжения положительной или отрицательной полярности.

Маломощный дроссель 1.1 и относительно мощный 1.2 образуют фильтры питания интегральной микросхемы 001 и силового ключа УТ1.

Размах амплитуды импульсов напряжения коллектор-эмиттер при напряжении питания 12 В транзистора УП почти не зависит оттока нагрузки и составляет около 70 В. Такое напряжение несколько больше максимально допустимого для транзистора типа 25С3987, поэтому, если этот транзистор будет использован не только для экспериментов, но и в

законченной конструкции практического назначения, то нужно позаботиться об эффективном охлаждении корпуса транзистора, что повысит надежность, и (или) применить более высоковольтный составной биполярный транзистор, например, 2601026 (100 В, 15 А, 100 Вт), 2501044А (170 В, 6 А, 60 Вт).

Если «поменять местами» обмотки импульсного трансформатора и немного изменить схему, то вместо понижающего преобразователя напряжения получится повышающий преобразователь. Принципиальная схема такого преобразователя показана на 2. Фазировка обмоток Т1 должна быть такой, чтобы на конденсаторе С9 было меньшее напряжение. В этом преобразователе постоянное напряжение +12 В трансформируется в напряжение положительной полярности +26 В и отрицательной полярности -100 В. Допустимый ток нагрузки для отрицательного напряжения не должен

превышать нескольких миллиампер, при этом выходное напряжение сильно зависит от тока нагрузки. Это напряжение можно использовать, например, для проверки стабилитронов, высоковольтных транзисторов, газоразрядных ламп. Выпрямитель напряжения +26 более мощный, при этом выходное напряжение зависит от нагрузки в меньшей степени — при токе нагрузки 1 50 мА оно снижается на 3 В. Размах амплитуды напряжения в этом преобразователе примерно на 10 В меньше, чем в понижающем преобразователе. При попытке использования на месте У01 вместо диода НЕШ 55 диода Шоттки БРЗбО (603, 3 А), тот был моментально пробит.

Нагрев импульсного трансформатора при работе с максимальным током нагрузки не превышает + 10°С относительно комнатной температуры, если в вашем случае нагрев УП будет больше, то транзистор должен быть установлен на небольшой теплоотвод. При установке в преобразователь напряжения, собранном по схеме 2, популярного мощного высоковольтного полевого транзистора IRF640 (200 В, 1 8 А, 125 Вт) выходное напряжение преобразователя увеличилось с 26 В до 27,5 В, при этом потребляемый ток остался прежним. Амплитуда импульсов напряжения сток-исток составила около 40 В. При увеличении тока нагрузки до 1 А выходное напряжение снизилось с 26 до 18 В. Мощный полевой транзистор целесообразно

применять при напряжении питания преобразователя 10… 15 В. При напряжении питания 3…5 В целесообразней использовать биполярный транзистор, а при напряжении питания 5… 1 0 В подойдут полевые транзисторы с малым пороговым напряжением открывания сток-затвор, например 1К1.244Е.

Схему не составляет проблем упростить. Для этого изменяют как схему блока питания, так и схему термостабилизации. Стабилизатор напряжения упрощается за счет использования 9-вольтовых зарубежных ИМС стабилизаторов (7809 и 7909) в типовом включении. Нельзя только забывать особенности ИМС стабилизаторов. Речь идет о минимально допустимых нагрузках (ток нагрузки менее 10 мА может приводить к неустойчивой работе ИМС) и самовозбуждениях ИМС.

Критичной оказывается лишь одна точка в схеме 1 — это напряжение на резисторе 146. Если это напряжение будет меняться, то стабильности в схеме никогда не достичь. Вопрос, тем не менее, решается предельно просто. Значение напряжения 3,1 В. Его допустимо уменьшить до 2,5…2,7 В.

В итоге, вместо ІЧ6 вполне подходит ТІ.431. Ее включают предельно просто, соединив катод с управляющим выводом вместо резистора ІЧ6, а сопротивление В5 надо уменьшить до 2 кОм, чтобы ток через ТІ.431 был значительно больше 1 мА.

Таким образом, в схеме термостабилизации деталей не добавляется, зато в блоке питания их становится на 7 шт. меньше (ИМС 7809 — вместо КТ817 и 7909 — взамен КТ816).

Выпрямительный мост \Ю2 также можно заменить двумя диодами, т.е. использовать схему удвоения напряжения. В таком случае и одна из 10-вольтовых обмоток трансформатора становится ненужной. Ток в данной цепи составляет до 10 мА, следовательно, такая схема себя вполне оправдывает.

Что касается непосредственно схемы стабилизации температуры, то из нее можно исключить каскад на 0А2.2 и резисторы В10, 1411. Резистор Я2 также можно исключить, замкнув его накоротко. В результате схема значительно упрощается.

В конструкции [1] одним только оксидным конденсаторам требуется немало пространства. Использовано четыре конденсатора емкостью 2000 мкФ каждый.

А ведь эти конденсаторы весьма чувствительны к повышению температуры. Срок их службы с ростом температуры резко сокращается, что создает дополнительную неприятность для всех радиолюбителей, проектировщиков и ремонтников техники (РЭА).

Такие конденсаторы где угодно внутри конструкции размещать не следует. Нужны места с минимальным прогревом внутреннего пространства корпуса аппаратуры.

Отсюда и вывод: везде, где только предоставляется возможность избежать применения оксидных конденсаторов большой емкости, надо этим пользоваться.