Юрий Ревич - Занимательная микроэлектроника

Другая схема (рис. 3.16, в ) скорее забавна, и есть дань прошлому, когда никакой электроники не существовало. Это схема простейшего электрического звонка, которая может быть реализована на любом реле. Оно и само по себе при подключении по этой схеме задребезжит (правда, звук может быть самым разным, в зависимости от быстродействия и размеров реле, потому лучше употребить слово «зазуммерит»), но в обычном звонке якорь еще связывают со специальной тягой, которая в процессе работы стучит по металлической чашке, формируя звуковой сигнал. Есть и более простая конструкция электромеханического звонка, когда на обмотку реле просто подают переменное напряжение, от чего якорь вибрирует с его частотой (так устроены, например, звонки старинных телефонов с крутящимся диском), но нас тут интересует именно классическая схема, потому что в ней в чистом виде реализован другой основополагающий принцип электроники, так или иначе присутствующий в любых генераторах колебаний — принцип положительной обратной связи. Якорь в первый момент притягивается, в результате питание размыкается, якорь отпускает— питание замыкается, якорь притягивается и т. д. Частота генерируемых колебаний зависит исключительно от механической инерции деталей реле.

Трансформаторы и фильтрующие конденсаторы зачастую составляют основную часть массы и габаритов многих современных микроэлектронных устройств. Однако реальной альтернативы обычным трансформаторным источникам питания, которые мы здесь будем рассматривать, всего две: либо электрохимические источники тока (батареи и аккумуляторы), либо импульсные источники питания (экзотику вроде солнечных батарей мы учитывать не будем).

Главное преимущество электрохимических источников (см. Приложение 2 ) — мобильность, в чем им замены нет. Главный недостаток— они не обеспечивают долговременной эксплуатации для подавляющего большинства электронных приборов, за исключением специально спроектированных малопотребляющих (вроде наручных часов) либо включающихся на непродолжительное время (пульты управления бытовой техникой) устройств. А для таких изделий, как плееры, цифровые фотоаппараты, мобильные телефоны И ноутбуки, емкость электрохимических источников явно недостаточна, К тому же общий срок службы их оставляет желать лучшего. Так что масса неудобств, которые приходится испытывать пользователям, есть вынужденная плата за мобильность. И одно из самых серьезных ограничений — отсутствие унификации зарядных устройств, хотя бы для аккумуляторов одного типа. Лично мне приходится таскать с собой в деревню и обратно пять типов зарядных устройств (два для разных мобильников, одно для фотоаппарата, одно для карманного компьютера и одно для шуруповерта), а ведь я далеко не самый «мобильный» из своих знакомых. Правда, положение потихоньку выправляется — по крайней мере для мобильных телефонов и КПК зарядники постепенно унифицируются, хотя и недостаточно быстрыми темпами.

Остальные варианты мобильными не являются, и носят общее название вторичных источников питания, потому что они преобразуют энергию бытовой электросети в нужное напряжение постоянного тока. Главное преимущество импульсных источников — экономичность и значительно лучшие массогабаритные характеристики по сравнению с трансформаторными источниками. Поэтому практически все стационарные современные бытовые приборы снабжаются именно такими источниками — компьютеры, телевизоры, музыкальные центры и т. д. Главный их недостаток— сложность конструкции и вытекающая отсюда относительно высокая стоимость. Как правило, их целесообразно применять для относительно мощных приборов, с энергопотреблением 50—100 Вт и выше. Если вы попробуете создать импульсный источник, рассчитанный на 5—10 Вт, то вы в габаритах, стоимости и надежности скорее всего проиграете, даже с использованием серийно выпускающихся модулей.

Самостоятельно конструировать, изготавливать и настраивать импульсные источники принципиально сложнее обычных. В конце главы я приведу конструкцию небольшого самодельного импульсного преобразователя напряжения, но на практике в 99,9 % случаев всегда можно найти подобный серийно выпускающийся аналог. А так мы в основном ограничимся обычными трансформаторными источниками с аналоговым регулированием. Кстати, импульсные источники тоже в большинстве своем содержат трансформатор, но он не является определяющим элементом.

Упомянем еще об одной альтернативе, которая была весьма модной в радиолюбительских кругах в советские времена — бестрансформаторные источники питания от сети. Вы можете наткнуться на нечто подобное, если перелистаете старые журналы «Радио». В связи с этим следует сказать только одно.

Никогда без крайней нужды не стройте прибора, работающего от сети переменного тока без трансформатора!

Это опасно для жизни — ваша схема будет всегда находиться под высоким напряжением относительно земли (без кавычек — т. е. водопроводных труб, батарей отопления и т. п.). Если ваша схема предназначена для управления мощной сетевой нагрузкой, то это управление следует обязательно осуществлять через гальванически развязывающие элементы — реле, электронные реле, трансформаторы и т. п., в остальных случаях в бестрансформаторных конструкциях нет никакой нужды.

Независимо от конкретной конструкции, трансформаторы всегда устроены по одной схеме: на замкнутом каркасе из металлических пластин или ленты Находятся несколько обмоток. Самые распространенные разновидности трансформаторов — с Ш-образным и тороидальным сердечником схематично показаны на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Трансформаторы с Ш-образными тороидальным сердечником :

1— сердечник; 2— обмотки; 3— выводы обмоток

Если есть возможность, то лучше выбрать тороидальный трансформатор, т. к. у него меньшее магнитное поле рассеяния. В случае чего на него можно домотать недостающие обмотки или добавить витков к имеющимся. При выборе трансформатора следует предпочесть те, Которые залиты компаундом (в старинных конструкциях употреблялся просто парафин). По крайней мере, катушка с обмотками должна прочно, без люфта, держаться на стержне, а сами пластины должны быть обязательно плотно сжаты специальной скобой (естественно, это относится в первую очередь к Ш-образным трансформаторам). Иначе трансформатор неизбежно будет во время работы гудеть.