Выпрямители конечно хорошо: разные напряжения, токи. Но есть одно НО?! Питание приходит к нам из сети, сети переменного тока. И вроде бы, что нам ещё нужно? Вот только напряжение в сети, мягко говоря, не совсем стабильно! Это разность нагрузки в разное время суток и специфика трёхфазного тока. Того самого, в заложниках которого мы и находимся с рождения. И если всякие громкости, размеры изображений ещё так себе, поскольку-постольку, то стабильность частот??? Вот тут-то и возникает вопрос о стабильности вообще и напряжения в частности.
СТАБИЛЬНОСТЬ. Кроме стабильности напряжения в некоторых случаях имеет значение и стабильность тока. Не так уж часто, но всё же?! Мы и этого коснёмся тоже. Схемные решения, устройства, приборы для стабилизации напряжения и тока так и называются СТАБИЛИЗАТОРЫ. Начнём с самых-самых простых.
Посмотрите на рис1. Это схема стабилизатора напряжения на так называемом ГАЗОВОМ СТАБИЛИТРОНЕ, в нашем случае, это СГ3С. На рис3 он слева, а на рис1 схема. Чем знаменит СГ? Своей вольт-амперной характеристикой рис7. Красным цветом момент зажигания, аргоногелиевая смесь начинает во время разряда светиться фиолетовым цветом. После зажигания напряжение на СГ уменьшается за счёт падения напряжения на резисторе. А ток остаётся почти постоянным в некоторых пределах и тем самым постоянством напряжения. Вот краткие параметры СГ3С: напряжение зажигания — 127 В. Ток стабилизации — 5-40 мА. Напряжение стабилизации — 105-112 В. Как видите самый большой «недостаток» таких стабилитронов, высокое напряжение! Так по данным украинского справочника Д. С. Гурлева, напряжение стабилизации разных СГ — от 70 до 160 В!
После разработки полупроводниковых стабилитронов, надобность в СГ как-то по-тихому отпала. Если верить интернет трепотне, то сейчас ходят по рукам экземпляры с напряжением стабилизации от 1,8 до 400 В. Так например в моей радиостанции, для питания генераторов стоит стабилитрон КС630А, с напряжением стабилизации 130 В. Если посмотреть схему такого стабилизатора рис4, то особой разницы и нет между стабилизаторами на СГ или КС?! Для разнообразия, на рис4а два стабилитрона: слева Д813, справа КС168.
Для транзисторных схем применяют более сложные стабилизаторы на мощных транзисторах рис6. Кроме того, напряжение можно ещё и регулировать. Конечно схем с различной степенью извращения множество... Я Вам выбрал для понимания одну из простых. Итак, транзистор Т2 тот самый что и пропускает через себя основной ток. Стало быть при подключенном сопротивлении нагрузки к выходу будем иметь напряжение стабилизации. Чтобы ток был постоянным задаётся ток его базы благодаря Т1. А он в свою очередь ориентируется на напряжение с резистора R2. R2 является делителем напряжения стабилизации двух последовательно включенных стабилитронов Д813. Так ещё, напряжение стабилизации равно 24 В (12x2). А там регулируйте как хотите?!
Кроме стабилизаторов напряжения существуют стабилизаторы тока на так называемых БАРЕТТЕРАХ. На рис3 справа он и есть БАРЕТТЕР 0,85Б5,5-12, а на рис2 схема стабилизатора. 0,85 А, — средний ток стабилизации; 5,5-12 В, — напряжение стабилизации. Основное применение, — питание цепей накала в генераторах особо точных приборов.
Несколько иного устройства, стабилизированный источник питания на рис9. Это блок-схема источника от цветного телевизора 3УСЦТ. Здесь:
1 — сетевой выпрямитель;
2 — формирователь импульсов запуска;
3 — транзистор импульсного генератора;
4 — каскад управления;
5 — устройство стабилизации;
6 — устройство защиты.
Всё это объединяет трансформатор, где:
А — рабочая обмотка;
В — сигнальная обмотка (обратной связи);
С — вторичная обмотка с которой с помощью выпрямителя и формируется стабилизированное рабочее напряжение. На самом деле обмотка имеет кучу отводов для остальных напряжений. Кроме этого существует ещё одна обмотка для получения отдельного напряжения. Всего на выходе источника получаются напряжения: 130, 28, +15, -15, 12 В. Конечно, в реальности вся схема гораздо сложнее...
Если очень коротко, запускающие импульсы открывают транзистор импульсного генератора. В обмотке А начинает формироваться пилообразный ток. Увеличивается энергия магнитного поля сердечника трансформатора. Обмотка С подключена к диоду Д так, что при нарастании энергии магнитного поля потенциал на аноде диода запирает его! Как только очередной (закрывающий) импульс закроет транзистор, возникает ЭДС самоиндукции обратного знака и диод откроется. Ток в нагрузке R возрастёт. Самое главное здесь то, что величина тока в нагрузке зависит от длительности формирования пилообразного тока. Что в свою очередь используется в регулировке стабильности, величины выходного напряжения. Рулит всем этим напряжение с обмотки В. Как только напряжение на R и соответственно на В уменьшится устройство стабилизации увеличит время формирования пилообразного тока и наоборот! Устройство защиты отключает транзистор импульсного генератора в случае снижения напряжения сети до 150 В. И во втором случае уменьшения мощности потребляемой нагрузкой.
Наравне с повышением, понижением переменного напряжения встали вопросы преобразования постоянное напряжение в переменное. Либо переменное одной частоты в другую. Имеется ввиду напряжение для питания каких либо устройств. Одним из первых сурьёзных железяк был УМФОРМЕР (нем. Umformer, двигатель-генератор). Здесь как бы всё понятно, двигатель работает от имеющегося напряжения, а генератор генерит какое нужно! Вот только это всё удобно скажем в большом самолёте или ещё где-нибудь? Это когда габариты, шум и пр. не особо волнуют. А как быть если это в тихой квартире нужно всё для радиоприёмника? Или скажем фотографу на улице снять что-то со вспышкой? Одним словом от умформера отказались и? И придумали, ВИБРАЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ! Что это такое? Раньше нечто такое называли зуммером. Или, что ближе нам, электрический звонок, работающий от батареи гальванических элементов. Во времена СССР это плоские батарейки для карманного фонаря. Вот на рис5 Вы и видите схему замаскированного такого вот зуммера-звонока.
В исходном состоянии образована цепь: минус батареи Б, вывод катушки электромагнита ЭМ, второй вывод катушки ЭМ, вывод якоря-вибратора, контакт К, вывод трансформатора Тр, второй вывод, плюс батареи Б. В таком состоянии ток через ЭМ создаст магнитное поле, под действием которого якорь-вибратор притянется к сердечнику ЭМ. Контакт К разомкнётся, ток через ЭМ прекратится и и под действием упругости якоря-вибратора он возвратится в первоначальное состояние. Контакт К восстановится и всё начнётся сначала! Для нас это будет выглядеть как постоянная вибрация якоря-вибратора. Тот самый вызывной зуммер! Если на конце якоря поместить молоточек, а рядом чашечку звонка получим звонок. Но нам это как раз и не нужно. Нам нужен прерывистый ток в обмотке трансформатора, так ещё переменный ток. Точнее прерывистый уменьшающе-возрастающий. То есть во вторичной обмотке будет индуктироваться ток который с помощью обмотки можно повысить в разы. А, пройдя через диод и П-образный LC-фильтр мы получим нужное нам высокое постоянное напряжение! Кстати на рис8 подобный вибратор «ВС-2,4», работающий от такого маленького напряжения 2,4 В. Правда внутри он несколько сложнее из-за кучи второстепенных контактов. Благодаря такому решению была возможность получать сразу два напряжения: 220 и 110 В. Конечно постоянного! А, почему он такой длинный? Ну, вопрос конечно интересный... Я думаю, что частоту прерываний делали под 50 Гц. Это во-первых. А, во-вторых, резонансная частота колебаний якоря должна быть равна нашей (50Гц). При таких условиях энергия затраченная на вибрацию якоря минимальная. Если учитывать, что в общем виде источник первоначального напряжения маломощный.
На рис10а Вы видите термогенератор ТГК», вырабатывающий электроэнергию преобразуя тепло в электричество. Источник того самого тепла, а заодно и света (чё добру пропадать?) являлась керосиновая лампа. Правда очень мощная. В те времена я знал только два типа по светоотдачи, 10-линейная и 7-линейная. У нас была только 7-ми. К сожалению при всём хорошем генератор давал очень маленькое напряжение. И если для накала (тогда только ламповых) ламп радиоприёмника хватало, то для анодных цепей, нет! Вот тут-то на помощь и пришли вибропреобразователи. На рис10b Вы видите колодку с контактами выходных напряжений, два верхних для анодных цепей, три нижних, накальных.
Вот данные такого генератора: напряжение 2 В при токе 2 А, для питания анодных цепей. Напряжение 2 В при токе 0,5 А для цепей накала. Кроме того есть отвод для накала с напряжением 1,2 В при токе 0,36 А. Почему так? Лампы так называемые батарейной серии выпускались с напряжением накала 1 В. и 2 В. Отсюда и разнобой... Такие экзотические генераторы питали существующие тогда радиоприёмники для сельской местности (там где жили ещё с лучиной :-)). Это: «Родина-47»; «Родина-52»; «Искра»; «Таллин Б-2»; «Тула».
Так было до появления транзисторов, а потом... Просто на транзисторах делали генераторы переменного тока (и не обязательно синусоидального). Далее как обычно трансформация и выпрямление как и на рис5. Две схемы. На рис9, так называемый двухтактный генератор и тоже двухтактный усилитель после трансформатора. Затем выпрямитель... Это когда необходимо увеличить не только напряжение, но и мощность. На рис11 другой пример где как раз мощность как-то не очень нужна?! Это схема фотовспышки. Той самой с помощью которой Вы и щёлкаете свои фотки при плохой освещённости. Хотя такие снимки не есть хорошо?! Конечно, если другого выхода нет!? Питание от двух старинных батареек с общим U = (7-9) В. Генератор собран на одном транзисторе П216. Далее как обычно... Высокое напряжение нужно для зарядки конденсатора С. При нажатии кнопки или же синхроконтактов в фотоаппарате (a, b) происходит разряд в ИФК, — Импульсной Фотографической Ксеноновой лампы. Что приводит к испусканию мощного потока света, близкого к естественному, белому.