Источники питания

Для того, что бы любую электрическую или электронную схему привести в действие, необходимо её запитать. Суть всех процессов в электричестве сводится к протеканию токов и перераспределению потенциалов в цепях  схемы. Для возникновения электрического тока в любой цепи обязательным условием является наличие разности потенциалов (напряжения) на разных участках этой цепи. Главным источником такой разности потенциалов и являются источники питания или блоки питания. Именно о них и пойдёт речь в данной статье.

Суть всех блоков (источников) питания сводится к тому, что на своих выходных зажимах или клеммах они формируют разность потенциалов, которую в дальнейшем можно использовать для работы конкретной схемы.

 

Источники электрической энергии можно разделить на различные категории:

  • Генераторы и преобразователи

  • Блоки питания постоянного напряжение (тока), переменного напряжения (тока), пульсирующего напряжения (тока)

  • Источники тока, источники напряжения

Источники-преобразователи, это источники, преобразующие один вид электрической энергии в другой. Самым распространённым притмером таких источников являются блоки питания бытовой аппаратуры (магнитофоны, радиоприёмники, зарядные устройства и т. п.). Они преобразуют сетевое переменное напряжение потребительской сети 220 В в постоянное (иногда переменное) напряжение, сниженное до уровня, удовлетворяющего питанию конкретной схемы прибора. Например, часто используются блоки питания для магнитофонов, которые преобразуют переменное напряжение сети 220 В в постоянное напряжение 12 В.

Источники-генераторы, это устройства, которые преобразуют какой либо вид энергии (не электрической) в электрическую. К генераторным источникам можно отнести гальванические источники (солевые батарейки, аккумуляторы и т.п. - химическая энергия преобразуется в электрическую), бензиновые и дизельгенераторы различных мощностей и назначения (тепловая энергия горения топлива преобразуется в электрическую), ветрогенераторы, солнечные батареи, гидроэлектростанции и многие другие.

Блоками питания постоянного напряжения могут быть как источники-преобразователи так и генераторы. На выходе блоков питания постоянного напряжения формируется разность потенциалов с не изменяющейся в течении времени полярностью и величиной. Полярность электродов любого блока питания задаётся величиной их электрических потенциалов. Если потенциал одного электрода больше потенциала другого, то при замыкании этих клемм или подключении к ним нагрузки, по замкнутой электрической цепи начнут перемещаться электроны от электрода с большим электрическим потенциалом к меньшему. По иронии судьбы общепринято считать источник электронов отрицательным (катод) электродом, не смотря на то, что его электрический потенциал выше положительного. И по той же самой иронии судьбы общепринято за направление электрического тока считать направление, противоположное движению электронов (не смотря на то, что именно и только электроны являются инициаторами электрического тока). Приходит в голову - “умом науку не понять...”. Такой вот каламбур. Как говорится, мы так придумали, и не важно, как оно на самом деле.

Блоки питания переменного напряжения, это преобразователи или генераторы, на выходных клеммах которых формируется разность потенциалов с изменяющейся во времени величиной, и в определённые моменты времени меняющая полярность с регулярной периодичностью. В этих случаях говорится, что напряжение блока питания меняется по периодическому закону. Если рассматривать график изменения напряжения таких источников с течением времени, то он может напоминать синусоиду, форму близкую к синусоиде, иметь пилообразную или вообще прямоугольную форму. Некоторые путают источники пульсирующего напряжения с источниками переменного. Это не так. У источников пульсирующего напряжения разность потенциалов хоть и меняется во времени, но полярность электродов всегда остаётся неизменной (либо нулевой, если разность потенциалов снижается до нуля). Источники пульсирующего напряжения можно вынести в отдельную категорию, так как их нельзя отнести ни к источникам постоянного, ни к источникам переменного напряжения.

Источник тока, это преобразователь или генератор, способный поддерживать стабильный ток в питаемой им цепи в определённом диапазоне выходных напряжений и сопротивлений нагрузки. Т.е., если с течением времени изменять нагрузку, подключенную к такому источнику, то он будет подстраиваться таким образом, что бы ток в цепи нагрузки при этом оставался стабильным. Для таких источников применяются схемы стабилизации тока, часто используемые в различных устройствах зарядки аккумуляторных элементов или батарей, т.к. при стабильном токе проще рассчитать время, которое требуется для полной зарядки аккумулятора известной ёмкости.

В идеале, источник тока должен всегда поддерживать стабильный (не изменяющийся во времени) ток во внешней подключенной к нему цепи нагрузки.

В реальности работа источника тока ограничена параметрами нагрузки и напряжением питания, которое он использует или генерирует в своей работе. Поэтому на границах рабочего диапазона напряжений (сопротивлений нагрузки) ток такого источника резко утрачивает свою стабильность.

Источник напряжения, это преобразователь или генератор, стремящийся поддерживать стабильную (не изменяющуюся во времени) разность потенциалов на своих выходных зажимах независимо от величины подключенной к нему нагрузки. В идеале такой стабилизатор напряжения должен давать неограниченно большой ток в цепи нагрузки при достаточно низком её сопротивлении. В реальности работа этих устройств всегда ограничена нагрузочной способностью элементов используемых в схеме стабилизации, а так же нагрузочными характеристиками источника питания, механического привода генератора или самого генератора.

Источники переменного напряжения можно объединять в трёхфазные (многофазные) системы соблюдая определённые условия синхронизации и чередования фаз изменения напряжений. Такие системы повсеместно применяются на производстве, в быту и различных схемотехнических решениях. Они имеют ряд важных преимуществ перед однофазными источниками питания, но это тема уже отдельного разговора.

Важно отметить, что внедрением систем переменного напряжения, как однофазных так и многофазных мы обязаны легендарному Сербскому учёному - Николе Тесла. Он же изобрёл подавляющую часть устройств по генерации и преобразованию электрической энергии из механической и обратно. Не возможно даже представить, как бы выглядел сейчас мир без его творений.

 

Google