Простейший нестабилизированный однополярный источник питания 

Схема простейшего источника питания приведена на рисунке ниже. Именно по такой схеме устроены почти все недорогие маломощные блоки питания, встроенные в сетевую вилку. Иногда в них вторичная обмотка имеет несколько отводов и приствует ползунковый переключатель, который коммутирует эти отводы, меняя выходное напряжение. Так как эти блоки весьма дешевы, то в случае, когда вам не требуется большой мощности, спокойно можно покупать такой блок, разбирать его и встраивать в вашу аппаратуру. Нужно только обратить внимание на допустимый ток нагрузки, который указан на корпусе блока. Что касается номинального напряжения, то этот вопрос мы сейчас рассмотрим.

Простейший нестабилизированный однополярный источник питания

Здесь переменный синусоидальный ток со вторичной обмотки трансформатора (II) подается на конструкцию из четырех диодов, которая называется диодным мостом и представляет собой простейший двухполупериодный выпрямитель В мосте могут быть использованы любые типы выпрямительных диодов, лишь бы их предельно допустимый ток был не меньше необходимого (для указанных на схеме диодов 1N4001 это 1 А), а предельно допустимое напряжение — не меньше половины амплитудного значения входного переменного напряжения (так как в нашем случае это всего 7 В, то здесь этому требованию удовлетворяют вообще все выпрямительные диоды на свете). Такие мосты выпускаются уже в сборе, в одном корпусе, на котором иногда даже нарисовано, кула подключать переменное напряжение и откуда снимать постоянное. Их, конечно. тоже можно и нужно использовать.

Предположим, что на верхнем по схеме выводе вторичной обмотки в данный момент переменное напряжение, поступающее с обмотки, больше, чем на нижнем. Тогда ток в нагрузку (она обозначена пунктиром) потечет через правый верхний диод моста, а возвратится в обмотку через левый ниж¬ний. Полярность на нагрузке, как видим, соблюдается. В следующем полупериоде. когда на верхнем выводе обмотки напряжение меньше, чем на нижнем, ток через нагрузку потечет, наоборот, через левый верхний диод и возвратится через правый нижний. Как видим, полярность опять соблюдается. Отсюда и название такого выпрямителя — двухполупериодный, т. е. он работает во время обоих полупериодов переменного тока. Форма напряжения на выходе такого моста (в отсутствие конденсатора) соответствует пульсирующему напряжению. Естественно, такое пульсирующее напряжение нас не устраивает,— мы хотим иметь настоящее постоянное напряжение без пульсаций. потому в схеме присутствует сглаживающий (фильтрующий) конденсатор, который вместе с выходным активным сопротивлением трансформатора и сопротивлением диодов представляет собой не что иное, как интегрирующий фильтр низкой частоты. Все высокие частоты отфильтровываются, а на выходе получается ровное постоянное напряжение. К сожалению, такая идиллия имеет место только в отсутствие нагрузки,  попробуем определить, какова величина этого постоянного напряжения на выходе фильтра.

В отсутствие нагрузки конденсатор с первых же полупериодов после включения питания заряжается до амплитудного значения пульсирующего напряжения, которое равно амплитудному значению напряжения на вторичной обмотке за вычетом падения напряжения на двух диодах, стоящих на пути тока. Так как в установившемся режиме через эти диоды ток весьма мал (только для подпитки собственных токов утечки конденсатора), то и падение напряжения на них мало и в сумме составляет менее 1 В. Амплитудное значение напряжения на вторичной обмотке равно 10√2 = 14,1 В, так что на холостом ходу напряжение на выходе источника составит чуть более 13 В. При подключении нагрузки происходит сразу много всего. Во-первых, снижается напряжение на вторичной обмотке— трансформатор имеет конечную мощность. Во-вторых, увеличивается падение напряжения на диодах, которое может при максимально допустимом для них токе достичь 1 В на каждом. В-третьих, и в-главных, во время «провалов» пульсирующего напряжения нагрузка питается только за счет  того, что через нее разряжается конденсатор. Естественно, напряжение на нем при ном каждый раз немного снижается. Поэтому график выходного напряжения при подключенной нагрузке представляет собой уже не ровную постоянную линию, а выглядит примерно так, как показано на рисунке  (причем снижение входного напряжения за счет «просаживания» трансформатора здесь не учитывается).

Вид пульсаций на выходе нестабилизированного источника 1 — исходное пульсирующее напряжение в отсутствие фильтрующего конденсатора, 2 — выходное напряжение при наличии фильтрующего конденсатора и нагрузки

То есть выходное напряжение немного пульсирует— тем больше, чем больше ток в нагрузке, и тем меньше, чем больше емкость конденсатора. Именно поэтому в источниках применяют электролитические конденсаторы столь большой емкости. Наличие пульсаций также снижает постоянную составляющую выходного напряжения.

В этой схеме избавиться от таких пульсаций полностью невозможно, как бы вы ни увеличивали емкость конденсатора. Как подсчитать нужную емкость? Тут без интегралов не обойтись, для простоты будем руководствоваться эмпирическим правилом: на каждый ампер нагрузки минимально достаточно конденсатора около 1000 мкФ. Для надежности можно увеличить ее до 2200 мкФ. Первая величина ближе к тому случаю, когда на выходе источника предполагается поставив стабилизатор напряжения, вторая— если такого стабилизатора не предполагается. Вес указанные причины совместно приводят к тому, что под нагрузкой сверхмаломощные источники (вроде тех, что со встроенной вилкой) могут выдавать в полтора-два раза меньшее напряжение, чем на холостом ходу. Поэтому не удивляйтесь. если вы приобрели такой блочок с указанным на шильдике номинальным напряжением 12 В, а мультиметр на холостом ходу показывает аж все 18! Чтобы покончить с темой простейшего источника, нужно сказать пару слов об имеющемся на схеме предохранителе Пр1. В упомянутых блоках со встроенной вилкой предохранитель часто отсутствует, и это вызвано, кроме стремления к удешевлению блока, очевидно тем обстоятельством, что маломощный трансформатор сам служит неплохим предохранителем, — провод первичной обмотки у него настолько тонок и сопротивление его настолько велико, что при превышении допустимого тока обмотка сравнительно быстро сгорает, отключая весь блок (после чего его, естественно, остается только выбросить). Но в стационарных устройствах. и тем более в устройствах большей мощности, предохранитель должен быть обязательно. Обычно его выбирают на ток в два-четыре раза больший, чем расчетный максимальный ток первичной обмотки.

Приведем еще одну полезную схему нестабилизированного источника, на этот раз двухполярного, т. е. выдающего два одинаковых напряжения относительно средней точки — «земли» .
Нестабилизированный двухполярный источник питания

Пояснений она не требует, потому что очень похожа на однополярную, только возврат тока в обмотки от обеих нагрузок происходит непо-средственно через общую «землю», минуя диодный мост. В качестве упражнения предлагаю вам самостоятельно разобраться, как она работает. Вторичные обмотки (II и III) здесь, в сущности, представляют собой две одинаковые половины одной обмотки. Жирными точками около вторичных обмоток обозначены их начала, что¬бы не перепутать порядок их соединения.