Напряжение 12 вольт постоянного тока

Как получить напряжение 12 вольт

Для проверки работы отдельных блоков бытовых приборов домашнему мастеру может понадобиться напряжение 12 вольт как постоянного, так и переменного тока. Подробно разберем оба случая, но вначале необходимо рассмотреть еще одну величину электроэнергии — мощность, которая характеризует способность устройства надежно совершить работу.

Если мощности источника будет недостаточно, то он не выполнит задачу. К примеру, блок питания компьютера и аккумулятор автомобиля выдают 12 вольт. Токи нагрузки у компьютера редко превышают значения 20 ампер, а стартерный ток аккумулятора автомобиля больше 200 А.

Автомобильный аккумулятор обладает большим резервом мощности для задач компьютера, а вот блок питания ПК при таком же напряжении 12 вольт абсолютно не пригоден для раскрутки стартера, он просто сгорит.

Способы получения постоянного напряжения

Из гальванических элементов (батареек)

Промышленность выпускает круглые батарейки различных габаритов (зависят от мощности) с напряжением 1,5 вольта. Если взять 8 штук, то из них при последовательном подключении как раз получится 12 вольт.

Соединять между собой выводы батареек надо поочередно «плюсом» предыдущей к «минусу» последующей. Напряжение 12 вольт будет между первым и последним выводами, а промежуточные значения, например, 3, 6 или 9 вольт можно замерить на двух, четырех, шести батарейках.

Емкости элементов не должны отличаться, иначе мощность схемы будет уменьшена ослабленной батарейкой. Для таких устройств желательно применять все элементы однотипной серии с общей датой изготовления. Ток нагрузки от всех 8 батареек, собранных последовательно, соответствует величине, указанной для одного элемента.

Если возникнет необходимость подключения такой батареи к нагрузке, в два раза превышающей номинальную величину источника, то потребуется создать еще одну подобную конструкцию и обе батареи подключить параллельно, соединив между собой их однополярные выводы: «+» к «+», а «-» к «-».

Из малогабаритных акккумуляторов

Никель-кадмиевые аккумуляторы выпускаются с напряжением 1,2 вольта. Чтобы получить от них 12 вольт понадобится 10 элементов соединять последовательно, как в рассмотренной перед этим схеме.

По такому же принципу собирают батарею из никель-металл-гидридных АКБ.

Аккумуляторная батарея используется для более длительной работы, чем из обычных гальванических элементов: АКБ можно подзаряжать и перезаряжать многократно при необходимости.

От блоков питания, работающих на переменном токе

Многие бытовые приборы имеют встроенную электронику, которая питается от выпрямленного напряжения, получаемого в результате преобразования 220 вольт. Блоки питания компьютера, ноутбука как раз выдают 12 вольт выпрямленного и стабилизированного напряжения.

Достаточно подключиться к соответствующим клеммам выходного разъема и запитать блок питания, чтобы получить от него 12 вольт.

Аналогичным образом можно воспользоваться блоками питания старых радиоприемников, магнитофонов и устаревших телевизоров.

Кроме того, можно самостоятельно собрать блок питания для постоянного тока, выбрав для него подходящую схему. Наиболее распространены трансформаторные устройства, преобразующие 220 вольт во вторичное напряжение, которое выпрямляется диодным мостом, сглаживается конденсатором и регулируется транзистором с помощью подстроечного резистора.

Схема простого зарядного устройства

Подобных схем можно найти много. В них удобно включать стабилизаторные устройства.

Способы получения переменного напряжения

Самым доступным методом считается применение понижающего трансформатора, который уже показан на предыдущей схеме. Промышленность уже давно выпускает такие устройства для различных целей.

Однако домашнему мастеру совсем не сложно сделать трансформатор для своих нужд из старых конструкций.

Для подключения трансформатора к сети 220 на первичную обмотку следует подавать питание через защиту, вполне можно обойтись проверенным предохранителем, хотя автоматический выключатель лучше подойдет для этих целей.

Вся схема вторичной нагрузки должна быть собрана заранее и проверена. Резерв мощности трансформатора около 30% позволит длительно его эксплуатировать без перегрева изоляции.

Технически возможно получить 12 вольт переменного тока от генератора, который приводится во вращение каким-либо двигателем или за счет преобразования постоянного тока инвертором. Однако эти способы более подходят для промышленных установок и отличаются сложной конструкцией. Поэтому в быту практически не используются.

Как получить постоянное напряжение из переменного

Осциллограмма постоянного напряжения

Давайте для начала уточним, что мы подразумеваем под “постоянным напряжением”. Как гласит нам Википедия, постоянное напряжение (он же и постоянный ток) – это такой ток, параметры,свойства и направление которого не изменяются со временем. Постоянный ток течет только в одном направлении и для него частота равна нулю.

Осциллограмму постоянного тока мы с вами рассматривали в статье Осциллограф. Основы эксплуатации:

Как вы помните, по горизонтали на графике у нас время (ось Х), а по вертикали напряжение (ось Y).

Для того, чтобы преобразовать переменное однофазное напряжение одного значения в однофазное переменное напряжение меньшего (можно и большего) значения, мы используем простой однофазный трансформатор. А для того, чтобы преобразовать в постоянное пульсирующее напряжение, мы с вами после трансформатора подключали Диодный мост. На выходе получали постоянное пульсирующее напряжение. Но с таким напряжением, как говорится, погоду не сделаешь.

Но как же нам из пульсирующего постоянного напряжения

получить самое что ни на есть настоящее постоянное напряжение?

Для этого нам нужен всего один радиокомпонент: конденсатор. А вот так он должен подключаться к диодному мосту:

В этой схеме используется важное свойство конденсатора: заряжаться и разряжаться. Конденсатор с маленькой емкостью быстро заряжается и быстро разряжается. Поэтому, для того, чтобы получить почти прямую линию на осциллограмме, мы должны вставить конденсатор приличной емкости.

Зависимость пульсаций от емкости конденсатора

Давайте же рассмотрим на практике, зачем нам надо ставить конденсатор большой емкости. На фото ниже у нас три конденсатора различной емкости:

Рассмотрим первый. Замеряем его номинал с помощью нашего LC – метр. Его емкость 25,5 наноФарад или 0,025микроФарад.

Цепляем его к диодному мосту по схеме выше

И цепляемся осциллографом:

Как вы видите, пульсации все равно остались.

Ну что же, возьмем конденсатор емкостью побольше.

Получаем 0,226 микрофарад.

Цепляем к диодному мосту также, как и первый конденсатор снимаем показания с него.

А вот собственно и осциллограмма

Не… почти, но все равно не то. Пульсации все равно видны.

Берем наш третий конденсатор. Его емкость 330 микрофарад. У меня даже LC-метр не сможет ее замерить, так как у меня предел на нем 200 микрофарад.

Цепляем его к диодному мосту снимаем с него осциллограмму.

А вот собственно и она

Ну вот. Совсем ведь другое дело!

Итак, сделаем небольшие выводы:

– чем больше емкость конденсатора на выходе схемы, тем лучше. Но не стоит злоупотреблять емкостью! Так как в этом случае наш прибор будет очень габаритный, потому что конденсаторы больших емкостей как правило очень большие. Да и начальный ток заряда будет огромным, что может привести к перегрузке питающей цепи.

– чем низкоомнее будет нагрузка на выходе такого блока питания, тем больше будет проявляться амплитуда пульсаций. С этим борются с помощью пассивных фильтров, а также используют интегральные стабилизаторы напряжения, которые выдают чистейшее постоянное напряжение.

Как подобрать радиоэлементы для выпрямителя

Давайте вернемся к нашему вопросу в начале статьи. Как все-таки получить на выходе постоянный ток 12 Вольт для своих нужд? Сначала нужно подобрать трансформатор, чтобы на выходе он выдавал … 12 Вольт? А вот и не угадали! Со вторичной обмотки трансформатора мы будем получать действующее напряжение.

U_max – максимальное напряжение, В

Поэтому, чтобы получить 12 Вольт постоянного напряжения, на выходе трансформатора должно быть 12/1,41=8,5 Вольт переменного напряжения. Вот теперь порядок. Для того, чтобы получить такое напряжение на трансформаторе, мы должны убавлять или добавлять обмотки трансформатора. Формула здесь. Потом подбираем диоды. Диоды подбираем исходя из максимальной силы тока в цепи. Ищем подходящие диоды по даташитам (техническим описаниям на радиоэлементы). Вставляем конденсатор с приличной емкостью. Его подбираем исходя из того, чтобы постоянное напряжение на нем не превышало то, которое написано на его маркировке. Простейший источник постоянного напряжения готов к использованию!

Кстати, у меня получился 17 Вольтовый источник постоянного напряжения, так как у трансформатора на выходе 12 Вольт (умножьте 12 на 1,41).

Ну и напоследок, чтобы лучше запомнилось:

Читаем в обязательном порядке продолжение этой статьи.

Как получить 12 Вольт?

В современных бытовых сетях огромное количество приборов и устройств питаются от пониженного напряжения. Как правило, это слаботочные приборы, в цепи питания которых используется 12 Вольт: газовые нагреватели, ручной электроинструмент, переносные и стационарные светильники, детские игрушки и многое другое.

Из-за широкого применения обыватели пытаются организовать питание для таких приборов самостоятельно, поэтому в данной статье мы рассмотрим, как получить 12 Вольт различными способами.

Получаем 12 Вольт из 220

Наиболее доступным источником питания с практически неограниченным ресурсом мощности является бытовая сеть переменного напряжения 220 Вольт. Все что нужно для получения 12 Вольт – понизить, а при необходимости, и преобразовать имеющуюся электрическую величину в постоянную.

Для этого можно использовать один из нескольких способов:

• с использованием трансформатора для понижения и диодного моста для дальнейшего выпрямления;
• при помощи гасящего конденсатора;
• без трансформатора – с применением резистора или полупроводникового устройства.

Теперь рассмотрим каждый из способов более детально.

Способ без трансформатора

В случае отсутствия трансформатора, который мог бы понизить напряжение сети до 12 Вольт, обойтись можно и обычным резистором. Дело в том, что падение напряжения на резисторе, подключенном последовательно нагрузке в 208 Вольт обеспечит 12 Вольт на нужном устройстве, при условии, что в сети 220 Вольт.

Если напряжение сети значительно отличается, то универсальная формула для расчета величины дополнительного резистора будет выглядеть следующим образом:

• R₁ – сопротивление дополнительного резистора;
• R_Н – сопротивление нагрузки;
• I – ток в цепи резистора и нагрузки (можно брать паспортное значение);
• U_C – напряжение в сети.

Такой способ, чтобы получить 12 Вольт нельзя назвать оправданным, так как падение напряжения на резисторе будет приводить к расходу мощности и дополнительным затратам электроэнергии. Поэтому еще одним вариантом для понижения уровня напряжения является использование тиристорного или симисторного регулирования. Пример такой схемы приведен на рисунке ниже:

Понижение напряжения при помощи симистора

Здесь токоограничивающая цепочка конденсатором C1 резисторами R1 и R2, которые определяют время заряда емкости и подачи импульса через динистор VS1 на управляющий электрод симистора VS2. Это классический вариант управления величиной выходного напряжения, который часто применяется в диммерах.

Использование гасящего конденсатора

Помимо вышеприведенных методов чтобы получить 12 Вольт можно использовать схему с гасящим конденсатором.

Понижение напряжения с помощью гасящего конденсатора

На рисунке выше приведен пример с двумя гасящими конденсаторами C1 и C2, здесь обе емкости предназначены для снижения переменного напряжения, поступающего от сети. Время на заряд конденсатора существенно сокращает длительность полупериода, подаваемого на мост VD1. Далее электрическая величина передается через стабилизирующие резистор R3, конденсаторы C3 и C6 к линейному преобразователю D1. Затем от преобразователя через конденсаторы C4 и C5 напряжение подается к питаемому устройству.

Схема с трансформатором

Наиболее распространенным вариантом понижения сетевого напряжения, чтобы получить 12 Вольт, является использование трансформатора. Для этого используется специальная электрическая машина с соответствующими параметрами по входному и выходному напряжению.

Понижение напряжения с использованием трансформатора

Как видите, на высокую сторону обмоток трансформатора подается напряжение сети 220 Вольт. Далее, пониженное напряжение поочередно подается полуволнами на входные клеммы диодного моста VD1 — VD4. От диодного моста постоянное напряжение подается к нагрузке через фильтрующий конденсатор C.

Это наиболее простой вариант схемы с понижающим трансформатором, но при необходимости постоянного использования устройство можно дополнить функциональными элементами – переменным резистором или стабилизатором.

12 Вольт из 24 или другого повышенного постоянного напряжения

Помимо этого существуют ситуации, когда вместо сетевого напряжения 220 Вольт у вас имеется постоянное напряжение большего номинала, к примеру, 24 Вольт. Подобная ситуация может возникнуть, когда автомобилисты хотят заменить автомобильный аккумулятор более мощным от грузовика или автобуса.

Для этой цели может использоваться стабилизирующий элемент на базе того же транзистора, от которого подключается светодиодная лента.

Пример схемы 12В из 24В

Это довольно простая схема, в которой величина выходного тока будет ограничена характеристиками транзистора. Недостатком этого варианта является небольшое снижение напряжения в случае превышения максимального тока для преобразователя. Поэтому в случае недопустимого результата, вместо транзистора можно использовать различные стабилизаторы – линейные или импульсные. Стабилизатор – это более сложное устройство, но схема подключения практически ничем не будет отличаться, так как они продаются единым блоком.

12 Вольт из 5 или другого пониженного постоянного напряжения

Также не будем исключать обратную ситуацию, когда из более низкого уровня напряжения вы можете его повысить, чтобы получить 12 Вольт. Этот пример доступен при наличии 5В в блоке питания персонального компьютера, зарядке для мобильного телефона и от всевозможных переходников и адаптеров под стандартную сеть.

Для повышения постоянных 5 Вольт до уровня 12 Вольт зачастую применяются преобразователи напряжения. В качестве примера мы рассмотрим схему с применением преобразователя на базе микросхемы LM2577. Ее преимущества заключаются в использовании минимального числа компонентов для сборки, также существует несколько моделей со стабильным напряжением на выходе и регулируемый вариант. Единственным существенным недостатком является номинальный электрический ток в 0,8 А.

Пример схемы 12В из 5В

На рисунке выше приведен простой пример, как получить 12 Вольт с помощью микросхемы LM2577. От входных клемм через конденсатор C1 на ввод 5 и 3 микросхемы подается 5 Вольт. Величина на выходе с выводов 4 и 2 микросхемы регулируется соотношением резисторов R2 и R3. Следует отметить, что с практической стороны устройство получается маломощное, поэтому никаких систем принудительного охлаждения или дополнительных радиаторов для нее устанавливать не требуется.

12 Вольт из подручных средств

Несмотря на относительную простоту для электриков, радиолюбителей и людей, хоть немного знакомых с электроникой, всех вышеперечисленных методов, для простого обывателя они могут стать трудноразрешимой задачей, как в плане наличия соответствующих деталей, так и в части понимания электрических процессов. Поэтому здесь мы приведем несколько вариантов, как получить 12 Вольт из подручных средств, которые сегодня можно найти практически в каждом доме.

Такое преобразование можно выполнить из:

• блока питания;
• батареек или аккумуляторов;
• от USB выхода.

Первый вариант – это стандартный блок питания, который дает на выходе 12 Вольт, его используют во многих устройствах, но никаких хитростей, чтобы получить такой уровень электрической величины, здесь нет. Достаточно подключить его к сети 220В и на выходе появится 12. Остальные способы рассмотрим более детально.

Из батареек

Практически в каждом доме или квартире не обходится без пальчиковых, мини-пальчиковых или батареек-таблеток. Они являются неотъемлемой частью нашего обихода, так как без них не идут часы, отказывается работать любой пульт или не едет детская игрушка. Если вы возразите, что каждая из них выдает напряжение всего в 1,5 Вольта, то это вполне поправимая проблема, с точки зрения электротехники.

С точки зрения физики источники ЭДС при последовательном включении дают сумм напряжения на выходе отдельно взятого каждого источника. Поэтому, чтобы получить 12 Вольт из обычных батареек вам необходимо соединить последовательно 8 единиц по 1,5 Вольта. Соответственно, если номинал имеющихся у вас батареек отличается, получить нужную электрическую величину можно путем изменения их количества. Пример такого преобразования приведен на рисунке ниже:

Как получить 12 В из батареек

Из аккумуляторов

Если вы хотите выдавить 12 Вольт из стандартного повербанка, максимум которого колеблется в пределах 5В, то можете воспользоваться одной хитростью, которая доступна за счет команды «быстрая зарядка». Эта функция от смартфона, приводит к значительному повышению электрической величины, с теоретической точки зрения на выходе можно получить до 20 Вольт. Но с подключенной нагрузкой напряжение находиться в пределах 12 Вольт.

А так как вместо гаджета вам нужно запитать совершенно иное устройство, для этой цели, то к повербанку необходимо подключить эмулятор быстрой зарядки, на котором устанавливается соответствующий режим (желательно Quick Charge 2.0, так как 3.0 под силу не всем источникам). Для контроля тех самых 12 Вольт можно использовать тестер, на эмуляторе присутствуют кнопки, которые позволят увеличить или уменьшить напряжение.

Получение 12В из аккумулятора

Из USB

В стандартном разъеме USB величина питающего напряжения составляет всего 5В, но и выход такого типа более чем обычное явление в связи с широким распространением компьютерной техники и других устройств, использующих такой порт для подключения. Для этого вам понадобится блок питания самого компьютера и отходящий USB порт.

Весь фокус будет заключаться в следующем: в блоке питания и так присутствует 12 Вольт, но для его вывода к разъему вам понадобится подключить один из выходов к желтому проводу, который обозначен на рисунке. Вывод зеленого провода, при этом соединяется с одним из черных.

12В из блока питания ПК

Если у вас нет желания использовать USB выход, то 12 Вольт можно брать проводами напрямую к нагрузке. Но от персонального компьютера такой блок обязательно должен отключаться. Следует отметить, что в сравнении с любыми другими вариантами, это достаточно мощный источник, поэтому он потянет и гораздо большую нагрузку.

Как получить напряжение 12 Вольт: 3 простых способа

Для проверки некоторых образцов бытовой аппаратуры пользователь периодически нуждается в рабочем напряжении 12 Вольт постоянного тока. При рассмотрении вариантов их получения важно учитывать мощность, которую требуется развить в нагрузке. В качестве примера, объясняющего необходимость этого учета, берутся БП бытового компьютера и аккумулятор для автомобиля.

Оба они “выдают” нужные 12 Вольт, но только в первом случае ток в нагрузке редко превышает 20 Ампер, а тот же параметр при запуске стартера достигает 200 Ампер. То есть первый из этих приборов рассчитан на значительно более низкий показатель мощности, чем автомобильный аккумулятор. Поэтому и источник питания для него может быть не таким мощным.

Способы получения

Известно четыре относительно простых способа получения постоянных 12-ти Вольт различной мощности, достаточной для проверки простейших схем.

• Сборка на основе гальванических элементов (или батареек).
• Последовательное соединение нескольких малогабаритных аккумуляторов.
• Использование исправных блоков питания от старых ПК или другой бытовой аппаратуры.
• Изготовление простейшего стабилизированного БП на основе доступных электронных компонентов.

Рассмотрим каждый из этих вариантов более подробно.

1. На основе батареек

Промышленностью освоен выпуск типовых батареек различных стандартов, рассчитанных на рабочее напряжение 1,5 Вольта. При последовательном соединении 8-ми таких элементов как раз получаются требуемые 12 Вольт. Батарейки пристыкуются поочередно “плюсовым” контактом предыдущего элемента к “минусовому” последующего.

Полное напряжение образуется между первым и самым последним выводами, а меньшие значения (3,0; 6,0 или 9,0 Вольт) можно получить на выводах после второй, четвертой или шестой батарейки. Но фото ниже это хорошо видно.

Для изготовления такого источника выбираются изделия одной серии с одинаковой датой выпуска. Ток в нагрузке не должен превышать величины, указанной в паспорте для каждого элемента. Если потребуется подключиться к вдвое большей нагрузке (с удвоенным током потребления) придется собрать еще одну такую же цепочку, подключаемую в параллель первой.

2. На основе малогабаритных аккумуляторов

Известные большинству пользователей НК аккумуляторы рассчитаны на напряжением 1,2 Вольта. Для получения на их основе источника на 12 Вольт потребуется соединить последовательно 10 элементов, как это было сделано в предыдущем случае (фото ниже).

Сборка из аккумуляторных батарей гарантирует более длительную работу источника, чем при обычных гальванических элементах, поскольку ее можно многократно подзаряжать.

Из старого БП

Известно, что типовые БП от компьютеров (а также от некоторых моделей ноутбуков) “выдают” на выходе выпрямленное напряжение нужной нам величины. В первом случае его можно снимать с любого свободного разъема между проводами в черной и желтой изоляции.

Обратите внимание: При работе с импульсными БП от стационарных ПК сначала потребуется установить перемычку между проводами основной колодки, имеющими изоляцию зеленого и черного цвета.

Нужное напряжение получают и от любого компактного блока питания бытовой аппаратуры на 12 Вольт или источника, применяемого для подключения ленточки светодиодов.

3. Самостоятельное изготовление

Можно самостоятельно изготовить БП на 12 Вольт, воспользовавшись простейшей схемой.

Для этого потребуются:

• Трансформатор, преобразующий сетевое напряжение в 15-16 Вольт переменного тока.
• Выпрямительный диодный мостик.
• Фильтрующие конденсаторы.
• Интегрированный стабилизатор КРЕН8Б.

Схема выпрямительной части стабилизированного БП приводится ниже: