Попередником сучасного напівпровідникового перетворювача був вібраційний джерело живлення. Ці джерела спочатку були розроблені для харчування автомобільних радіоприймачів. Однак радіоаматори часто модифікували їх з метою збільшення вихідної потужності своїх мобільних радіостанцій. Вібраційні джерела живлення зазвичай мали к.к.д. близько 70 відсотків. Тривалість терміну служби обмежували самі вібратори, тому вони розроблялися як змінні блоки, які можна замінити так само легко, як електронні лампи. Деякі типи мали екзотичні металеві контакти і були герметизовані. Спеціальні вібратори містилися в вакуумний балон. Тривалі науково-дослідні розробки дозволили досягти високого технічного рівня вібраторів перш, ніж напівпровідникова техніка зробила їх непотрібними. Хоча їх використання скоротилося, вони все ще можуть бути корисні експериментаторам і тим, хто просто захоплений електронікою. Іноді вони використовуються у вимірювальних приладах, типу лічильників Гейгера і в переносних ультрафіолетових лампах.

У будь-якому випадку, короткий огляд вібраційних джерел живлення допоможе зрозуміти природу складніших інверторів та перетворювачів. Механічний вібратор подібний полупроводниковому в тому, що обидва подають на трансформатор переривчастий постійний струм. Отже, обидва генерують змінну напругу, яка має прямокутну форму.

Схема, показана на рис. 1.2 є інвертором, який зазвичай пов’язують з вихідним випрямлячем і фільтром, що дозволяють отримати постійну напругу для живлення радіоприймача. Коли вимикач £ 1 розімкнений, контакт, закріплений на якорі, займає «нейтральну» позицію. Коли S1 замикають, магнітний потік в соленоїді притягує залізний якір, і верхній контакт вібратора з’єднується з рухомим. Таким чином, струм проходить через верхню половину первинної обмотки трансформатора 71, що має відвід від середини. Але при цьому відбувається коротке замикання соленоїда, що дозволяє якоря відскочити. Завдяки інерції якір проскакує нейтральне положення, при цьому рухливий контакт замикається з нижнім. Ток тепер проходить через нижню половину первинної обмотки трансформатора. Однак якір не може залишатися в цьому положенні через свою пружності і через вплив знову з’являється магнітного поля соленоїда. В результаті якір повертається назад і знову замикає верхній контакт з рухомим. Ця послідовність подій повторюється, і поперемінне замикання контактів формує «протифазні» напруги на первинній обмотці трансформатора.

Рис. 1.2. Вібраційний інвертор.

При відповідній конструкції ці вібратори можуть формувати у вторинній обмотці трансформатора напруга, що має симетричну прямокутну форму (меандр). Найчастіше Л – підвищувальний трансформатор, тому що кінцева мета цих джерел живлення – отримати напруга 200 В або близьке до нього з низьковольтного акумулятора автомобіля. Частота коливань становить від 50 до кількох сотень герц в Залежно від конкретного застосування та стану батареї. (Інвертори для автомобільних радіоприймачів зазвичай «гуділи» з частотою близько 120 Гц. Вібратор часто ущільнювався фетром або іншим звукопоглинальним матеріалом, щоб послабити видаваний ними шум.)

Включена у вторинну обмотку трансформатора 71 /? С-ланцюг, називається буферної (демпфирующей) ланцюгом. Правильний вибір R і С призводить до мінімального іскріння контактів і значно зменшує викиди в сформованому коливанні. Це зменшує «сміття» на виході джерела живлення. Проте на вході і на виході джерела живлення зазвичай необхідно включати додаткові радіочастотні фільтри у вигляді дроселів і блокувальних конденсаторів, щоб забезпечити досить чисту роботу радіоприймача. Номінальні значення для R

і С складають відповідно 1000 Ом і 0.01 мкФ. Той же ефект можна отримати при більш високій ємності конденсатора С і більш низькому опорі резистора R в первинній обмотці, за умови, що Т \ – Підвищує трансформатор. Конструкція трансформатора Т \ «стандартна» в тому сенсі, що виключає глибоке магнітне насичення. Іноді використовуються електростатичні екрани між первинною і вторинною обмотками. Крім того, досить хороші результати дає заземлення сердечника.

У джерелі живлення автомобільного радіоприймача використовувалися різні двухполуперіодні випрямлячі, хоча це не показано на рис. 1.2. Ці пристрої містили газорозрядні лампи з холодним катодом (Тиратрони), кенотрони, або селенові випрямлячі. Сучасний варіант такого джерела живлення використав би кремнієві діоди, включені, швидше за все, у вигляді мостової схеми. Такі схеми дійсно використовувалися недавно в електронних спалахах для фотографії. В таких спалахах застосовувалися також однополуперіодні випрямлячі та схеми множення напруги.

Синхронний Віброперетворювач. Конструкція вібратор трансформатор, показана на рис. 1.3, є перетворювачем постійної напруги в постійне, не потребують використання кенотронів, тиратронів або напівпровідникових діодів у випрямлячі. Це можливо тому, що випрямлення здійснюється за допомогою додаткових контактів, керованих синхронно з перериванням струму в первинній обмотці. Такий спосіб випрямлення мав незаперечні переваги до тих пір, поки не з’явилися недорогі германієві і кремнієві випрямні діоди. Введення додаткових контактів, крім переваг, властивих цьому методу, створює проблеми щодо надійності та тривалості життя вібратора. Якщо Ви все-таки вирішили використовувати вібратор, то, можливо, найбільш розумним буде підвищити надійність контактів первинної обмотки і використовувати більш простий инвертор (рис. 1.2) з кремнієвим двухполуперіодним випрямлячем.

Механічна система запалювання. Котушка запалювання з вібратором була добре відомі як частина системи запалювання автомобіля ФордТ. Крім того, така система використовувалася і в інших автомобілях старих моделей. Хоча можна припустити, що цей метод грубий і примітивний, проте слід звернути увагу на те, що одним із завдань сучасних напівпровідникових систем запалювання є підтримання їх надійності на рівні, властивому механічним системам запалювання. Причина цього полягає в тому, що система запалювання стикається із завданням, діаметрально протилежної задачі, постійно присутньої в сучасних інвертора; в той час як в інвертора ми намагаємося демпфувати або пригнічувати перехідні процеси, котушка механічної системи запалювання зроблена оптимальною з точки зору використання бистропротекающих коливань. На рис. 1.4 видно, що котушка запалювання мало чим відрізняється від вібраційного джерела живлення, описаного раніше, за винятком того, що вібратор приводиться в дію магнітним полем, створюваним самим осердям трансформатора. Таким же чином використовували потік розсіювання сердечника трансформатора деякі вібраційні джерела живлення.

Основна ідея механічної системи запалювання полягала в тому, щоб досягти дуже високої швидкості зміни струму в первинній обмотці. Відповідно до закону самоіндукції, розмикання контактів повинно викликати високе індуковане напруга (протівоедс), прикладена до первинної обмотці. Природа перешкоджає різкого припинення струму в індуктивності, що в підсумку призводить до іскріння між контактами, коли вони розмикаються. Але, якщо між контактами поміщений конденсатор (С на рис. 1.4), то напруга, що викликало електричну дугу, зменшується за рахунок поглинання енергії при заряді цього конденсатора. Відповідно повітря між контактами не іонізований, і струм первинний обмотки різко переривається. Отже, протівоедс, що розвивається на первинній обмотці, набагато вище напруги акумулятора. Напруга, що подається на свічку запалювання можна додатково підвищити, збільшуючи число витків вторинної обмотки.

Вібратор працює на звуковій частоті, але, на жаль, не створена конструкція підвищує трансформатора з розімкненим сердечником для формування коливання з частотою, рівною частоті переривання. Вірніше, високочастотні складові, що містяться в різко спадающем струмі, перешкоджають передачі більшої частини корисної енергії свічці запалювання. Ударне збудження паразитних індуктивності і ємності викликає затухаючі цуги радіочастотних коливань, які повторюються з частотою переривання вібруючого контакту. Аналогічним чином перехідні процеси і викиди супроводжують роботу сучасних напівпровідникових інверторів. Такі перехідні процеси, не пригнічені в достатній мірі, здатні порушити роботу інвертора, оскільки напівпровідникові прилади виходять з ладу при високих напругах і дуже швидких зміни струму. Крім того, вихід з ладу напівпровідникових приладів часто пов’язаний з високою швидкістю зміни напруги. Навіть якщо активні прилади не наражаються на небезпеку, або схема зроблена безпомилково, перехідні процеси все ж можуть викликати небажану перешкоду в чутливих схемах, таких як апаратура зв’язку.

Джерело: І.М.Готтліб Джерела живлення. Інвертори, конвертори, лінійні і імпульсні стабілізатори. Москва: Постмаркет, 2002. – 544 с.