苹果(AppleⅡ)机电源是比较容易发生故障的部件。该机采用脉冲式电源,其特点是效率高、体积小、电路设计简洁。由于省去了工频(50Hz)变压器,它的重量减小很多,因此在微型计算机和显示终端中使用较广。苹果机电源向主电路板、键盘和扩展接口提供+5V和+12V四组输出电压,+12V和+5V的负载电流分别是4A和5A,-12V和-5V则为0.5A。

苹果机电源的电路原理图见图1,其框图见图2。220V交流电经整流后变成高压直流电,通过Q\(_{3}\)的高频振荡转变成高频脉冲,经高频变压器隔离降压再整流变成低压直流电输出,其中利用光电耦合器AR1形成反馈回路,对Q\(_{3}\)振荡强度进行控制达到稳压调节的目的。下面介绍图1的工作原理。

L\(_{1}\)是变压器TR0001的脉冲振荡主绕组,由整流桥输出的约300V直流电压,经由L1,加到大功率管Q\(_{3}\)的集电极上。Q3工作于脉冲振荡状态。当Q\(_{3}\)导通时,电流经L1给变压器TR0001赋能,当Q\(_{3}\)截止时,储藏在磁场中的能量在次级产生电压输出。从这个意义上讲,这也属于开关电源。Q3截止瞬间产生的反向高压由二极管CR\(_{3}\)和绕组L2吸收到地。Q\(_{3}\)的基极经过R11和CR\(_{6}\)接绕组L3形成正反馈而实现脉冲自激振荡。Q\(_{3}\)的偏置电压则经过L3由R\(_{13}\)两端的电压降供给,R13阻值一般较小。
接在Q\(_{3}\)基极的控制电路由CR7、Q\(_{1}\)、Q2、AR\(_{1}\)和Q4组成,其作用是稳定输出电压,它的控制作用原理如下:
+5V电源输出是主输出电路,其负载主要是数字集成电路,变动范围较大。假定+5V电压由于负载变化或其它原因而有所下降,就会通过R\(_{2}\)0引起Q4发射极电位下降。由于Q\(_{4}\)的基极电位在稳压二极管CR19等的作用下保持恒定值。所以Q4的集电极电流势必增加,这就导致接在Q\(_{4}\)集电极电路中的发光二极管(AR1的发送部分)的发光强度增加,经过光耦合后,使光电三极管(AR\(_{1}\)的接收部分)的光电流增加,再经过Q1和Q\(_{2}\)直流放大,使主振管Q3的基极电流上升,最后就会导致Q\(_{3}\)脉冲振荡导通期间的导通程度增加,从而使+5V电压回升,达到稳压的目的。其它三组输出负载变动较小,其稳压过程都是依靠+5V输出进行的。控制电路部分的电源由绕组14经CR\(_{9}\)和CR11整流提供。
在+12V输出电路中还接有简单的过压保护电路,是由可控硅Q\(_{5}\)、稳压二极管CR20、R\(_{27}\)和R21构成的。当+12V电压由于某种原因上升到危险值时,R\(_{21}\)两端压降上升会引起Q5导通。这时,+12V电压将被短路,主振电路将停振,停振后由于12V电压消失,Q\(_{5}\)恢复截止,主振电路重新起振,这样振与停振交替进行,电源就会发出滴答滴答的开关声。因此,一旦听到这种开关声,就可以判定是+12V电路中存在短路现象,或输出电压产生了超压故障。
苹果机电源虽然原理上比较简单,但在生产过程中线路中的元器件的型号和数值先后变化很大,据说正式图纸就有七八版之多。图1是取自1979年版的Apple Ⅱ Reference Manual。苹果机输往我国后,电源已由110V改为220V(图1仍然标110V)。市场上购买的“原装货”多数是在东南亚各国和香港等地加工改装的产品,几乎台台图物不符,这给维修带来较大困难。图3是一种几经修改设计的苹果机电源,它与图1不同之处是输入部分和主振部分有所改动。图3给出了高频变压器初级部分的主要电路,其次级部分与图1大致相同,故而略去。

图3的主要改动是增加了220V/110V变换电路,它由硅整流桥、C\(_{1}\)、C2和单刀开关K构成。当输入为220V时,开关K断开,整流以桥式全波方式进行,C\(_{1}\)和C2串联作为一个电容,实现电源源波。当输入为110V时,开关K闭合,硅整流桥中的二极管CR\(_{1}\)-1和CR1-2以及电容C\(_{1}\)和C2构成倍压整流方式。另外,主振管Q\(_{3}\)的偏置电路也改由R4接R\(_{2}\)与R3分压器,反馈电路由1\(_{3}\)、R8和C\(_{5}\)构成。但总的来说,其工作原理与图1相似。
苹果机电源的大功率管Q\(_{3}\)多使用2SC3153型塑封管或者BU208型金属封装管。2SC3153的主要参数是:Pcmax为100W,BVCEO为800V,Icmax为6A;BU208的上述指标则分别为80W、700V和5A。由于2SC3153一般不易购到,可用2SC1325(80W、600V、6A),2SC1358(50W、500V、4.5A)等塑封管代替,2SC3150(50W、800V、3A)的最大Ic偏小,代换效果较差。Q\(_{2}\)型号为2SC9015,可用国产3CG4或3CK9型管代替。Q1和Q\(_{4}\)型号为2SC9014,可用国产3DG或3DK型管代替,Q1选I\(_{CEO}\)较小的3DG6或3DK2即可, Q4选β为60至80的3DK4或3DK9均可。光电耦合器AR\(_{1}\)可以用太仓晶体管厂的3GDK63B直接代换,如用国产四端光电耦合器代换时,可以省去C8。
最后应当说明的是,纹波干扰大,负载瞬态响应差是苹果机电源的固有缺点,不是什么故障。如将苹果机用于工业控制,有程控直流放大的A/D转换接口等,就需要另配性能较好的电源稳压电路,而且机外电源还应该重复串接高性能的低通滤波器。低通滤波器可以自制,其关键是双线并绕和分段绕制。(许奇雄)