kategória: Najlepšie články » Praktická elektronika
Počet zobrazení: 89707
Komentáre k článku: 3
Domáce napájacie zdroje
Pozri prvú časť článku tu: Napájacie zdroje pre elektronické zariadenia
Z hľadiska všetkého, čo bolo povedané vyššie, sa zdá byť najrozumnejší a najmenej nákladný výroba napájania transformátorov, Vhodný hotový transformátor na napájanie polovodičových štruktúr je možné zvoliť zo starých magnetofónov, trubicových televízorov, trojprogramových reproduktorov a ďalších zastaraných zariadení. Hotové sieťové transformátory sa predávajú na trhoch s rádiom a v internetových obchodoch. Vždy môžete nájsť tú správnu voľbu.
Externe je transformátor jadrom tvaru W, vyrobeným z plechov špeciálnej transformátorovej ocele. Na jadre je plastový alebo kartónový rám, na ktorom sú umiestnené vinutia. Dosky sú obvykle lakované tak, aby medzi nimi nebol elektrický kontakt. Týmto spôsobom bojujú proti vírivým prúdom alebo proti prúdu Foucault. Tieto prúdy iba zahrievajú jadro, je to iba strata.
Na rovnaké účely je transformačné železo vyrobené z veľkých kryštálov, ktoré sú tiež navzájom izolované oxidovými filmami. Na transformátorovom železe veľmi veľkých rozmerov sú tieto kryštály voľným okom viditeľné. Ak je takéto železo rezané strešnými nožnicami, rez sa podobá čepeľu na kovovú pílku, obsahuje malé strúčiky.
Transformátor v napájacom zdroji vykonáva dve funkcie naraz. Po prvé, ide o zníženie sieťového napätia na požadovanú úroveň. Po druhé, poskytuje galvanické oddelenie od siete: primárne a sekundárne vinutia nie sú navzájom spojené, elektrický odpor je ideálne nekonečný. Spojenie primárneho a sekundárneho vinutia sa uskutočňuje prostredníctvom striedavého magnetického poľa jadra vytvoreného primárnym vinutím.
Zjednodušená konštrukcia transformátora
Pri nákupe alebo samovinutí transformátora by ste sa mali riadiť nasledujúcimi parametrami, ktoré sú vyjadrené iba štyrmi vzorcami.
Prvým z nich môže byť zákon transformácie.
U1 / U2 = n1 / n2 (1),
Jednoduchý príklad. Pretože ide iba o sieťový transformátor, napätie na primárnom vinutí bude vždy 220 V. Predpokladajme, že primárne vinutie obsahuje 220 závitov a sekundárne 22 závitov. Jedná sa o pomerne veľký transformátor, takže má málo zákrut na jeden volt.
Ak sa na primárne vinutie privedie napätie 220 V, potom sekundárne vinutie vytvorí 22V, čo plne zodpovedá transformačnému koeficientu n1 / n2, ktorý je v našom príklade 10. Predpokladajme, že do sekundárneho vinutia je zahrnutá záťaž, ktorá spotrebuje presne 1A prúdu. Primárny prúd bude potom 0,1A, pretože prúdy sú v inverznom pomere.
Energia spotrebovaná vinutiami: pre sekundárne 22V * 1A = 22W a pre primárne 220V * 0,1A = 22W. Tento výpočet ukazuje, že výkon primárneho a sekundárneho vinutia je rovnaký. Ak existuje niekoľko sekundárnych vinutí, potom pri výpočte ich sily, mali by ste ju pridať, bude to sila primárneho vinutia.
Z toho istého vzorca vyplýva, že je veľmi jednoduché určiť počet otáčok na volt: stačí navinúť skúšobné vinutie, napríklad 10 otáčok, zmerať napätie na ňom, výsledok deliť 10. Počet otáčok na volt veľa pomôže, keď potrebujete navíjať vinutie. napätia. Malo by sa poznamenať, že vinutia sa musia navíjať s určitým odstupom, pričom sa musí brať do úvahy napätie na poklese na samotných vinutiach a na regulačných prvkoch stabilizátorov. Ak minimálne napätie vyžaduje 12 V, potom je možné vinutie dimenzovať na 17 ... 18 V. Rovnaké pravidlo by malo byť dodržané aj pri nákupe hotového transformátora.
Celkový výkon transformátora sa vypočíta ako súčet kapacít všetkých sekundárnych vinutí, ako je opísané vyššie. Na základe tohto výpočtu si môžete zvoliť vhodné jadro alebo skôr jeho oblasť. Vzorec pre výber základnej oblasti:.
Tu S je plocha jadra v centimetroch štvorcových a P je celkový výkon zaťaženia vo wattoch. Pre jadro tvaru W je oblasť prierezom stredovej tyče, na ktorej sú umiestnené vinutia, a pri priereze prstenca torus. Na základe vypočítanej plochy jadra si môžete vybrať vhodnú transformačnú žehličku.
Vypočítaná hodnota by sa mala zaokrúhliť na najbližšiu väčšiu štandardnú hodnotu. Všetky ostatné vypočítané hodnoty v procese výpočtu sa zaokrúhlia nahor. Ak je predpoklad, že výkon je 37,5 wattov, potom je zaokrúhlený na 40 wattov.
Po zistení oblasti jadra je možné vypočítať počet závitov v primárnom vinutí. Toto je tretí výpočtový vzorec.
Tu n1 je počet závitov primárneho vinutia, U1 - 220V - napätie primárneho vinutia, S je plocha jadra v centimetroch štvorcových. Osobitná pozornosť si zaslúži empirický koeficient 50, ktorý sa môže meniť v rámci určitých limitov.
Ak je potrebné, aby transformátor nevstúpil do saturácie, nevytvoril zbytočné elektromagnetické rušenie (zvlášť dôležité pre zvuk reprodukujúce zariadenia), tento koeficient sa môže zvýšiť na 60. V takom prípade sa zvýši počet závitov vo vinutiach, uľahčí sa prevádzkový režim transformátora, jadro už nebude schopné vstúpiť v saturácii. Hlavná vec je, že všetky vinutia zapadajú.
Po stanovení výkonu transformátora, vypočítaní závitov a prúdov vo vinutiach je čas určiť prierez drôtu vinutí. Predpokladá sa, že vinutia sú navinuté medeným drôtom. Tento výpočet pomôže splniť vzorec:
Tu, v mm, v danom poradí, priemer drôtu a prúd i-tého vinutia. Vypočítaný priemer drôtu by sa mal tiež zaokrúhliť na najbližšiu väčšiu štandardnú hodnotu.
To je vlastne celý zjednodušený výpočet sieťového transformátora, z praktických dôvodov dokonca dostatočný. Je však potrebné poznamenať, že tento výpočet je platný iba pre sieťové transformátory pracujúce na frekvencii 50 Hz. V prípade transformátorov vyrobených na feritových jadrách, ktoré pracujú pri vysokej frekvencii, sa výpočet vykonáva pomocou úplne odlišných vzorcov, s výnimkou snáď transformačného koeficientu podľa vzorca 1.
Keď je transformátor navrhnutý, navinutý alebo si práve kúpil správnu veľkosť, môžete začať vyrábať napájací zdroj, bez ktorého by žiadny obvod nemohol urobiť.
Nestabilizované zdroje napájania
Najjednoduchším obvodom sú nestabilizované zdroje energie. Používajú sa pomerne často v rôznych prevedeniach, čo zjednodušuje obvod bez ovplyvnenia jeho funkčnosti. Napríklad silný zosilňovače zvuku najčastejšie sú napájané z nestabilizovaného zdroja, pretože je takmer nemožné si všimnúť, že napájacie napätie sa zmenilo o 2 ... 3 volty. Nie je tiež rozdiel v tom, aké napätie bude relé pracovať: ak bude fungovať a v budúcnosti nebude horieť.
Nestabilizované napájacie zdroje sú jednoduché, obvod je znázornený na obrázku 1.
Na sekundárne vinutie transformátora je pripojený usmerňovací mostík s diódami. Aj keď existuje pomerne veľa usmerňovacích obvodov, najbežnejším je mostový obvod. Na výstupe mosta sa získa pulzujúce napätie so zdvojnásobenou frekvenciou siete, čo je typické pre všetky obvody usmerňovačov s polovičnými vlnami (obrázok 2, krivka 1).
Takéto zvlnené napätie samozrejme nie je vhodné na napájanie tranzistorových obvodov: predstavte si, ako bude zosilňovač s takýmto výkonom řev! Na vyhladenie zvlnenia na prijateľnú hodnotu sa na výstup z usmerňovača inštalujú filtre (obrázok 2, krivka 2).V najjednoduchšom prípade to môže byť vysokokapacitný elektrolytický kondenzátor, Vyššie uvedené je znázornené na obrázku 2.
Výpočet kapacity tohto kondenzátora je pomerne komplikovaný, preto je možné odporúčané hodnoty vyskúšať v praxi: pre každý prúd prúdu v záťaži je potrebná kapacita kondenzátora 1 000 ... 2000 μF. Nižšia hodnota kapacity je platná pre prípad, keď sa navrhuje použiť stabilizátor napätia po usmerňovacom mostíku.
Keď sa kapacita kondenzátora zvyšuje, zvlnenie (obrázok 2, krivka 2) sa zníži, ale nezmizne vôbec. Ak je zvlnenie neprijateľné, je potrebné do obvodu napájacieho zdroja zaviesť stabilizátory napätia.
Bipolárne napájanie
V prípade, že je potrebný zdroj na získanie bipolárneho napätia, obvod sa bude musieť mierne zmeniť. Mostík zostane rovnaký, ale sekundárne vinutie transformátora by malo mať stred. Kondenzátory vyhladzovania už budú dve, každá pre svoju vlastnú polaritu. Takáto schéma je znázornená na obr.
Spojenie sekundárnych vinutí musí byť v sérii - spoluhláska - začiatok vinutia III je spojený s koncom vinutia II. Bodky označujú spravidla začiatok vinutí. Ak je priemyselný transformátor a všetky výstupy očíslované, môžete dodržať toto pravidlo: všetky nepárne čísla terminálov sú začiatkom vinutia, v tomto poradí párnymi - koncami. To znamená, že pri sériovom pripojení je potrebné spojiť párny výstup jedného vinutia s nepárnym výstupom druhého. Prirodzene, v žiadnom prípade nemôžete skratovať nálezy jedného vinutia, napríklad 1 a 2.
Stabilizované napájacie zdroje
Stabilizátory napätia sú však často nevyhnutné. Najjednoduchšie je parametrický stabilizátorktorý obsahuje iba tri časti. Po Zenerovej dióde je nainštalovaný elektrolytický kondenzátor, ktorého účelom je vyhladiť zvyškové pulzy. Jeho obvod je znázornený na obrázku 4.
Vo všeobecnosti je tento kondenzátor nainštalovaný dokonca aj na výstupe integrované stabilizátory napätia typu LM78XX, Vyžaduje sa to aj podľa technických špecifikácií (údajový list) pre stabilizátory mikroobvodu.
Parametrický stabilizátor môže v záťaži poskytnúť až niekoľko miliampérov prúdu, v tomto prípade asi dvadsať. V obvodoch elektronických zariadení sa taký stabilizátor používa pomerne často. Stabilizačný koeficient (pomer zmeny vstupného napätia v %% k zmene výstupu, tiež v %%) takýchto stabilizátorov je spravidla najviac 2.
Ak sa parametrický stabilizátor doplní emitor sledovateľ, len s jedným tranzistorom, ako je znázornené na obrázku 5, sa schopnosti parametrického stabilizátora oveľa zvýšia. Stabilizačný koeficient týchto schém dosahuje hodnotu 70%.
Pri parametroch uvedených v diagrame a pri zaťažovacom prúde 1A bude na tranzistor rozptýlený dostatočný výkon. Tento výkon sa vypočíta takto: rozdiel napätia kolektor-emitor sa vynásobí záťažovým prúdom. V tomto prípade ide o prúd kolektora. (12V - 5V) * 1A = 7W. Pri takomto výkone bude musieť byť tranzistor umiestnený na chladič.
Výkon pridelený záťaži bude iba 5V * 1A = 5W. Čísla uvedené na obrázku 5 sú dosť dostatočné na uskutočnenie takéhoto výpočtu. Účinnosť zdroja energie s takým stabilizátorom so vstupným napätím 12 V je teda iba asi 40%. Ak ho chcete mierne zvýšiť, môžete znížiť vstupné napätie, ale nie menej ako 8 voltov, inak stabilizátor prestane fungovať.
Na zostavenie stabilizátora napätia so zápornou polaritou stačí v uvažovanom obvode nahradiť tranzistor n-p-n vodivosti vodivosťou p-n-p, zmeniť polaritu zenerovej diódy a vstupného napätia. Ale takéto obvody sa už stali anachronizmom, v súčasnosti sa nepoužívajú, boli nahradené integrovanými regulátormi napätia.
Zdalo sa, že stačilo dokončiť uvažovaný obvod v integrovanej verzii a všetko by bolo v poriadku. Vývojári však nezačali opakovať neúčinnú schému, jej účinnosť je príliš nízka a stabilizácia je nízka. Na zvýšenie stabilizačného koeficientu bola do moderných integrálnych stabilizátorov zavedená negatívna spätná väzba.
Takéto stabilizátory boli vyvinuté na univerzálnych operačných zosilňovačoch, zatiaľ čo návrhár obvodov a vývojár R. Widlar nenavrhovali integráciu tohto operačného zosilňovača do stabilizátora. Prvým stabilizátorom tohto druhu bol legendárny UA723, ktorý pri inštalácii vyžadoval určitý počet ďalších dielov.
Modernejšia verzia integrálnych stabilizátorov je Stabilizátory série LM78XX pre napätie s kladnou polaritou a LM79XX pre záporné. V tomto označení 78 je to vlastne názov stabilizátora mikroobvodu, písmená LM pred číslami sa môžu líšiť v závislosti od konkrétneho výrobcu. Namiesto písmen XX sa vkladajú čísla označujúce stabilizačné napätie vo voltoch: 05, 08, 12, 15 atď. Okrem stabilizácie napätia majú mikroobvody ochranu proti skratu v záťaži a tepelnú ochranu. To, čo je potrebné na vytvorenie jednoduchého a spoľahlivého laboratórneho zdroja energie.
Domáci elektronický priemysel vyrába takéto stabilizátory pod značkou KR142ENXX, Značky sú však vždy šifrované, takže stabilizačné napätie je možné určiť iba odkazom alebo si ho uložiť do školy ako básne v škole. Všetky tieto stabilizátory majú pevnú hodnotu výstupného napätia. Typická schéma zapojenia stabilizátorov série 78XX je znázornená na obrázku 6.
Môžu sa však použiť aj na vytváranie regulovaných zdrojov. Príkladom je schéma znázornená na obrázku 7.
Nevýhodou obvodu je, že regulácia sa nevykonáva od nuly, ale od 5 voltov, t. z mikroobvodov so stabilizáciou napätia. Nie je jasné, prečo sú stabilizačné vodiče číslované ako 17, 8, 2, hoci v skutočnosti sú iba tri!
A Obrázok 9 ukazuje, ako zostaviť nastaviteľný zdroj energie založený na pôvodnom buržoáznom LM317, ktorý sa dá použiť ako laboratórny.
Ak je potrebný bipolárny regulovaný zdroj, je najjednoduchšie zostaviť dva rovnaké stabilizátory do jedného krytu a napájať ich z rôznych vinutí transformátorov. Zároveň vydajte výstup každého stabilizátora na predný panel jednotky so samostatnými svorkami. Napätie bude možné jednoducho prepínať pomocou jumperov.
Boris Aladyshkin
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: