kategorier: Utvalgte artikler » Praktisk elektronikk
Antall visninger: 89707
Kommentarer til artikkelen: 3
Hjemme-lab strømforsyninger
Se den første delen av artikkelen her: Strømforsyninger for elektroniske enheter
Når det gjelder alt som ble sagt over, ser det mest rimelige og rimeligste ut til å være produksjon av transformator strømforsyning. En passende ferdig transformator for å drive halvlederkonstruksjoner kan velges fra gamle båndopptakere, rør-TV-apparater, tre-programhøyttalere og annet foreldet utstyr. Ferdige nettverkstransformatorer selges i radiomarkeder og i nettbutikker. Du kan alltid finne riktig alternativ.
Eksternt er transformatoren en W-formet kjerne laget av plater av spesielt transformatorstål. På kjernen er en plast- eller pappramme som viklingene er plassert på. Platene er vanligvis lakkert slik at det ikke er noen elektrisk kontakt mellom dem. På den måten kjemper de mot virvelstrømmer eller Foucault-strømmer. Disse strømningene bare varmer kjernen, det er bare et tap.
For de samme formål er transformatorjern laget av store krystaller, som også er isolert fra hverandre av oksidfilmer. På transformatorjern i veldig store størrelser er disse krystallene synlige for det blotte øye. Hvis slikt jern er kuttet med taksaks, så ligner snittet et båndsagblad for metall, og inneholder små fedd.
Transformatoren i strømforsyningen utfører to funksjoner samtidig. For det første er dette en reduksjon i nettspenningen til ønsket nivå. For det andre gir det galvanisk isolasjon fra strømnettet: primær- og sekundærviklingene er ikke koblet til hverandre, den elektriske motstanden er ideelt uendelig. Tilkoblingen av primær- og sekundærviklingene utføres gjennom et vekslende magnetfelt i kjernen som er opprettet av primærviklingen.
Forenklet transformatordesign
Når du kjøper eller selver en transformator, bør du bli guidet av følgende parametere, som bare er uttrykt av fire formler.
Den første av dem kan kalles transformasjonsloven.
U1 / U2 = n1 / n2 (1),
Et enkelt eksempel. Siden dette bare er en nettverkstransformator, vil spenningen på primærviklingen alltid være 220V. Anta at den primære viklingen inneholder 220 omdreininger, og de sekundære 22 svingene. Dette er en ganske stor transformator, så den har få svinger per volt.
Hvis en spenning på 220V tilføres primærviklingen, vil den sekundære viklingen produsere 22V, som helt tilsvarer transformasjonskoeffisienten n1 / n2, som i vårt eksempel er 10. Anta at en belastning som bruker nøyaktig 1A strøm, er inkludert i sekundærviklingen. Da vil primærstrømmen være 0,1 A, siden strømningene er i det inverse forholdet.
Kraften som forbrukes av viklingene: for sekundær 22V * 1A = 22W, og for primær 220V * 0.1A = 22W. Denne beregningen viser at kraften til primær- og sekundærviklingene er lik. Hvis det er flere sekundære viklinger, bør du legge til den når du beregner kraften, dette vil være kraften til den primære viklingen.
Det følger av samme formel at det er veldig enkelt å bestemme antall svinger per volt: det er nok å vikle en testvikling, for eksempel 10 omdreininger, måle spenningen på den, dele resultatet med 10. Antall svinger per volt vil hjelpe mye når du trenger å vikle viklingen spenning. Det skal bemerkes at viklingene må vikles med en viss margin, under hensyntagen til "sagging" -spenningen på selve viklingene og på reguleringselementene til stabilisatorene. Hvis minstespenningen krever 12V, kan viklingen bli vurdert til 17 ... 18V. Den samme regelen bør overholdes når du kjøper en ferdig transformator.
Transformatorens totale effekt beregnes som summen av kapasitetene til alle sekundære viklinger, som beskrevet ovenfor. Basert på denne beregningen kan du velge en passende kjerne, eller rettere sagt dens område. Formelen for valg av kjerneområdet:.
Her er S kjerneområdet i kvadratcentimeter, og P er den totale lastekraften i watt. For en W-formet kjerne er området tverrsnittet av den sentrale stangen som viklingene ligger på, og for et toroidalt tverrsnitt, torusen. Basert på det kalkulerte kjerneområdet, kan du velge riktig transformatorjern.
Den beregnede verdien skal avrundes til nærmeste større standardverdi. Alle andre beregnede verdier i beregningsprosessen blir også avrundet. Hvis, antar at effekten er 37,5 watt, blir den avrundet til 40 watt.
Etter at kjerneområdet er blitt kjent, kan antall svinger i primærviklingen beregnes. Dette er den tredje beregningsformelen.
Her er n1 antall svinger for primærviklingen, U1 - 220V - spenning til primærviklingen, S er kjerneområdet i kvadratcentimeter. En empirisk koeffisient på 50, som kan variere innenfor visse grenser, fortjener spesiell oppmerksomhet.
Hvis det kreves at transformatoren ikke går inn i metning, ikke skaper unødvendig elektromagnetisk forstyrrelse (spesielt relevant for lydgjengivelsesutstyr), kan denne koeffisienten økes til 60. I dette tilfellet vil antall svinger i viklingene øke, driftsmodusen til transformatoren vil bli lettere, kjernen vil ikke lenger kunne komme inn i metning. Det viktigste er at alle viklinger passer.
Etter at strømmen til transformatoren er bestemt, blir svingene og strømningene i viklingene beregnet, er det på tide å bestemme tverrsnittet av ledningen til viklingen. Det antas at viklingene er viklet med en kobbertråd. Denne beregningen vil bidra til å oppfylle formelen:
Her, henholdsvis di mm, Ii A, ledningens diameter og strømmen til den i-e viklingen. Den beregnede ledningsdiameteren skal også avrundes til nærmeste større standardverdi.
Det er faktisk hele den forenklede beregningen av en nettverkstransformator, for praktiske formål til og med veldig tilstrekkelig. Det skal imidlertid bemerkes at denne beregningen bare er gyldig for nettverkstransformatorer som opererer med en frekvens på 50 Hz. For transformatorer laget på ferrittkjerner og som opererer med høy frekvens, blir beregningen utført ved å bruke helt andre formler, bortsett fra kanskje transformasjonskoeffisienten i henhold til formel 1.
Etter at transformatoren er designet, viklet eller nettopp kjøpt riktig størrelse, kan du begynne å produsere en strømforsyning, uten hvilken ingen krets kan gjøre.
Ustabiliserte strømforsyninger
Det enkleste kretsløpet er ustabiliserte strømforsyninger. De brukes ganske ofte i forskjellige utførelser, noe som forenkler kretsløpet uten å påvirke funksjonaliteten. For eksempel kraftig lydforsterkere oftest blir de matet fra en ustabilisert kilde, siden det nesten ikke er mulig å legge merke til at forsyningsspenningen har endret seg med 2 ... 3 volt. Det er heller ingen forskjell på hvilken spenning reléet vil fungere: hvis bare det ville fungert, og i fremtiden vil det ikke brenne ut.
Ustabiliserte strømforsyninger er enkle, kretsen er vist i figur 1.
En likeretterbro med dioder er koblet til sekundærviklingen av transformatoren. Selv om det er ganske mange likeretterkretser, er en brokrets den vanligste. Ved broutgangen oppnås en pulserende spenning med en fordoblet frekvens av nettverket, som er typisk for alle kretsløp for halvbølgerlikrettere (figur 2, kurve 1).
Naturligvis er en slik krusningsspenning ikke egnet til å drive transistorkretser: forestill deg hvordan forsterkeren vil brøle med slik kraft! For å jevne krusningen til en akseptabel verdi, blir filtre installert ved utgangen til likeretteren (figur 2, kurve 2).I enkleste tilfelle kan det bare være elektrolytisk kondensator med høy kapasitet. Det foregående er illustrert i figur 2.
Beregning av kapasitansen til denne kondensatoren er ganske komplisert, derfor er det mulig å anbefale verdiene som er testet i praksis: for hver strøm av strøm i lasten kreves en kondensatorkapasitet på 1000 ... 2000 μF. En lavere kapasitansverdi er gyldig for saken når det foreslås å bruke en spenningsstabilisator etter likeretterbroen.
Når kondensatoren øker, vil ringvirkningen (figur 2, kurve 2) avta, men forsvinner ikke i det hele tatt. Hvis krusningen er uakseptabel, er det nødvendig å innføre spenningsstabilisatorer i strømforsyningskretsen.
Bipolar strømforsyning
I tilfelle når kilden er nødvendig for å oppnå bipolar spenning, må kretsen endres litt. Broen vil forbli den samme, men den sekundære viklingen av transformatoren skal ha et midtpunkt. Utjevning av kondensatorer det vil allerede være to, hver for sin egen polaritet. Et slikt skjema er vist i figur 3.
Tilkoblingen av sekundærviklingene må være i serie - konsonant - begynnelsen av viklingen III er koblet til slutten av viklingen II. Prikker markerer som regel begynnelsen på viklingene. Hvis den industrielle transformatoren og alle utgangene er nummerert, kan du følge denne regelen: alle de ujevnte tallene på terminalene er begynnelsen på henholdsvis viklingene, jevn - endene. Det vil si at med en seriell tilkobling er det nødvendig å koble den jevne utgangen fra en vikling med den merkelige utgangen til en annen. Naturligvis kan du i ingen tilfeller kortslutte funnene til en svingete, for eksempel 1 og 2.
Stabiliserte strømforsyninger
Men ganske ofte er spenningsstabilisatorer uunnværlige. Det enkleste er det parametrisk stabilisatorsom bare inneholder tre deler. Etter zenerdioden installeres en elektrolytisk kondensator, hvis formål er å jevne ut restpulsasjoner. Kretsen er vist på figur 4.
Generelt sett er denne kondensatoren installert selv ved utgangen integrerte spenningsstabilisatorer type LM78XX. Dette kreves også av de tekniske spesifikasjonene (datablad) for mikrokretsstabilisatorer.
En parametrisk stabilisator kan gi opptil flere milliarder strøm i belastningen, i dette tilfellet omtrent tjue. I kretser for elektroniske enheter brukes en slik stabilisator ganske ofte. Stabiliseringskoeffisient (forholdet mellom inngangsspenningsendring i%% til utgangsendring, også i%%) av slike stabilisatorer, som regel ikke mer enn 2.
Hvis den parametriske stabilisatoren er supplert emitter følger, med bare en transistor, som vist i figur 5, vil funksjonene til den parametriske stabilisatoren bli mye høyere. Stabiliseringskoeffisienten for slike ordninger når en verdi på 70.
Med parametrene angitt i diagrammet og laststrømmen 1A, vil tilstrekkelig kraft bli spredt på transistoren. Slik effekt beregnes som følger: spenningsforskjellen på kollektor-emitteren multipliseres med laststrømmen. I dette tilfellet er dette samlestrømmen. (12V - 5V) * 1A = 7W. Med slik kraft vil transistoren måtte plasseres på radiatoren.
Effekten som gis til lasten vil bare være 5V * 1A = 5W. Tallene vist i figur 5 er ganske tilstrekkelige til å gjøre en slik beregning. Dermed er effektiviteten til en kraftkilde med en slik stabilisator med en inngangsspenning på 12V bare rundt 40%. For å øke den litt, kan du redusere inngangsspenningen, men ikke mindre enn 8 volt, ellers vil stabilisatoren slutte å fungere.
For å sette sammen en spenningsstabilisator med negativ polaritet er det nok i den vurderte kretsen å erstatte n-p-n konduktivitetstransistoren med p-n-p konduktivitet, endre polariteten til zenerdioden og inngangsspenningen. Men slike ordninger har allerede blitt en anakronisme, brukes ikke for tiden, de ble erstattet av integrerte spenningsregulatorer.
Det så ut til at det var nok til å fullføre den vurderte kretsen i den integrerte versjonen, og alt ville være i orden. Men utviklerne begynte ikke å gjenta det ineffektive opplegget, effektiviteten er for liten, og stabiliseringen er lav. For å øke stabiliseringskoeffisienten har negative tilbakemeldinger blitt introdusert i moderne integrerte stabilisatorer.
Slike stabilisatorer ble utviklet på alminnelige OP-forsterkere, mens kretsdesigner og utvikler R. Widlar ikke foreslo å integrere denne op-forsterkeren i stabilisatoren. Den første stabilisatoren av denne typen var den legendariske UA723, som krevde et visst antall tilleggsdeler når du installerte.
En mer moderne versjon av integrerte stabilisatorer er LM78XX-seriestabilisatorer for spenning med positiv polaritet og LM79XX for negativ. I denne merkingen 78 er dette faktisk navnet på mikrokretsstabilisatoren, bokstavene LM foran tallene kan være forskjellige, avhengig av hvilken produsent som er. I stedet for bokstavene XX, settes tall inn som indikerer stabiliseringsspenningen i volt: 05, 08, 12, 15, etc. I tillegg til spenningsstabilisering har mikrokretser beskyttelse mot kortslutning i belastningen og termisk beskyttelse. Akkurat det som kreves for å lage en enkel og pålitelig laboratoriekraftforsyning.
Den innenlandske elektroniske industrien produserer slike stabilisatorer under merkenavnet KR142ENXX. Men markeringene er alltid kryptert hos oss, så stabiliseringsspenningen kan bare bestemmes ved referanse eller lagres som dikt på skolen. Alle disse stabilisatorene har en fast utgangsspenningsverdi. Et typisk koblingsskjema for stabilisatorer i serien 78XX er vist i figur 6.
De kan imidlertid også brukes til å lage regulerte kilder. Et eksempel er diagrammet vist på figur 7.
Ulempen med kretsen kan vurderes at reguleringen utføres ikke fra null, men fra 5 volt, d.v.s. fra spenningsstabiliseringsmikrokrets. Det er ikke klart hvorfor stabilisatorledningene er nummerert som 17, 8, 2, når det faktisk bare er tre av dem!
Og figur 9 viser hvordan du monterer en justerbar strømforsyning basert på den opprinnelige borgerlige LM317, som kan brukes som laboratorie.
Hvis det kreves en bipolar regulert kilde, er det enklest å sette sammen to identiske stabilisatorer i ett hus, og mate dem fra forskjellige transformatorviklinger. Send samtidig utgangen fra hver stabilisator til enhetens frontpanel med separate terminaler. Det vil være mulig å bytte spenning bare med trådhoppere.
Boris Aladyshkin
Se også på elektrohomepro.com
: