Namų laboratorijos maitinimo šaltiniai

Pirmą straipsnio dalį skaitykite čia: Maitinimo šaltiniai elektroniniams prietaisams

Kalbant apie viską, kas buvo pasakyta aukščiau, atrodo, kad protingiausia ir pigiausia transformatoriaus maitinimo šaltinio gamyba. Tinkamą gatavą transformatorių, skirtą maitinti puslaidininkių struktūras, galima pasirinkti iš senų magnetofonų, vamzdelių televizorių, trijų programų garsiakalbių ir kitos pasenusios įrangos. Paruošti tinklo transformatoriai parduodami radijo turguose ir internetinėse parduotuvėse. Jūs visada galite rasti tinkamą variantą.

Išoriškai transformatorius yra W formos šerdis, pagamintas iš specialaus transformatoriaus plieno lakštų. Ant šerdies yra plastikinis arba kartoninis rėmas, ant kurio yra apvijos. Plokštės paprastai yra lakuojamos taip, kad tarp jų nebūtų elektrinio kontakto. Tokiu būdu jie kovoja su sūkurinėmis arba Foucault srovėmis. Šios srovės tiesiog sušildo šerdį, tik praranda.

Tais pačiais tikslais transformatorinė geležis yra pagaminta iš didelių kristalų, kurie taip pat yra izoliuojami vienas nuo kito oksido plėvelėmis. Ant labai didelių dydžių transformatoriaus šie kristalai yra matomi plika akimi. Jei tokia geležis pjaustoma stogo žirklėmis, tada pjūvis primena metalo pjūklo peilį, jame yra mažų gvazdikėlių.

Maitinimo šaltinio transformatorius atlieka dvi funkcijas vienu metu. Pirma, tai yra tinklo įtampos sumažėjimas iki norimo lygio. Antra, tai užtikrina galvaninę izoliaciją nuo tinklo: pirminės ir antrinės apvijos nėra sujungtos viena su kita, elektrinė varža yra ideali. Pirminių ir antrinių apvijų sujungimas atliekamas per kintamą šerdies magnetinį lauką, kurį sukuria pirminė apvija.

Supaprastinta transformatoriaus konstrukcija

Pirkdami ar savarankiškai apvijdami transformatorių, turėtumėte vadovautis šiais parametrais, kurie išreiškiami tik keturiomis formulėmis.

Pirmasis iš jų gali būti vadinamas pertvarkos dėsniu.

U1 / U2 = n1 / n2 (1),

Paprastas pavyzdys. Kadangi tai tik tinklo transformatorius, pirminės apvijos įtampa visada bus 220 V. Tarkime, kad pirminėje apvijoje yra 220 posūkių, o antrinėje - 22 posūkiai. Tai gana didelis transformatorius, todėl jis turi keletą posūkių vienam voltui.

Jei pirminėje apvijoje taikoma 220 V įtampa, tada antrinė apvija pagamins 22 V, kuris visiškai atitinka transformacijos koeficientą n1 / n2, kuris mūsų pavyzdyje yra 10. Tarkime, kad į antrinę apviją įtraukiama apkrova, sunaudojanti tiksliai 1A srovės. Tada pirminė srovė bus 0,1A, nes srovės yra atvirkštinės.

Apvijų sunaudota galia: antriniam 22 V * 1A = 22 W, o pirminiam 220 V * 0,1 A = 22 W. Šis skaičiavimas rodo, kad pirminės ir antrinės apvijų galia yra lygi. Jei yra keletas antrinių apvijų, tada, apskaičiuodami jų galią, turėtumėte ją pridėti, tai bus pirminės apvijos galia.

Iš tos pačios formulės išplaukia, kad nustatyti apsisukimų vienam voltui skaičių yra labai paprasta: užtenka apvyti bandomąją apviją, pavyzdžiui, 10 posūkių, išmatuoti ant jos esančią įtampą, rezultatą padalyti iš 10. Posūkių skaičius vienam voltui labai padės, kai reikia apvijos apviją. įtampa. Reikėtų pažymėti, kad apvijos turi būti suvyniotos su tam tikra paklaida, atsižvelgiant į pačių apvijų ir stabilizatorių reguliavimo elementų "sumažėjusią" įtampą. Jei minimaliai įtampai reikia 12 V, tada apvija gali būti įvertinta 17 ... 18 V. Tos pačios taisyklės reikėtų laikytis perkant gatavą transformatorių.

Bendra transformatoriaus galia apskaičiuojama kaip visų antrinių apvijų galios suma, kaip aprašyta aukščiau. Remdamiesi šiuo skaičiavimu, galite pasirinkti tinkamą šerdį, tiksliau, jos plotą. Pagrindinio ploto pasirinkimo formulė:.

Čia S yra šerdies plotas kvadratiniais centimetrais, o P yra bendra apkrovos galia vatais. W formos šerdies plotas yra centrinio strypo, ant kurio yra apvijos, ir toroidinio skerspjūvio - toriaus, skerspjūvis. Remdamiesi apskaičiuotu šerdies plotu, galite pasirinkti tinkamą transformatoriaus lygintuvą.

Apskaičiuota vertė turėtų būti suapvalinta iki artimiausios didesnės standartinės vertės. Visos kitos apskaičiuotos vertės skaičiavimo procese taip pat suapvalinamos. Tarkime, galia yra 37,5 vatai, tada ji suapvalinama iki 40 vatų.

Sužinojus šerdies plotą, galima apskaičiuoti pirminės apvijos apsisukimų skaičių. Tai trečioji skaičiavimo formulė.

Čia n1 yra pirminės apvijos apsisukimų skaičius, U1 - 220 V - pirminės apvijos įtampa, S yra šerdies plotas kvadratiniais centimetrais. Ypatingą dėmesį reikia skirti empiriniam koeficientui 50, kuris gali skirtis tam tikrose ribose.

Jei reikalaujama, kad transformatorius neįsijungtų į sodrumą, nesukurtų nereikalingų elektromagnetinių trukdžių (ypač aktualūs garsą atkuriančiai įrangai), šis koeficientas gali būti padidintas iki 60. Tokiu atveju apvijų apsisukimų skaičius padidės, transformatoriaus darbo režimas bus palengvintas, šerdis nebegalės įeiti. soties. Svarbiausia, kad tinka visos apvijos.

Nustačius transformatoriaus galią, apskaičiuojami posūkiai ir srovės apvijose, laikas nustatyti apvijų laido skerspjūvį. Manoma, kad apvijos apvyniotos varine viela. Šis skaičiavimas padės įvykdyti formulę:

Čia atitinkamai di mm, Ii A, vielos skersmuo ir i-osios apvijos srovė. Apskaičiuotas vielos skersmuo taip pat turėtų būti suapvalintas iki artimiausios didesnės standartinės vertės.

Tai iš tikrųjų yra visas supaprastintas tinklo transformatoriaus skaičiavimas, praktiniais tikslais net labai pakankamas. Tačiau reikia pažymėti, kad šis skaičiavimas galioja tik tinklo transformatoriams, veikiantiems 50 Hz dažniu. Transformatoriams, pagamintiems ant ferito šerdžių ir veikiantiems aukštu dažniu, skaičiavimas atliekamas naudojant visiškai skirtingas formules, išskyrus galbūt transformacijos koeficientą pagal 1 formulę.

Po to, kai transformatorius suprojektuotas, suvytas ar tiesiog nusipirktas tinkamo dydžio, galite pradėti gaminti maitinimo šaltinį, be kurio negali išsiversti jokia grandinė.

Nestabilūs maitinimo šaltiniai

Paprasčiausia grandinė yra nestabilūs maitinimo šaltiniai. Jie gana dažnai naudojami įvairiuose dizainuose, o tai supaprastina grandinę nepaveikdami jo funkcionalumo. Pavyzdžiui, galingas garso stiprintuvai dažniausiai jie maitinami iš nestabilizuoto šaltinio, nes beveik neįmanoma ausimi pastebėti, kad maitinimo įtampa pasikeitė 2 ... 3 voltais. Taip pat nėra skirtumo, kokia įtampa veiks relė: jei tik ji veiktų, o ateityje neišdegs.

Nestabilizuoti maitinimo šaltiniai yra paprasti, grandinė parodyta 1 paveiksle.

Fig. 1. Nestabilizuoto energijos šaltinio schema

Prie transformatoriaus antrinės apvijos prijungtas lygintuvo tiltas su diodais. Nors yra daug lygintuvo grandinių, dažniausiai naudojama tilto grandinė. Tilto išvestyje gaunama pulsuojanti įtampa su dvigubu tinklo dažniu, būdinga visoms pusiau bangų lygintuvų grandinėms (2 paveikslas, 1 kreivė).

Natūralu, kad tokia virpėjimo įtampa netinka tranzistoriaus grandinėms maitinti: įsivaizduokite, kaip stiprintuvas suksis su tokia galia! Norint išlyginti virpėjimą iki priimtinos vertės, lygintuvo išėjime įmontuojami filtrai (2 pav., 2 kreivė).Paprasčiausiu atveju tai gali būti tiesiog didelės talpos elektrolitinis kondensatorius. Pirmiau paaiškinta 2 paveiksle.

Fig. 2.

Apskaičiuoti šio kondensatoriaus talpą yra gana sudėtinga, todėl galima rekomenduoti praktiškai patikrintas vertes: kiekvienai apkrovos srovės amperai reikalinga 1000 ... 2000 μF kondensatoriaus talpa. Žemesnė talpos vertė galioja tuo atveju, kai siūloma naudoti įtampos stabilizatorių po lygintuvo tiltelio.

Didėjant kondensatoriaus talpai, pulsacija (2 pav., 2 kreivė) sumažės, bet visai neišnyks. Jei pulsavimas yra nepriimtinas, būtina į maitinimo grandinę įvesti įtampos stabilizatorius.

Bipolinis maitinimas

Tuo atveju, kai šaltiniui reikia gauti bipolinę įtampą, grandinė turės būti šiek tiek pakeista. Tiltas liks tas pats, tačiau transformatoriaus antrinėje apvijoje turėtų būti vidurio taškas. Išlyginamieji kondensatoriai jau bus du, kiekvienas už savo poliškumą. Tokia schema parodyta 3 paveiksle.

Fig. 3.

Antrinės apvijos turi būti sujungtos nuosekliai - priebalsės - III apvijos pradžia yra sujungta su II apvijos pabaiga. Taškai paprastai nurodo apvijų pradžią. Jei pramoninis transformatorius ir visi išėjimai yra sunumeruoti, tuomet galite laikytis šios taisyklės: visi nelyginiai gnybtų skaičiai yra apvijų pradžia, atitinkamai, lyginiai - galai. Tai yra, naudojant nuoseklųjį ryšį, reikia sujungti lygią vienos apvijos išvestį su nelygine kitos išvestimi. Natūralu, kad jokiu būdu negalima trumpai sujungti vienos apvijos išvadų, pavyzdžiui, 1 ir 2.

Stabilizuoti maitinimo šaltiniai

Tačiau gana dažnai įtampos stabilizatoriai yra būtini. Paprasčiausias yra parametrinis stabilizatoriuskurį sudaro tik trys dalys. Po zenerio diodu yra sumontuotas elektrolitinis kondensatorius, kurio tikslas yra išlyginti likusius impulsus. Jo grandinė parodyta 4 paveiksle.

Fig. 4. Parametrinė stabilizatoriaus grandinė

Apskritai, šis kondensatorius montuojamas net prie išėjimo integruoti įtampos stabilizatoriai, tipo LM78XX. To reikalauja net ir mikro grandinių stabilizatorių techninės specifikacijos (duomenų lapas).

Parametrinis stabilizatorius gali suteikti iki kelių miliamprų srovės apkrovoje, šiuo atveju apie dvidešimt. Elektroninių prietaisų schemose toks stabilizatorius naudojamas gana dažnai. Tokių stabilizatorių stabilizacijos koeficientas (įvesties įtampos pokyčio%% ir išėjimo pokyčio santykis%%) paprastai yra ne didesnis kaip 2.

Jei papildomas parametrinis stabilizatorius emiterio pasekėjas, turint tik vieną tranzistorių, kaip parodyta 5 paveiksle, parametrinio stabilizatoriaus galimybės taps daug didesnės. Tokių schemų stabilizacijos koeficientas siekia 70.

Fig. 5.

Taikant diagramoje nurodytus parametrus ir apkrovos srovę 1A, tranzistoriui bus sunaikinta pakankamai galios. Tokia galia apskaičiuojama taip: kolektoriaus-emiterio įtampos skirtumas padauginamas iš apkrovos srovės. Šiuo atveju tai yra kolektoriaus srovė. (12–5 V) * 1A = 7 W. Esant tokiai galiai, tranzistorius turės būti dedamas ant radiatoriaus.

Kroviniui suteikta galia bus tik 5V * 1A = 5W. Skaičiai, parodyti 5 paveiksle, yra gana pakankami tokiam skaičiavimui. Taigi energijos šaltinio, turinčio tokį stabilizatorių, kurio įėjimo įtampa yra 12 V, efektyvumas yra tik apie 40%. Norėdami šiek tiek padidinti, galite sumažinti įėjimo įtampą, bet ne mažiau kaip 8 voltus, kitaip stabilizatorius nustos veikti.

Norint surinkti neigiamo poliškumo įtampos reguliatorių nagrinėjamoje grandinėje, pakanka pakeisti n-p-n laidumo tranzistorių p-n-p laidumu, pakeisti Zenerio diodo poliškumą ir įvesties įtampą. Bet tokios grandinės jau tapo anachronizmu, šiuo metu nenaudojamos, jas pakeitė integruoti įtampos reguliatoriai.

Atrodė, kad užtenka baigti nagrinėjamą grandinę integruotoje versijoje ir viskas bus tvarkoje. Bet kūrėjai nepradėjo kartoti neveiksmingos schemos, jos efektyvumas yra per mažas, o stabilizacija menka. Norint padidinti stabilizacijos koeficientą, į modernius integruotus stabilizatorius buvo įvestas neigiamas grįžtamasis ryšys.

Tokie stabilizatoriai buvo sukurti ant bendrosios paskirties optinių stiprintuvų, o grandinės dizaineris ir plėtotojas R. Widlaras nepasiūlė šio optinio stiprintuvo integruoti į stabilizatorių. Pirmasis tokio tipo stabilizatorius buvo legendinis UA723, kuriam montuojant reikėjo tam tikro skaičiaus papildomų dalių.

Yra modernesnė integruotų stabilizatorių versija LM78XX serijos stabilizatoriai, skirti teigiamo poliškumo įtampai, o LM79XX - neigiami. Šiame žymėjime 78 iš tikrųjų tai yra mikroschemos - stabilizatoriaus pavadinimas, raidės LM priešais skaičius gali skirtis, atsižvelgiant į konkretų gamintoją. Vietoj XX raidžių įterpiami skaičiai, nurodantys stabilizacijos įtampą voltais: 05, 08, 12, 15 ir kt. Be įtampos stabilizavimo, mikro grandinės turi apsaugą nuo trumpojo jungimo apkrovoje ir šiluminę apsaugą. Tiesiog tai, ko reikia norint sukurti paprastą ir patikimą laboratorijos maitinimo šaltinį.

Vietinė elektronikos pramonė gamina tokius stabilizatorius prekės ženklu KR142ENXX. Bet žymėjimai visada yra šifruojami, todėl stabilizacijos įtampą galima nustatyti tik remiantis nuoroda arba įsimenant kaip eilėraščius mokykloje. Visi šie stabilizatoriai turi fiksuotą išėjimo įtampos vertę. Tipiška 78XX serijos stabilizatorių jungimo schema parodyta 6 paveiksle.

Fig. 6. Tipiški 78XX serijos stabilizatoriai

Tačiau jie taip pat gali būti naudojami kuriant reguliuojamus šaltinius. Pavyzdys yra schema, parodyta 7 paveiksle.

Fig. 7. Reguliuojamos namų laboratorijos maitinimo schema

Grandinės trūkumu galima laikyti tai, kad reguliavimas atliekamas ne nuo nulio, o nuo 5 voltų, t. nuo įtampos stabilizavimo mikro grandinės. Neaišku, kodėl stabilizatoriaus laidai yra sunumeruoti kaip 17, 8, 2, kai iš tikrųjų jų yra tik trys!

Fig. 8.

Ir 9 paveiksle parodyta, kaip surinkti reguliuojamą maitinimo šaltinį pagal originalų buržuazinį LM317, kuris gali būti naudojamas kaip laboratorinis.

Fig. 9. LM317 lusto maitinimo grandinė

Jei reikalingas bipolinis reguliuojamas šaltinis, lengviausia surinkti du identiškus stabilizatorius viename korpuse, tiekiant juos iš skirtingų transformatorių apvijų. Tuo pačiu metu išveskite kiekvieno stabilizatoriaus išvestį į priekinį įrenginio skydelį su atskirais gnybtais. Įtampa bus galima perjungti tiesiog naudojant vielinius trumpiklius.

Borisas Aladyshkinas

Comments

[#1 Vartotojas]

... apvyniokite bandomąją apviją, pavyzdžiui, 10 apsisukimų, išmatuokite jos įtampą, padalinkite rezultatą iš 10
------
Priešingai

[#2 Patyręs]

Apvijų sunaudota galia: antriniam 22 V * 1A = 22 W, o pirminiam 220 V * 0,1 A = 22 W. Toks skaičiavimas rodo, kad pirminės ir antrinės apvijų galios yra lygios - ar tai paprastai parašyta kam? 220 V * 0,1 A = 2,2 W (kad negaliu prilygti pirminės ir antrinės apvijų galiai). Posūkių skaičius vienam voltui yra apibrėžiamas taip: mes imamės 1000 apsisukimų ant pirminės apvijos ir padalijame iš 220 V, gauname 4,5 posūkio už 1 voltą. Jei mums reikia gauti 12 V kintamąją įtampą transformatoriaus išvestyje, mes padauginame 4,5 iš 12 ir gauname 55 posūkius antrinėje.

[#3 Vladimiras]

Patyręs, atrodo, visai nesi patyręs. Turite problemų su matematika, 220 * 0,1 = 22W
Taip pat yra problemų su žiniomis, antrinių apvijų galios suma lygi pirminės apvijos galiai. Briedis, trumpai tariant.