kategorier: Udvalgte artikler » Praktisk elektronik
Antal visninger: 89707
Kommentarer til artiklen: 3
Hjemme-lab strømforsyninger
Se den første del af artiklen her: Strømforsyning til elektroniske enheder
Med hensyn til alt, hvad der blev sagt ovenfor, ser det mest rimelige og billigste ud til at være fremstilling af transformator strømforsyning. En egnet færdiglavet transformer til drift af halvlederstrukturer kan vælges blandt gamle båndoptagere, rør-tv, tre-programmer højttalere og andet forældet udstyr. Færdige netværkstransformere sælges på radiomarkeder og i online butikker. Du kan altid finde den rigtige mulighed.
Eksternt er transformeren en W-formet kerne lavet af plader af specielt transformerstål. På kernen er en plast- eller papramme, hvorpå viklingerne er placeret. Pladerne er normalt lakerede, så der ikke er nogen elektrisk kontakt mellem dem. På denne måde bekæmper de virvelige strømme eller Foucault strømme. Disse strømme opvarmer bare kernen, det er bare et tab.
Til samme formål er transformerjern lavet af store krystaller, som også er isoleret fra hinanden af oxidfilm. På transformerjern i meget store størrelser er disse krystaller synlige for det blotte øje. Hvis sådant jern skæres med tagssaks, ligner udskæringen et båndsavblad til metal, der indeholder små nelliker.
Transformatoren i strømforsyningen udfører to funktioner på én gang. For det første er dette et fald i netspændingen til det ønskede niveau. For det andet giver det galvanisk isolering fra lysnettet: de primære og sekundære viklinger er ikke forbundet med hinanden, den elektriske modstand er ideelt uendelig. Forbindelsen af de primære og sekundære viklinger udføres gennem et vekslende magnetfelt i kernen, der er skabt af den primære vikling.
Forenklet transformer design
Når du køber eller selvvikler en transformer, skal du ledes af følgende parametre, der kun udtrykkes med fire formler.
Den første af dem kan kaldes transformationsloven.
U1 / U2 = n1 / n2 (1),
Et simpelt eksempel. Da dette kun er en netværkstransformator, vil spændingen på den primære vikling altid være 220V. Antag, at den primære vikling indeholder 220 omdrejninger og de sekundære 22 omdrejninger. Dette er en forholdsvis stor transformer, så den har få omdrejninger pr. Volt.
Hvis der tilføres en spænding på 220V til den primære vikling, producerer den sekundære vikling 22V, som fuldt ud svarer til transformationskoefficienten n1 / n2, som i vores eksempel er 10. Antag, at en belastning, der forbruger nøjagtigt 1A strøm, er inkluderet i den sekundære vikling. Derefter vil den primære strøm være 0,1 A, da strømme er i det inverse forhold.
Strømforbruget ved viklingerne: for den sekundære 22V * 1A = 22W og for den primære 220V * 0,1A = 22W. Denne beregning viser, at effekten af de primære og sekundære viklinger er ens. Hvis der er flere sekundære viklinger, skal du tilføje den, når du beregner deres effekt, dette er kraften i den primære vikling.
Det følger af den samme formel, at det er meget simpelt at bestemme antallet af omdrejninger pr. Volt: det er tilstrækkeligt at vinde en testvikling, for eksempel 10 omdrejninger, måle spændingen på den, dele resultatet med 10. Antallet af omdrejninger pr. Volt hjælper meget, når du har brug for at vinde viklingen spænding. Det skal bemærkes, at viklingerne skal vikles med en vis margen under hensyntagen til den "hængende" spænding på selve viklingerne og på reguleringselementerne for stabilisatorerne. Hvis minimumspændingen kræver 12V, kan viklingen klassificeres til 17 ... 18V. Den samme regel skal overholdes, når du køber en færdig transformer.
Transformatorens samlede effekt beregnes som summen af effekten af alle sekundære viklinger som beskrevet ovenfor. Baseret på denne beregning kan du vælge en passende kerne eller rettere dets område. Formlen til valg af kerneområdet:.
Her er S kerneområdet i kvadratcentimeter, og P er den samlede belastning i watt. For en W-formet kerne er området tværsnittet af den centrale stang, som viklingerne er placeret på, og for et toroidalt tværsnit, torusen. Baseret på det beregnede kerneområde kan du vælge det passende transformerjern.
Den beregnede værdi skal afrundes til den nærmeste større standardværdi. Alle andre beregnede værdier i beregningsprocessen afrundes også. Hvis antagelsen, at effekten er 37,5 watt, afrundes den op til 40 watt.
Efter at kerneområdet er blevet kendt, kan antallet af sving i den primære vikling beregnes. Dette er den tredje beregningsformel.
Her er n1 antallet af omdrejninger af den primære vikling, U1 - 220V - spænding af den primære vikling, S er kerneområdet i kvadratcentimeter. En empirisk koefficient på 50, der kan variere inden for visse grænser, fortjener særlig opmærksomhed.
Hvis det kræves, at transformatoren ikke går i mætning, ikke skaber unødvendig elektromagnetisk interferens (især relevant for lydgengivelsesudstyr), kan denne koefficient øges til 60. I dette tilfælde vil antallet af drejninger i viklingerne stige, operationens tilstand for transformeren letter, kernen vil ikke længere være i stand til at komme ind i mætning. Det vigtigste er, at alle viklinger passer.
Når transformerens effekt er bestemt, beregnes drejningerne og strømningerne i viklingerne, er det tid til at bestemme tværsnittet af viklingens ledning. Det antages, at viklingerne er viklet med en kobbertråd. Denne beregning hjælper med at opfylde formlen:
Her er henholdsvis di mm, Ii A, trådens diameter og strømmen for den i-th vikling. Den beregnede tråddiameter bør også afrundes til den nærmeste større standardværdi.
Det er faktisk hele den forenklede beregning af en netværkstransformator til praktiske formål endda meget tilstrækkelig. Det skal dog bemærkes, at denne beregning kun er gyldig for netværkstransformatorer, der opererer med en frekvens på 50 Hz. For transformere, der er lavet på ferritkerner og fungerer med en høj frekvens, udføres beregningen ved hjælp af helt forskellige formler, bortset fra måske transformationskoefficienten i henhold til formel 1.
Efter at transformeren er designet, viklet eller lige købt den rigtige størrelse, kan du begynde at fremstille en strømforsyning, uden hvilken intet kredsløb kan gøre.
Ustabiliserede strømforsyninger
Det enkleste kredsløb er ustabiliserede strømforsyninger. De bruges ganske ofte i forskellige designs, hvilket forenkler kredsløbet uden at påvirke dets funktionalitet. For eksempel kraftfuld lydforstærkere oftest fødes de fra en ustabiliseret kilde, da det næsten umuligt kan bemærkes, at forsyningsspændingen er ændret med 2 ... 3 volt. Der er heller ingen forskel ved, hvilken spænding relæet fungerer: hvis det bare fungerer, og i fremtiden vil det ikke brænde ud.
Ustabiliserede strømforsyninger er enkle, kredsløbet er vist i figur 1.
En ensretterbro med dioder er forbundet til den sekundære vikling af transformeren. Selvom der er mange ensretterkredsløb, er et brokredsløb det mest almindelige. Ved broens udgang opnås en pulserende spænding med en fordoblet frekvens af netværket, som er typisk for alle kredsløb af halvbølgelrigretter (figur 2, kurve 1).
En sådan rippelspænding er naturligvis ikke egnet til at drive transistorkredsløb: forestil dig, hvordan forstærkeren brøl med sådan en magt! For at udjævne krusningen til en acceptabel værdi installeres filtre ved udgangen fra ensretteren (figur 2, kurve 2).I det enkleste tilfælde er det måske bare elektrolytisk kondensator med høj kapacitet. Det foregående er illustreret i figur 2.
Beregning af kapacitansen for denne kondensator er ganske kompliceret, derfor er det muligt at anbefale de testede værdier i praksis: for hver strøm af strøm i belastningen kræves en kondensatorskapacitet på 1000 ... 2000 μF. En lavere kapacitansværdi er gyldig for tilfældet, når det foreslås at bruge en spændingsstabilisator efter ensretterbroen.
Efterhånden som kondensatorens kapacitet øges, falder ripplen (figur 2, kurve 2), men forsvinder slet ikke. Hvis rippel er uacceptabel, er det nødvendigt at indføre spændingsstabilisatorer i strømforsyningskredsløbet.
Bipolær strømforsyning
I det tilfælde, hvor kilden er påkrævet for at opnå en bipolær spænding, skal kredsløbet ændres lidt. Broen forbliver den samme, men transformerens sekundære vikling skal have et midtpunkt. Udjævning af kondensatorer der vil allerede være to, hver for sin egen polaritet. Et sådant skema er vist i figur 3.
Forbindelsen af de sekundære viklinger skal være i serie - konsonant - starten af viklingen III er forbundet til enden af viklingen II. Prikker markerer som regel begyndelsen på viklingerne. Hvis den industrielle transformator og alle udgange er nummereret, kan du overholde denne regel: alle terminalernes ulige antal er begyndelsen på henholdsvis viklingerne, lige - endene. Det vil sige, med en seriel forbindelse er det nødvendigt at forbinde den ensartede udgang fra en vikling med den ulige udgang fra en anden. Naturligvis kan du under ingen omstændigheder kortslutte resultaterne af en vikling, f.eks. 1 og 2.
Stabiliserede strømforsyninger
Men ofte er spændingsstabilisatorer uundværlige. Den enkleste er parametrisk stabilisatorder kun indeholder tre dele. Efter zenerdioden installeres en elektrolytisk kondensator, hvis formål er at udjævne restpulsationer. Dets kredsløb er vist i figur 4.
Generelt installeres denne kondensator, selv ved udgangen integrerede spændingsstabilisatorer type LM78XX. Dette kræves selv af de tekniske specifikationer (datablad) til mikrokredsløbsstabilisatorer.
En parametrisk stabilisator kan give op til flere milliampe strøm i belastningen, i dette tilfælde omkring tyve. I kredsløb med elektroniske enheder bruges en sådan stabilisator ganske ofte. Stabiliseringskoefficient (forholdet mellem indgangsspændingsændring i%% og outputændring, også i%%) af sådanne stabilisatorer, som regel højst 2.
Hvis den parametriske stabilisator suppleres emitterfølgermed kun en transistor, som vist i figur 5, vil kapaciteten af den parametriske stabilisator blive meget højere. Stabiliseringskoefficienten for sådanne ordninger når en værdi på 70.
Med de parametre, der er angivet i diagrammet og belastningsstrømmen 1A, vil der tilstrækkelig effekt blive spredt på transistoren. En sådan effekt beregnes som følger: kollektor-emitter-spændingsforskellen multipliceres med belastningsstrømmen. I dette tilfælde er dette samlestrømmen. (12V - 5V) * 1A = 7W. Med en sådan kraft skal transistoren placeres på radiatoren.
Effekten, der er givet til belastningen, vil kun være 5V * 1A = 5W. Tallene vist i figur 5 er ganske tilstrækkelige til at foretage en sådan beregning. Effektiviteten af en strømkilde med en sådan stabilisator med en indgangsspænding på 12V er således kun ca. 40%. For at øge den lidt kan du reducere indgangsspændingen, men ikke mindre end 8 volt, ellers stopper stabilisatoren med at arbejde.
For at samle en spændingsregulator med negativ polaritet er det nok i det betragtede kredsløb til at erstatte n-p-n-konduktivitetstransistoren med p-n-p-konduktiviteten, ændre zenerdiodenes polaritet og indgangsspændingen. Men sådanne ordninger er allerede blevet en anakronisme, bruges ikke i øjeblikket, de blev erstattet af integrerede spændingsregulatorer.
Det så ud til, at det var nok til at afslutte det betragtede kredsløb i den integrerede version, og alt ville være i orden. Men udviklerne begyndte ikke at gentage den ineffektive ordning, dens effektivitet er for lille, og stabiliseringen er lav. For at øge stabiliseringskoefficienten er der blevet indført negativ feedback i moderne integrerede stabilisatorer.
Sådanne stabilisatorer blev udviklet på almindelige op-ampere, mens kredsløbsdesigner og -udvikler R. Widlar ikke foreslog at integrere denne op-amp i stabilisatoren. Den første stabilisator af denne art var den legendariske UA723, som krævede et vist antal ekstra dele under installationen.
En mere moderne version af integrerede stabilisatorer er LM78XX-seriestabilisatorer for spænding med positiv polaritet og LM79XX for negativ. I denne markering 78 er dette faktisk navnet på mikrokredsløbet - stabilisatoren, bogstaverne LM foran numrene kan være forskellige, afhængigt af den bestemte producent. I stedet for bogstaverne XX indsættes tal, der angiver stabiliseringsspændingen i volt: 05, 08, 12, 15 osv. Ud over spændingsstabilisering har mikrokredsløb beskyttelse mod kortslutning i belastningen og termisk beskyttelse. Hvad der kræves for at skabe en enkel og pålidelig laboratoriekraftforsyning.
Den indenlandske elektroniske industri producerer sådanne stabilisatorer under mærkenavnet KR142ENXX. Men markeringerne er altid krypteret med os, så stabiliseringsspændingen kan kun bestemmes ved henvisning eller gemmes som digte i skolen. Alle disse stabilisatorer har en fast udgangsspændingsværdi. Et typisk ledningsdiagram for 78XX-seriens stabilisatorer er vist i figur 6.
De kan imidlertid også bruges til at oprette regulerede kilder. Et eksempel er diagrammet vist i figur 7.
Ulempen ved kredsløbet kan overvejes, at reguleringen udføres ikke fra nul, men fra 5 volt, dvs. fra spændingsstabiliseringsmikrokredsløb. Det er ikke klart, hvorfor stabilisatorledningerne er nummereret som 17, 8, 2, når der faktisk kun er tre af dem!
Og figur 9 viser, hvordan man indstiller en justerbar strømforsyning baseret på den oprindelige borgerlige LM317, som kan bruges som laboratorie.
Hvis en bipolær reguleret kilde er påkrævet, er det nemmest at samle to identiske stabilisatorer i et hus, hvor de fødes fra forskellige transformatorviklinger. På samme tid sendes output fra hver stabilisator til enhedens frontpanel med separate klemmer. Det vil være muligt at skifte spænding ganske enkelt med trådhoppere.
Boris Aladyshkin
Se også på elektrohomepro.com
: