Αρχική τροφοδοτικά εργαστηρίου

Δείτε το πρώτο μέρος του άρθρου εδώ: Τροφοδοτικά για ηλεκτρονικές συσκευές

Όσον αφορά τα όσα αναφέρθηκαν παραπάνω, φαίνεται ότι είναι το πιο λογικό και λιγότερο δαπανηρό κατασκευή τροφοδοσίας με μετασχηματιστή. Ένας κατάλληλος έτοιμος μετασχηματιστής για την τροφοδοσία δομών ημιαγωγών μπορεί να επιλεγεί από παλιούς μαγνητοσκόπια, τηλεοράσεις με σωλήνες, μεγάφωνα τριών προγραμμάτων και άλλο απαρχαιωμένο εξοπλισμό. Οι έτοιμοι μετασχηματιστές δικτύου πωλούνται σε ραδιοφωνικές αγορές και σε ηλεκτρονικά καταστήματα. Μπορείτε πάντα να βρείτε τη σωστή επιλογή.

Εξωτερικά, ο μετασχηματιστής είναι ένας πυρήνας σχήματος W κατασκευασμένος από φύλλα ειδικού χάλυβα μετασχηματιστή. Στον πυρήνα υπάρχει ένα πλαστικό ή ένα χαρτονένιο πλαίσιο στο οποίο βρίσκονται οι περιελίξεις. Οι πλάκες είναι συνήθως βερνικωμένες έτσι ώστε να μην υπάρχει ηλεκτρική επαφή μεταξύ τους. Με αυτόν τον τρόπο καταπολεμούν τα φουσκωμένα ρεύματα ή τα ρεύματα Foucault. Αυτά τα ρεύματα απλά θερμαίνουν τον πυρήνα, είναι απλά μια απώλεια.

Για τους ίδιους σκοπούς, ο μετασχηματιστής σιδήρου είναι κατασκευασμένος από μεγάλους κρυστάλλους, οι οποίοι επίσης απομονώνονται ο ένας από τον άλλο με φιλμ οξειδίου. Στον μετασχηματιστή σιδήρου πολύ μεγάλων μεγεθών, αυτοί οι κρύσταλλοι είναι ορατοί με γυμνό μάτι. Εάν το σίδερο αυτό κόβεται με ψαλίδια στέγης, τότε η τομή μοιάζει με λεπίδα για μέταλλο, περιέχει μικρά σκελίδες.

Ο μετασχηματιστής στην παροχή ρεύματος εκτελεί δύο λειτουργίες ταυτόχρονα. Πρώτον, πρόκειται για μείωση της τάσης δικτύου στο επιθυμητό επίπεδο. Δεύτερον, αυτό παρέχει γαλβανική απομόνωση από το δίκτυο: το πρωτεύον και το δευτερεύον περίβλημα δεν συνδέονται μεταξύ τους, η ηλεκτρική αντίσταση είναι ιδανικά άπειρη. Η σύνδεση των πρωτογενών και δευτερογενών τυλίξεων πραγματοποιείται μέσω ενός εναλλασσόμενου μαγνητικού πεδίου του πυρήνα που δημιουργείται από το πρωτεύον τύλιγμα.

Απλοποιημένος σχεδιασμός μετασχηματιστή

Κατά την αγορά ή την αυτο-περιέλιξη ενός μετασχηματιστή, θα πρέπει να καθοδηγείται από τις ακόλουθες παραμέτρους, οι οποίες εκφράζονται μόνο από τέσσερις τύπους.

Η πρώτη από αυτές μπορεί να ονομαστεί νόμος μετασχηματισμού.

U1 / U2 = η1 / η2 (1),

Ένα απλό παράδειγμα. Δεδομένου ότι πρόκειται απλώς για μετασχηματιστή δικτύου, η τάση στην πρωτεύουσα περιέλιξη θα είναι πάντα 220V. Υποθέστε ότι το πρωτεύον τύλιγμα περιέχει 220 στροφές και οι δευτερεύουσες 22 στροφές. Αυτός είναι ένας αρκετά μεγάλος μετασχηματιστής, οπότε έχει λίγες στροφές ανά ένα βολτ.

Αν μια τάση 220V εφαρμοστεί στην πρωτεύουσα περιέλιξη, τότε η δευτερεύουσα περιέλιξη θα παράγει 22V, που αντιστοιχεί πλήρως στο συντελεστή μετασχηματισμού n1 / n2, το οποίο στο παράδειγμα μας είναι 10. Υποθέστε ότι ένα φορτίο που καταναλώνει ακριβώς 1Α ρεύματος περιλαμβάνεται στο δευτερεύον τύλιγμα. Στη συνέχεια το πρωτεύον ρεύμα θα είναι 0,1Α, αφού τα ρεύματα είναι αντιστρόφως.

Ισχύς που καταναλώνεται από τις περιελίξεις: για το δευτερεύον 22V * 1A = 22W, και για το πρωτεύον 220V * 0,1A = 22W. Αυτός ο υπολογισμός δείχνει ότι η ισχύς των πρωτογενών και δευτερογενών τυλίξεων είναι ίση. Εάν υπάρχουν αρκετές δευτερεύουσες περιελίξεις, τότε κατά τον υπολογισμό της ισχύος τους, πρέπει να το προσθέσετε, αυτή θα είναι η ισχύς της πρωτεύουσας περιέλιξης.

Από τον ίδιο τύπο προκύπτει ότι είναι πολύ απλός ο προσδιορισμός του αριθμού των στροφών ανά βολτ: αρκεί να αδειάσει μια δοκιμαστική περιέλιξη, για παράδειγμα, 10 στροφές, να μετρήσει την τάση σε αυτό, να διαιρέσει το αποτέλεσμα κατά 10. Ο αριθμός των στροφών ανά βολτ θα βοηθήσει πολύ όταν χρειαστεί να περιστρέψετε την περιέλιξη ένταση. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι περιελίξεις πρέπει να τυλίγονται με ένα ορισμένο περιθώριο, λαμβανομένης υπόψη της τάσης "χαλάρωσης" στις ίδιες τις περιελίξεις και στα στοιχεία ρύθμισης των σταθεροποιητών. Εάν η ελάχιστη τάση απαιτεί 12V, τότε η περιέλιξη μπορεί να είναι 17 ... 18V. Ο ίδιος κανόνας πρέπει να τηρείται κατά την αγορά ενός τελικού μετασχηματιστή.

Η συνολική ισχύς του μετασχηματιστή υπολογίζεται ως το άθροισμα της ισχύος όλων των δευτερευόντων περιελίξεων, όπως περιγράφεται παραπάνω. Με βάση αυτόν τον υπολογισμό, μπορείτε να επιλέξετε έναν κατάλληλο πυρήνα ή μάλλον τον τομέα του. Ο τύπος για την επιλογή της περιοχής πυρήνα:.

Εδώ S είναι η περιοχή πυρήνα σε τετραγωνικά εκατοστά, και P είναι η συνολική ισχύς φορτίου σε Watt. Για έναν πυρήνα σχήματος W, η περιοχή είναι η διατομή της κεντρικής ράβδου στην οποία βρίσκονται οι περιελίξεις, και για την τοροειδή εγκάρσια διατομή, τον τόξο. Με βάση την υπολογισμένη περιοχή πυρήνα, μπορείτε να επιλέξετε το κατάλληλο σίδερο μετασχηματιστή.

Η υπολογιζόμενη τιμή πρέπει να στρογγυλεύεται στην πλησιέστερη μεγαλύτερη πρότυπη τιμή. Όλες οι άλλες υπολογισθείσες τιμές στη διαδικασία υπολογισμού στρογγυλοποιούνται επίσης. Εάν, ας υποθέσουμε, η ισχύς είναι 37,5 watts, τότε είναι στρογγυλεμένη μέχρι 40 watt.

Αφού γίνει γνωστή η περιοχή πυρήνα, μπορεί να υπολογιστεί ο αριθμός των στροφών στο πρωτεύον τύλιγμα. Αυτός είναι ο τρίτος τύπος υπολογισμού.

Εδώ n1 είναι ο αριθμός των στροφών του πρωτεύοντος τυλίγματος, U1 - 220V - τάση του πρωτογενούς τυλίγματος, S είναι η περιοχή πυρήνα σε τετραγωνικά εκατοστά. Ένας εμπειρικός συντελεστής 50, ο οποίος μπορεί να ποικίλει εντός ορισμένων ορίων, αξίζει ιδιαίτερης προσοχής.

Εάν απαιτείται ο μετασχηματιστής να μην εισέλθει σε κορεσμό, δεν δημιουργεί περιττές ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (ιδιαίτερα σχετικά με τον εξοπλισμό αναπαραγωγής ήχου), ο συντελεστής αυτός μπορεί να αυξηθεί σε 60. Στην περίπτωση αυτή, ο αριθμός των στροφών στις περιελίξεις θα αυξηθεί, ο τρόπος λειτουργίας του μετασχηματιστή θα διευκολυνθεί, ο πυρήνας δεν θα είναι πλέον σε θέση να εισέλθει σε κορεσμό. Το κύριο πράγμα είναι ότι όλες οι περιελίξεις ταιριάζουν.

Αφού προσδιοριστεί η ισχύς του μετασχηματιστή, υπολογίζονται οι στροφές και τα ρεύματα στις περιελίξεις, είναι καιρός να καθοριστεί η διατομή του σύρματος των περιελίξεων. Θεωρείται ότι οι περιελίξεις τυλίγονται με σύρμα χαλκού. Αυτός ο υπολογισμός θα συμβάλει στην εκπλήρωση του τύπου:

Εδώ, di mm, Ii A, αντίστοιχα, η διάμετρος του σύρματος και το ρεύμα της i-ης τύλιξης. Η υπολογιζόμενη διάμετρος του καλωδίου θα πρέπει επίσης να στρογγυλεύεται στην πλησιέστερη μεγαλύτερη πρότυπη τιμή.

Αυτός είναι στην πραγματικότητα ολόκληρος ο απλοποιημένος υπολογισμός ενός μετασχηματιστή δικτύου, για πρακτικούς σκοπούς ακόμη και πολύ επαρκής. Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι αυτός ο υπολογισμός ισχύει μόνο για μετασχηματιστές δικτύου που λειτουργούν με συχνότητα 50 Hz. Για τους μετασχηματιστές που κατασκευάζονται σε πυρήνες φερριτών και λειτουργούν σε υψηλή συχνότητα, ο υπολογισμός γίνεται με εντελώς διαφορετικούς τύπους, εκτός ίσως από τον συντελεστή μετασχηματισμού σύμφωνα με τον τύπο 1.

Αφού ο μετασχηματιστής σχεδιαστεί, τραυματιστεί ή απλά αγοραστεί το σωστό μέγεθος, μπορείτε να αρχίσετε να κατασκευάζετε μια παροχή ρεύματος, χωρίς την οποία κανένας κύκλος δεν μπορεί να κάνει.

Μη Σταθεροποιημένα Τροφοδοτικά

Το απλούστερο κύκλωμα είναι τα μη σταθεροποιημένα τροφοδοτικά. Χρησιμοποιούνται αρκετά συχνά σε διάφορα σχέδια, γεγονός που απλοποιεί το κύκλωμα χωρίς να επηρεάζει τη λειτουργικότητά του. Για παράδειγμα, ισχυρό ενισχυτές ήχου οι περισσότερες φορές τροφοδοτούνται από μια μη σταθεροποιημένη πηγή, δεδομένου ότι είναι σχεδόν αδύνατο να παρατηρήσετε από το αυτί ότι η τάση τροφοδοσίας έχει αλλάξει κατά 2 ... 3 βολτ. Επίσης, δεν υπάρχει διαφορά σε ποια τάση θα λειτουργεί το ρελέ: εάν μόνο θα λειτουργούσε, και στο μέλλον δεν θα καεί.

Τα μη σταθεροποιημένα τροφοδοτικά είναι απλά, το κύκλωμα φαίνεται στο σχήμα 1.

Μια γέφυρα ανορθωτή με διόδους συνδέεται με τη δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή. Παρόλο που υπάρχουν αρκετά πολλά κυκλώματα ανορθωτή, το κύκλωμα γέφυρας είναι το πιο κοινό. Στην έξοδο της γέφυρας επιτυγχάνεται μια παλλόμενη τάση με διπλασιασμένη συχνότητα του δικτύου, η οποία είναι χαρακτηριστική για όλα τα κυκλώματα ανορθωτών ημι-κύματος (Σχήμα 2, καμπύλη 1).

Φυσικά, μια τέτοια τάση κυμάτωσης δεν είναι κατάλληλη για τροφοδοσία κυκλωμάτων τρανζίστορ: φανταστείτε πώς ο ενισχυτής θα βρυχηθεί με τέτοια ισχύ! Για να εξομαλύνεται η κυμάτωση σε αποδεκτή τιμή, τοποθετούνται φίλτρα στην έξοδο του ανορθωτή (Σχήμα 2, καμπύλη 2).Στην απλούστερη περίπτωση, ίσως να είναι ηλεκτρολυτικό πυκνωτή υψηλής χωρητικότητας. Τα προαναφερθέντα απεικονίζονται στο Σχήμα 2.

Ο υπολογισμός της χωρητικότητας αυτού του πυκνωτή είναι πολύ περίπλοκος, επομένως είναι δυνατόν να προτείνουμε τις τιμές που ελέγχονται στην πράξη: για κάθε αμπέρ ρεύματος στο φορτίο απαιτείται χωρητικότητα πυκνωτή 1000 ... 2000 μF. Μία χαμηλότερη τιμή χωρητικότητας ισχύει για την περίπτωση όταν προτείνεται η χρήση ενός σταθεροποιητή τάσης μετά τη γέφυρα ανορθωτή.

Καθώς η χωρητικότητα του πυκνωτή αυξάνεται, η κυμάτωση (Σχήμα 2, καμπύλη 2) θα μειωθεί, αλλά δεν θα εξαφανιστεί καθόλου. Εάν η κυμάτωση είναι απαράδεκτη, είναι απαραίτητο να εισαγάγετε σταθεροποιητές τάσης στο κύκλωμα παροχής ρεύματος.

Διπολική παροχή ρεύματος

Στην περίπτωση που απαιτείται η πηγή για τη λήψη διπολικής τάσης, το κύκλωμα θα πρέπει να αλλάξει ελαφρώς. Η γέφυρα θα παραμείνει η ίδια, αλλά η δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή θα πρέπει να έχει ένα μέσο. Εξισορρόπηση πυκνωτών θα υπάρχουν ήδη δύο, το καθένα για τη δική του πολικότητα. Ένα τέτοιο σχήμα φαίνεται στο σχήμα 3.

Η σύνδεση των δευτερευόντων περιελίξεων πρέπει να είναι σε σειρά - σύμφωνη - η αρχή της περιέλιξης III συνδέεται με το άκρο του τυλίγματος II. Οι κουκίδες σημαίνουν, κατά κανόνα, την αρχή των περιελίξεων. Εάν ο βιομηχανικός μετασχηματιστής και όλες οι έξοδοι είναι αριθμημένοι, τότε μπορείτε να τηρήσετε αυτόν τον κανόνα: όλοι οι περίεργοι αριθμοί των τερματικών είναι η αρχή των περιελίξεων, αντίστοιχα, ακόμη και - οι άκρες. Δηλαδή, με μια σειριακή σύνδεση, είναι απαραίτητο να συνδέσουμε τη ομοιόμορφη έξοδο ενός τυλίγματος με την παράξενη έξοδο άλλης. Φυσικά, σε καμία περίπτωση δεν μπορείτε να βραχυκυκλώσετε τα ευρήματα μιας περιέλιξης, για παράδειγμα, 1 και 2.

Σταθεροποιημένα τροφοδοτικά

Αλλά αρκετά συχνά, οι σταθεροποιητές τάσης είναι απαραίτητοι. Το πιο απλό είναι παραμετρικό σταθεροποιητήπου περιέχει μόνο τρία μέρη. Μετά τη δίοδο zener, είναι εγκατεστημένος ένας ηλεκτρολυτικός πυκνωτής, ο σκοπός του οποίου είναι η εξομάλυνση των υπολειπόμενων παλμών. Το κύκλωμά του φαίνεται στο σχήμα 4.

Γενικά, αυτός ο πυκνωτής είναι εγκατεστημένος ακόμη και στην έξοδο ενσωματωμένοι σταθεροποιητές τάσης τύπου LM78XX. Αυτό απαιτείται ακόμη και από τις τεχνικές προδιαγραφές (φύλλο δεδομένων) για σταθεροποιητές μικροκυκλωμάτων.

Ένας παραμετρικός σταθεροποιητής μπορεί να παράσχει έως και αρκετά milliamps ρεύματος στο φορτίο, στην περίπτωση αυτή περίπου είκοσι. Σε κυκλώματα ηλεκτρονικών συσκευών, ένας τέτοιος σταθεροποιητής χρησιμοποιείται αρκετά συχνά. Ο συντελεστής σταθεροποίησης (λόγος αλλαγής τάσης εισόδου σε %% στην αλλαγή εξόδου, επίσης σε %%) τέτοιων σταθεροποιητών, κατά κανόνα, δεν υπερβαίνει το 2%.

Εάν συμπληρωθεί ο παραμετρικός σταθεροποιητής εκκινητή εκπομπής, με ένα μόνο τρανζίστορ, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5, οι δυνατότητες του παραμετρικού σταθεροποιητή θα γίνουν πολύ μεγαλύτερες. Ο συντελεστής σταθεροποίησης τέτοιων συστημάτων φτάνει σε 70.

Με τις παραμέτρους που υποδεικνύονται στο διάγραμμα και το ρεύμα φορτίου 1Α, επαρκής ισχύς θα διαχέεται στο τρανζίστορ. Η ισχύς αυτή υπολογίζεται ως εξής: η διαφορά τάσης συλλέκτη-εκπομπού πολλαπλασιάζεται με το ρεύμα φορτίου. Σε αυτή την περίπτωση, αυτό είναι το ρεύμα συλλέκτη. (12V - 5V) * 1Α = 7W. Με τέτοια ισχύ, το τρανζίστορ θα πρέπει να τοποθετηθεί στο ψυγείο.

Η ισχύς που δίνεται στο φορτίο θα είναι μόνο 5V * 1A = 5W. Οι αριθμοί που παρουσιάζονται στο σχήμα 5 είναι αρκετά ικανοί για να κάνουν έναν τέτοιο υπολογισμό. Έτσι, η απόδοση μιας πηγής ισχύος με έναν τέτοιο σταθεροποιητή με τάση εισόδου 12V είναι μόνο περίπου 40%. Για να το αυξήσετε ελαφρώς, μπορείτε να μειώσετε την τάση εισόδου, αλλά όχι λιγότερο από 8 βολτ, διαφορετικά ο σταθεροποιητής θα σταματήσει να λειτουργεί.

Για να συναρμολογηθεί ένας σταθεροποιητής τάσης αρνητικής πολικότητας, είναι αρκετό στο υπό εξέταση κύκλωμα να αντικαταστήσει το τρανζίστορ αγωγιμότητας n-p-n με την αγωγιμότητα p-n-p, να αλλάξει την πολικότητα της διόδου zener και την τάση εισόδου. Αλλά τέτοια κυκλώματα έχουν ήδη γίνει αναχρονισμός, δεν χρησιμοποιούνται σήμερα, αντικαταστάθηκαν από ολοκληρωμένους ρυθμιστές τάσης.

Φαινόταν ότι ήταν αρκετό να ολοκληρωθεί το θεωρημένο κύκλωμα στην ολοκληρωμένη έκδοση και όλα θα ήταν εντάξει. Αλλά οι προγραμματιστές δεν άρχισαν να επαναλαμβάνουν το αναποτελεσματικό σχέδιο, η αποτελεσματικότητά του είναι πολύ μικρή και η σταθεροποίηση είναι χαμηλή. Για να αυξηθεί ο συντελεστής σταθεροποίησης, έχει εισαχθεί αρνητική ανάδραση σε σύγχρονους ολοκληρωμένους σταθεροποιητές.

Αυτοί οι σταθεροποιητές αναπτύχθηκαν σε ενισχυτές γενικού σκοπού, ενώ ο σχεδιαστής και κατασκευαστής κυκλώματος R. Widlar δεν πρότεινε την ενσωμάτωση αυτού του op-amp στον σταθεροποιητή. Ο πρώτος σταθεροποιητής αυτού του είδους ήταν ο θρυλικός UA723, ο οποίος απαιτούσε ορισμένα πρόσθετα εξαρτήματα κατά την εγκατάσταση.

Μια πιο σύγχρονη εκδοχή των ολοκληρωμένων σταθεροποιητών είναι Σταθεροποιητές σειράς LM78XX για τάση θετικής πολικότητας και LM79XX για αρνητικό. Σε αυτή τη σήμανση 78, αυτό είναι στην πραγματικότητα το όνομα του μικροκυκλώματος - ο σταθεροποιητής, τα γράμματα LM μπροστά από τους αριθμούς μπορεί να είναι διαφορετικά, ανάλογα με τον συγκεκριμένο κατασκευαστή. Αντί για τα γράμματα XX, εισάγονται αριθμοί που δείχνουν την τάση σταθεροποίησης σε volts: 05, 08, 12, 15, κλπ. Εκτός από τη σταθεροποίηση της τάσης, τα μικροκυκλώματα έχουν προστασία έναντι βραχυκυκλώματος στο φορτίο και τη θερμική προστασία. Ακριβώς ό, τι απαιτείται για να δημιουργηθεί ένα απλό και αξιόπιστο εργαστηριακό τροφοδοτικό.

Η εγχώρια ηλεκτρονική βιομηχανία παράγει τέτοιους σταθεροποιητές με το εμπορικό σήμα KR142ENXX. Αλλά τα σημάδια είναι πάντα κρυπτογραφημένα μαζί μας, επομένως η τάση σταθεροποίησης μπορεί να καθοριστεί μόνο με παραπομπή ή να απομνημονευθεί ως ποιήματα στο σχολείο. Όλοι αυτοί οι σταθεροποιητές έχουν σταθερή τιμή τάσης εξόδου. Ένα τυπικό διάγραμμα καλωδίωσης για τους σταθεροποιητές της σειράς 78XX φαίνεται στο σχήμα 6.

Ωστόσο, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία ρυθμιζόμενων πηγών. Ένα παράδειγμα είναι το διάγραμμα που φαίνεται στο σχήμα 7.

Το μειονέκτημα του κυκλώματος μπορεί να θεωρηθεί ότι η ρύθμιση δεν είναι από μηδέν, αλλά από 5 βολτ, δηλ. από μικροκυκλώματα σταθεροποίησης τάσης. Δεν είναι ξεκάθαρο γιατί οι οδηγοί του σταθεροποιητή αριθμούνται ως 17, 8, 2, όταν στην πραγματικότητα υπάρχουν μόνο τρεις!

Και η Εικόνα 9 δείχνει πώς να συναρμολογηθεί μια ρυθμιζόμενη τροφοδοσία ρεύματος βασισμένη στο αρχικό αστικό LM317, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εργαστηριακό.

Εάν απαιτείται διπολική ρυθμισμένη πηγή, είναι ευκολότερο να συναρμολογήσετε δύο ταυτόσημους σταθεροποιητές σε ένα περίβλημα, τροφοδοτώντας τις από διαφορετικές περιελίξεις μετασχηματιστών. Παράλληλα, εξάγετε την έξοδο κάθε σταθεροποιητή στον μπροστινό πίνακα της μονάδας με ξεχωριστά τερματικά. Θα είναι δυνατή η εναλλαγή τάσεων απλά με καλώδια.

Μπόρις Αλαντίσκιν