Kotilaboratorioiden virtalähteet

Katso artikkelin ensimmäinen osa täältä: Sähköisten laitteiden virtalähteet

Kaikesta mitä edellä sanottiin, järkevin ja edullisin näyttää olevan muuntajan virtalähteen valmistus. Puolijohderakenteiden virransyöttöön sopiva valmismuuntaja voidaan valita vanhoista nauhureista, putkitelevisioista, kolmiohjelmaisista kaiuttimista ja muista vanhentuneista laitteista. Valmiita verkkomuuntajia myydään radiomarkkinoilla ja verkkokaupoissa. Voit aina löytää oikean vaihtoehdon.

Ulkoisesti muuntaja on W-muotoinen ydin, joka on valmistettu erikoismuuntajateräksen levyistä. Ytimessä on muovi- tai pahvikehys, johon käämit sijaitsevat. Levyt on yleensä lakattu siten, että niiden välillä ei ole sähköistä kosketusta. Tällä tavoin ne taistelevat pyörre- tai Foucault-virtauksissa. Nämä virrat vain lämmittävät ytimen, se on vain menetys.

Samoja tarkoituksia varten muuntajarauta on valmistettu suurista kiteistä, jotka myös eristetään toisistaan ​​oksidikalvoilla. Erittäin suurten muuntajaraudan kohdalla nämä kiteet ovat näkyvissä paljaalla silmällä. Jos tällainen rauta leikataan kattosakseilla, silloin leikkaus muistuttaa metallin leikkuuterää, sisältää pieniä neilikkaa.

Virtalähteessä oleva muuntaja suorittaa kaksi toimintoa kerralla. Ensinnäkin tämä on verkkojännitteen lasku halutulle tasolle. Toiseksi se tarjoaa galvaanisen eristyksen sähköverkosta: ensiökäämiä ja toisiokäämejä ei ole kytketty toisiinsa, sähkövastus on ihanteellisesti ääretön. Ensiö- ja toisiokäämien kytkentä suoritetaan ensiökäämin muodostaman sydämen vaihtuvan magneettikentän kautta.

Yksinkertaistettu muuntajan muotoilu

Kun ostat tai käämät muuntajan, sinun tulee ohjata seuraavia parametreja, jotka ilmaistaan ​​vain neljällä kaavalla.

Ensimmäistä niistä voidaan kutsua muutoslakiksi.

U1 / U2 = n1 / n2 (1),

Yksinkertainen esimerkki. Koska tämä on vain verkkomuuntaja, ensiökäämin jännite on aina 220 V. Oletetaan, että ensiökäämi sisältää 220 kierrosta ja toissijainen 22 kierrosta. Tämä on melko suuri muuntaja, joten siinä on muutama kierros per volttia.

Jos primaarikäämitykseen kohdistetaan 220 V jännite, toisiokäämi tuottaa 22 V, mikä vastaa täysin muuntokerrointa n1 / n2, joka esimerkissämme on 10. Oletetaan, että toisiokäämiin sisältyy kuorma, joka kuluttaa tarkalleen 1A virtaa. Silloin ensiövirta on 0,1A, koska virrat ovat käänteissuhteessa.

Käämitysten kuluttama teho: toissijaiselle 22 V * 1A = 22 W ja primaariselle 220 V * 0,1A = 22 W. Tämä laskelma osoittaa, että ensiö- ja toisiokäämien teho on yhtä suuri. Jos toisiokäämiä on useita, niin niiden tehoa laskettaessa sinun on lisättävä se, tämä on ensiökäämin teho.

Samasta kaavasta käy ilmi, että on erittäin helppo määrittää kierrosten lukumäärä volttia kohden: riittää, kun käämitetään testikäämitys, esimerkiksi 10 kierrosta, mitataan siinä oleva jännite, jaetaan tulos kerralla 10. Kääntöjen lukumäärä volttia kohti auttaa paljon, kun käämitys täytyy kääntää. jännite. On huomattava, että käämit on kierrettävä tietyllä marginaalilla ottaen huomioon "kääntyvä" jännite itse käämityksissä ja stabilointiaineiden säätöelementeissä. Jos vähimmäisjännite vaatii 12 V, niin käämityksen voi nimellisarvo olla 17 ... 18 V. Samaa sääntöä tulee noudattaa ostettaessa valmiin muuntajan.

Muuntajan kokonaisteho lasketaan kaikkien toisiokäämien kapasiteettien summana, kuten yllä on kuvattu. Tämän laskelman perusteella voit valita sopivan ytimen tai pikemminkin sen alueen. Ydinalueen valintakaava:.

Tässä S on ytimen pinta-ala neliösentimereinä ja P on kokonaiskuormitusteho watteina. W-muotoisen ytimen kohdalla alue on poikkipinta sen keskitankoa, johon käämit sijaitsevat, ja toroidisen poikkileikkauksen kohdalla, torus. Lasketun ytimen pinta-alan perusteella voit valita sopivan muuntajaraudan.

Laskettu arvo tulisi pyöristää lähimpään suurempiin vakioarvoihin. Kaikki muut laskennalliset arvot pyöristetään myös ylöspäin. Jos oletetaan, että teho on 37,5 wattia, se pyöristetään 40 wattiin.

Sen jälkeen kun ytimen pinta-ala on tiedossa, ensiökäämin kierrosten lukumäärä voidaan laskea. Tämä on kolmas laskentakaava.

Tässä n1 on ensiökäämin kierrosten lukumäärä, U1 - 220 V - ensiökäämin jännite, S on ytimen pinta-ala neliö senttimetreinä. Empiirinen kerroin 50, joka voi vaihdella tietyissä rajoissa, ansaitsee erityistä huomiota.

Jos vaaditaan, että muuntaja ei pääse kylläisyyteen, ei aiheuta tarpeettomia sähkömagneettisia häiriöitä (erityisen merkityksellisiä äänentoistolaitteille), tämä kerroin voidaan nostaa arvoon 60. Tässä tapauksessa käämien lukumäärä nousee, muuntajan toimintatapa helpottuu, ydin ei enää pääse kylläisyydessä. Tärkeintä on, että kaikki käämit sopivat.

Kun muuntajan teho on määritetty, käämien kierrokset ja virrat on laskettu, on aika määrittää käämien langan poikkileikkaus. Oletetaan, että käämit on kelattu kuparilangalla. Tämä laskelma auttaa täyttämään kaavan:

Tässä, mm, Ii A, vastaavasti langan halkaisija ja i: nnen käämin virta. Laskettu langan halkaisija tulisi myös pyöristää lähimpään suurempiin vakioarvoihin.

Se on itse asiassa koko verkkomuuntajan yksinkertaistettu laskenta, käytännöllisiin tarkoituksiin jopa erittäin riittävä. On kuitenkin huomattava, että tämä laskelma pätee vain verkkomuuntajiin, jotka toimivat 50 Hz: n taajuudella. Ferriittisydämeistä tehtyjen ja korkeataajuuksisilla muuntajilla laskenta suoritetaan täysin erilaisilla kaavoilla, paitsi ehkä kaavan 1 muunnoskerroin.

Kun muuntaja on suunniteltu, haavattu tai juuri ostettu oikean kokoiseksi, voit alkaa valmistaa virtalähdettä, jota ilman mikään piiri ei voi tehdä.

Epävakaat virtalähteet

Yksinkertaisin piiri on epävakaat virtalähteet. Niitä käytetään melko usein erilaisissa malleissa, mikä yksinkertaistaa piiriä vaikuttamatta sen toimintaan. Esimerkiksi voimakas audiovahvistimet useimmiten ne syötetään stabiloimattomasta lähteestä, koska on melkein mahdotonta korvaan huomata, että syöttöjännite on muuttunut 2 ... 3 voltilla. Ei myöskään ole eroa millä jännitteellä rele toimii: jos vain se toimisi, ja tulevaisuudessa se ei pala.

Vakauttamattomat virtalähteet ovat yksinkertaisia, piiri on esitetty kuvassa 1.

Tasasuuntaajasilta diodeilla on kytketty muuntajan toisiokäämiin. Vaikka tasasuuntaajapiirejä on melko paljon, siltapiiri on yleisin. Sillan ulostulossa saadaan sykkivä jännite verkon kaksinkertaistumistaajuudella, mikä on tyypillistä kaikille puoliaallon tasasuuntaajien piireille (kuva 2, käyrä 1).

Tällainen aaltojännite ei luonnollisestikaan sovellu transistoripiirien syöttämiseen: Kuvittele kuinka vahvistin möi sellaisella voimalla! Aaltoilun tasoittamiseksi hyväksyttävään arvoon suodattimet asennetaan tasasuuntaajan ulostuloon (kuva 2, käyrä 2).Yksinkertaisimmassa tapauksessa se voi vain olla suuren kapasiteetin elektrolyyttikondensaattori. Edellä esitetty on esitetty kuviossa 2.

Tämän kondensaattorin kapasitanssin laskeminen on melko monimutkaista, joten on mahdollista suositella käytännössä testattuja arvoja: jokaiselle kuorman virralle vaaditaan kondensaattorin kapasiteetti 1000 ... 2000 μF. Pienempi kapasitanssiarvo pätee tapauksiin, joissa ehdotetaan käytettäväksi jännitevakainta tasasuuntaajasillan jälkeen.

Kun kondensaattorin kapasitanssi kasvaa, aaltoilu (kuva 2, käyrä 2) vähenee, mutta ei katoa ollenkaan. Jos aaltoilua ei voida hyväksyä, on välttämätöntä lisätä jännitestabilisaattorit virtalähdepiiriin.

Bipolaarinen virtalähde

Tapauksessa, jossa lähde vaaditaan bipolaarisen jännitteen saamiseksi, piiriä on muutettava hieman. Silta pysyy samana, mutta muuntajan toisiokäämillä tulisi olla keskipiste. Kondensaattorien tasoitus niitä tulee jo kaksi, jokaisella on oma polaarisuutensa. Tällainen kaavio on esitetty kuviossa 3.

Toisiokäämien liitoksen on oltava sarjassa - konsonantti - käämin III alku on kytketty käämin II päähän. Pisteet merkitsevät pääsääntöisesti käämien alkamisen. Jos teollisuusmuuntaja ja kaikki lähdöt on numeroitu, voit noudattaa tätä sääntöä: kaikki liittimien parittomat numerot ovat käämien alkuja, vastaavasti parilliset - päät. Toisin sanoen sarjayhteydellä on välttämätöntä kytkeä yhden käämin tasainen ulostulo toisen parittoman ulostulon kanssa. Luonnollisesti, et voi missään tapauksessa oikosulkea yhden käämin, esimerkiksi 1 ja 2, havaintoja.

Vakautetut virtalähteet

Mutta melko usein jännitestabilisaattorit ovat välttämättömiä. Yksinkertaisin on parametrinen stabilisaattorijoka sisältää vain kolme osaa. Zener-diodin jälkeen asennetaan elektrolyyttinen kondensaattori, jonka tarkoituksena on tasoittaa jäännöspulsaatiot. Sen piiri on esitetty kuvassa 4.

Yleensä tämä kondensaattori on asennettu jopa lähtöön integroidut jännitestabilisaattorit, tyyppi LM78XX. Tämä vaaditaan jopa mikrosirun stabilointiaineiden teknisissä eritelmissä (Data Sheet).

Parametrinen stabilisaattori voi tuottaa jopa useita milliampreja virtaa kuormassa, tässä tapauksessa noin kaksikymmentä. Elektronisissa laitepiireissä tällaista stabilointiainetta käytetään melko usein. Tällaisten stabilointiaineiden stabilointikerroin (tulojännitteen muutoksen suhde prosenteissa% lähtöarvon muutokseen, myös prosenteissa), yleensä enintään 2.

Jos parametrista stabilisaattoria täydennetään päästöjä seuraaja, vain yhdellä transistorilla, kuten kuviossa 5 esitetään, parametrisen stabilisaattorin ominaisuudet nousevat paljon suuremmiksi. Tällaisten järjestelmien stabilointikerroin saavuttaa arvon 70.

Kaaviossa ilmoitetuilla parametreilla ja kuormavirralla 1A transistorille kuluu riittävästi tehoa. Tällainen teho lasketaan seuraavasti: kollektorin ja emitterin jänniteero kerrotaan kuormavirralla. Tässä tapauksessa tämä on kollektorivirta. (12 V - 5 V) * 1 A = 7 W. Tällaisella voimalla transistori on asetettava jäähdyttimeen.

Kuormalle annettu teho on vain 5V * 1A = 5W. Kuvassa 5 esitetyt numerot ovat melko riittäviä tällaisen laskelman tekemiseksi. Täten sellaisella stabilisaattorilla varustetun virtalähteen hyötysuhde on vain noin 40%. Suurentaaksesi sitä hieman, voit pienentää tulojännitettä, mutta vähintään 8 volttia, muuten stabilointiaine lakkaa toimimasta.

Negatiivisen napaisuuden omaavan jännitevakaimen kokoamiseksi riittää tarkasteltavassa piirissä n-p-n-johtotransistorin korvaamiseksi p-n-p -johtavuudella, muuttamalla Zener-diodin napaisuutta ja tulojännitettä. Mutta sellaisista järjestelmistä on jo tullut anakronismi, niitä ei tällä hetkellä käytetä, ne korvattiin integroiduilla jännitesäätimillä.

Näytti siltä, ​​että se riitti saattamaan tutkitun piirin integroidussa versiossa loppuun ja kaikki olisi kunnossa. Kehittäjät eivät kuitenkaan alkaneet toistaa tehottomuutta, sen hyötysuhde on liian pieni ja vakaus on heikko. Vakautuskertoimen lisäämiseksi nykyaikaisiin kiinteisiin vakauttajiin on lisätty negatiivinen palaute.

Tällaisia ​​stabilisaattoreita kehitettiin yleiskäyttöisissä op-vahvistimissa, kun taas piirisuunnittelija ja kehittäjä R. Widlar ei ehdottanut tämän op-amp-laitteen integrointia stabilisaattoriin. Ensimmäinen tällainen stabilisaattori oli legendaarinen UA723, joka vaati asennuksen aikana tietyn määrän lisäosia.

Integroitujen vakauttajien nykyaikaisempi versio on LM78XX-sarjan stabilisaattorit positiivisen napaisuuden jännitteelle ja LM79XX negatiivisten jännitteille. Tässä merkinnässä 78 tämä on itse asiassa mikrosirun stabilointiaineen nimi, numeroiden edessä olevat kirjaimet LM voivat olla erilaiset valmistajalta riippuen. XX-kirjainten sijasta lisätään numeroita, jotka osoittavat vakautusjännitteen volteissa: 05, 08, 12, 15 jne. Jännitteenvakauttamisen lisäksi mikropiireillä on suoja kuorman oikosulkua vastaan ​​ja lämpösuojaus. Juuri mitä tarvitaan yksinkertaisen ja luotettavan laboratoriosähkön luomiseen.

Kotimainen elektroniikkateollisuus tuottaa tällaisia ​​stabilointiaineita tuotenimellä KR142ENXX. Mutta merkinnät ovat aina salattuja meille, joten vakautusjännite voidaan määrittää vain viittaamalla tai muistaa oppilaiden runoina. Kaikilla näillä stabilisaattoreilla on kiinteä lähtöjännitearvo. Tyypillinen kytkentäkaavio 78XX-sarjan stabilisaattoreille on esitetty kuvassa 6.

Niitä voidaan kuitenkin käyttää myös säänneltyjen lähteiden luomiseen. Esimerkki on kuviossa 7 esitetty kaavio.

Piirin haittana voidaan pitää sitä, että säätö ei suoriteta nollasta, vaan viidestä voltista, ts. jännitteen stabilointipiiristä. Ei ole selvää, miksi stabilisaattorin johdot on numeroitu numeroiksi 17, 8, 2, vaikka itse asiassa niitä on vain kolme!

Ja kuvio 9 näyttää kuinka koota säädettävä virtalähde alkuperäisen porvarillisen LM317 perusteella, jota voidaan käyttää laboratoriovirtana.

Jos vaaditaan bipolaarinen säännelty lähde, on helpointa koota kaksi identtistä stabilisaattoria yhteen koteloon syöttämällä niitä erilaisista muuntajakäämistä. Samanaikaisesti, lähetä kunkin vakaajan lähtö laitteen etupaneeliin erillisillä liittimillä. Jännitteet voidaan vaihtaa yksinkertaisesti johdinhyppyillä.

Boris Aladyshkin