Vakautetut virtalähteet

Kaikista elektronisista laitteista saadaan tasavirtalähteitä. Mobiililaitteissa käytetään tyypillisesti akkuja tai galvaanisia paristoja. Nyt käsissä ja taskuissa on paljon sellaisia ​​laitteita: nämä ovat matkapuhelimia, kameroita, tablet-tietokoneita, erilaisia ​​mittauslaitteita ja paljon muuta.

Kiinteä elektroniikka - televisiot, tietokoneet, musiikkikeskukset jne. saa verkkovirtaa virtalähteillä. Tässä ei missään tapauksessa voi tehdä ilman paristoja tai pieniä paristoja.

Elektroniset laitteet eivät useinkaan ole itsenäisiä ja toimivat yksin. Ensinnäkin nämä ovat sisäänrakennettuja elektronisia yksiköitä, esimerkiksi pesukoneen tai mikroaaltouunin ohjausyksikkö. Mutta jopa tässä tapauksessa elektronisilla yksiköillä on omat virtalähteet, useimmiten jopa vakautettu, ja jopa suojauksella, jonka avulla voit suojata sekä itse virtalähdettä että kuormaa, ts. kytketty ohjausyksikkö.

Amatööriradioamatöörien kehittämissä malleissa on aina virtalähde, ellei tämä malli tietenkään ole lopussa eikä sitä luovuteta puoliväliin. Valitettavasti tämä tapahtuu melko usein. Mutta yleisessä tapauksessa piirin rakentaminen koostuu useista vaiheista.

Heidän joukossaan on piirikaavion kehittäminen sekä sen kokoaminen ja virheenkorjaus leipätaululle. Ja vasta saatuaan tarvittavat tulokset leipäpöydältä, he alkavat kehittää pääomarakennetta. Silloin he kehittävät piirilevyjä, kotelon ja virtalähteen.

Leipätaulun kokeiluprosessissa ns laboratoriovirtalähteet. Samaa yksikköä on käytettävä monenlaisten mallien tilaamiseen, joten sillä tulisi olla laajat ominaisuudet.

Pääsääntöisesti tämä on yksikkö, joka säätelee lähtöjännitettä ja tarjoaa riittävän virran. Joskus virtalähde tuottaa useita jännitteitä, sellaisia ​​yksiköitä kutsutaan monikanavaisiksi. Esimerkki on tavanomainen tietokoneen virtalähde tai bipolaarinen lähde tehokkaalle UMZCH: lle.

Kun virransyöttö on suunniteltu yhdelle kiinteälle jännitteelle, esimerkiksi 5 V, ei ole huono suojata lähtöjännitteen ylittymistä: jos lähtöstabilointitransistori murtuu, silloin sen käyttämä piiri voi kärsiä.

Vaikka tällainen suojaus ei ole kovin monimutkainen, siinä on vain muutamia yksityiskohtia, jostain syystä se ei tee sitä teollisuuspiireissä, ja sitä löytyy vain amatööriradiosuunnittelusta, eikä silloinkaan ollenkaan. Mutta silti on olemassa sellaisia ​​suojausjärjestelmiä.

Jos tarkastelet tarkkaan kuluttajalaitteita, huomaat, että kaikki elektroniset laitteet saavat virran vakiojännitteestä. Tämä on ensinnäkin 5, 9, 12, 15, 24 V. Näiden arvojen perusteella tuotetaan joukko kiinteitä jännitteisiä integroituja stabilointiaineita.

Ulkonäöltään nämä stabilisaattorit muistuttavat tavanomaista transistoria TO-220-paketissa (samanlainen kuin KT819) tai D-PAK-paketissa pinta-asennusta varten. Lähtöjännite on 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 24 V. Nämä jännitteet heijastuvat suoraan laitteen runkoon kiinnitettyjen stabilointiaineiden merkinnöissä. Se voi näyttää noin: MC78XX tai LM78XX.

Tekniset tiedot ilmoittavat, että nämä ovat kolmelähtöisiä stabilointiaineita, joissa on kiinteä jännite, kuten kuvassa 1 esitetään.

Kuvio 1

Kytkentäpiiri on erittäin yksinkertainen: he juottivat vain kolme jalkaa ja saivat stabilointiaineen vaaditulla jännitteellä ja lähtövirralla välillä 1 ... 2A. Tietystä stabilisaattorista riippuen virrat vaihtelevat, mikä tulee huomioida dokumentaatiossa.Lisäksi kiinteissä stabilisaattoreissa on sisäänrakennettu ylikuumenemissuoja ja virhesuojaus.

Kaksi ensimmäistä kirjainta osoittavat valmistajan yrityksen, ja toinen XX korvataan numeroilla, jotka osoittavat stabilointijännitettä, joskus kaksi ensimmäistä kirjainta korvataan yhdellä ... kolmella tai ei lainkaan. Esimerkiksi MC7805 tarkoittaa stabilointiainetta, jonka kiinteä jännite on 5 V, ja MC7812 on sama, mutta jännitteen ollessa 12 V.

Kiinteillä jännitteillä varustettujen stabilointiaineiden lisäksi integroidussa versiossa on myös säädettäviä stabilisaattoreita, esimerkiksi LT317A, joiden tyypillinen kytkentäpiiri on esitetty kuvassa 2. Jännitesäädön rajat on myös ilmoitettu siinä.

Kuva 2. Tyypillinen säädettävän stabilisaattorin kytkentäpiiriLT317A

Joskus säädettävää stabilisaattoria ei yksinkertaisesti ole käsillä, miten tämä ongelma ratkaistaan, onko mahdollista tehdä ilman sitä? Tarvitset 7,5 V jännitteen ja siinä kaikki! Osoittautuu, että kiinteän jännitteen omaava säädin kääntyy helposti säädettäväksi. Samanlainen kytkentäpiiri on esitetty kuvassa 3.

Kuvio 3

Säätöalue alkaa tässä tapauksessa käytetyn stabilisaattorin kiinteästä jännitteestä, ja sitä rajoittaa vain tulojännitteen suuruus, luonnollisesti vähennettynä stabilisaattorin säätötransistorin vähimmäisjännitteen pudotuksella.

Jos sinun ei tarvitse säätää jännitettä, vaan vain 5 V: n sijasta, sinun täytyy esimerkiksi saada 10, poista vain transistori VT1 ja kaikki siihen liittyvä, ja kytke sen sijaan zener-diodi päälle 5 V: n stabilointijännitteellä. Luonnollisesti zener-diodi kytketään päälle johtamattomassa suunnassa: anodi on kytketty negatiiviseen tehoväylään ja katodi on kytketty stabilointiliittimeen 8 (2).

Huomionarvoista on kuvassa 3 esitetyn kolmiosaisen tapauksen päätelmien numerointi: 17, 8, 2! Mistä se tuli, kuka keksi sen, on epäselvää. Ehkä tämä on jälleen kerran kehittäjämme machinaatioita, jotta heidän ei olisi arvata! Mutta tällaista uraa käytetään, ja siihen on sietävä.

Kun integroituja stabilointiaineita on harkittu, on mahdollista edetä niiden pohjalta valmistettujen virtalähteiden valmistukseen. Tätä varten sinun täytyy vain löytää sopiva muuntaja, täydentää sitä diodisillalla elektrolyyttisellä kondensaattorilla ja koota kaikki sopivaan tapaukseen.

Laboratoriovirtalähde

Aloittaessasi laboratoriovirtalähteen kehittämistä sinun pitäisi päättää sen alkuaineesta tai yksinkertaisesti siitä, mistä me siitä tehdään. Helpoin tapa koota haluttu yksikkö LT317A-sirulle tai sen kotimaiselle analogialle KR142EN12A (B) on säädettävät jännitesäätimet.

Palataan takaisin kuvaan 2. Se osoittaa, että jännitteen säätöalue on 1,25 ... 25 V. Tämän parametrin suurin sallittu arvo on korkeintaan 1,25 ... 37 V, tulojännitteellä 45 V. Tämä on suurin sallittu jännite, joten on parempi rajoittaa itsesi 25 voltin säätöalueelle.

On parempi olla ajamatta maksimivirtaa (1.5A), joten jatkamme laskelmasta ainakin yhdellä ampeerilla, joka on tarkalleen 75%. Loppujen lopuksi turvallisuusmarginaalin tulisi aina olla. Siksi tarvitset tällaista virtalähdettä tasasuuntaajan joiden jännite on vähintään 30 ... 33 V ja virta enintään 1A.

Ctasasuuntaajapiiri on esitetty kuvassa 4. Jos virrankulutus on enemmän kuin yksi ampeeri, stabilointiainetta tulisi täydentää ulkoisilla tehokkailla transistoreilla. Mutta tämä on toinen järjestelmä.

Kuva 4. Tasasuuntaajapiiri

Tasasuuntaajan ja muuntajan laskeminen

Ensinnäkin on valittava tasasuuntaajan siltadiodit, niiden tasavirran tulisi myös olla vähintään 1A, ja on parempi, jos vähintään 2A tai enemmän. Tässä diodit 1N5408, joiden tasavirta on 3A ja käänteisjännite 1000V, ovat varsin sopivia. Kotimaiset KD226-diodit, joissa on mikä tahansa kirjaindeksi, ovat myös sopivia.

Suodattimen elektrolyyttikondensaattori voidaan myös valita yksinkertaisesti käytännön suositusten avulla: jokaista lähtövirran ampeeria kohti on tuhat mikropaikkaa. Jos suunnittelemme enintään 1A: n virran, kondensaattori, jonka kapasiteetti on 1000µF, on sopiva.Elektrolyyttikondensaattorit, toisin kuin keraamiset, eivät siedä suuria jännitteitä, joten niiden työjännite, jonka tulisi olla suurempi kuin tämän piirin todellinen jännite, on aina ilmoitettu piireissä.

Suunniteltuun virtalähteeseen tarvitaan 1000µF * 50V kondensaattori. Mitään huonoa ei tapahdu, jos kondensaattori ei ole 1000, mutta 1500 ... 2000µF. Itse tasasuuntaaja on jo suunniteltu. Nyt, kuten he sanovat, asia on pieni: jää muuntajan laskemiseen.

Ensinnäkin sinun tulisi määrittää muuntajan teho. Tämä tehdään ottaen huomioon kuormateho. Jos vakaajan lähtövirta on 1A ja vakaajan tulojännite on 32 V, muuntajan sekundaarikäämityksestä kulunut teho on P = U * I = 32 * 1 = 32W.

Mitä muuntajaa vaaditaan sellaisella toisiopiiripiirillä? Kaikki riippuu muuntajan hyötysuhteesta, mitä suurempi kokonaisteho, sitä suurempi hyötysuhde. Muuntajaraudan laatu ja muotoilu vaikuttavat myös tähän parametriin. Kuvan 5 taulukko auttaa määrittelemään tämän kysymyksen suunnilleen.

Kuvio 5

Muuntajan kokonaistehon selvittämiseksi toisiokäämin teho on jaettava muuntajan hyötysuhteella. Oletetaan, että meillä on käytettävissään tavanomainen muuntaja, jossa on W-muotoinen rauta, joka on merkitty taulukkoon ”panssaroitu leima”. Suunnitellun teholähteen arvioitu teho on 32W, sitten muuntajan teho on 32 / 0,8 = 40W.

Kuten juuri yllä kirjoitettiin, kehitetty virtalähde vaatii vakiojännitteen 30 ... 33 V. Silloin muuntajan toisiokäämin jännite on 33 / 1,41 = 23,404 V.

Tämän avulla voit valita vakiomuuntajan, jonka sekundaarikäämin jännite on tyhjäkäynnillä 24 V.

Laskennan mutkistamisen välttämiseksi tässä ei oteta huomioon jännitteen pudotusta siltadiodien yli ja toisiokäämin toisiovastusta. Riittää, kun sanotaan, että 1A-virralla toisiolangan halkaisija otetaan yleensä vähintään 0,6 mm.

Tällainen muuntaja voidaan valita CCI-sarjan yhtenäisistä muuntajista. Muuntajan teho voi olla yli 40 W, tämä parantaa vain virtalähteen luotettavuutta, vaikka se lisää hieman painoaan. Jos muuntajan CCI: tä ei voitu ostaa, voit kelata yksinkertaisesti sopivan tehon muuntajan toisiokäämiä taaksepäin.

Jos vaaditaan bipolaarinen säädettävä virtalähde, se voidaan koota kuvan 6 piirin mukaisesti. Tätä varten tarvitaan negatiivisen jännitesäätimen KR142EN18A tai LM337. Sen sisällyttämispiiri on hyvin samanlainen kuin KR142EN12A.

Kuva 6. Kaavio bipolaarisesta säädetystä virtalähteestä

On aivan selvää, että bipolaarista tasasuuntaajaa tarvitaan tällaisen stabilisaattorin käyttämiseen. Tämä on helpointa tehdä muuntajassa, jonka keskipiste ja diodisilta ovat, kuten kuvassa 7 esitetään.

Kuva 7. Kaksoispolaarinen tasasuuntaaja

Virtalähteen suunnittelu on mielivaltainen. Itse tasasuuntaaja ja vakaajalevy voidaan koota erillisiksi levyiksi tai yhdeksi. Mikropiirit tulisi asentaa pattereihin, joiden pinta-ala on vähintään 100 neliö senttimetriä. Jos haluat pienentää pattereiden kokoa, voit käyttää pakkojäähdytystä pienten tietokonejäähdyttimien avulla, joista niitä on nyt paljon myynnissä.

Kuvassa 8 on esitetty hiukan parannettu stabilisaattorin kytkentäpiiri.

Kuvio 8 Tyypillinen kytkentäpiiri KR142EN12A

Suojadiodit VD1, VD2, tyyppi 1N4007 on suunniteltu suojaamaan mikropiiri rikkoutumiselta siinä tapauksessa, että lähtöjännite ylittää tulojännitteen. Tämä tilanne voi tapahtua, kun sammutat sirun. Siksi elektrolyyttikondensaattorin C2 kapasitanssi ei saisi olla suurempi kuin elektrolyyttikondensaattorin kapasitanssi diodisillan ulostulossa.

Ohjauspäätteeseen kytketty Cadj-kondensaattori vähentää merkittävästi aaltoilua vakauttajan ulostulossa. Sen kapasiteetti on yleensä useita kymmeniä mikrofaradia.

Virtalähteen suunnittelussa on toivottavaa tarjota sisäänrakennettu voltterimittari ja ampeerimittari, edullisesti elektroninen, joita myydään verkkokaupoissa. Se on vain heidän puremansa hinnat, joten aluksi on parempi tehdä ilman niitä ja asettaa tarvittava jännite yleismittarilla.

Boris Aladyshkin