Napajanje kućnim laboratorijima

Pogledajte prvi dio članka ovdje: Napajanje za elektroničke uređaje

U pogledu svega što je gore rečeno, čini se, najrazumnije i najmanje skupo proizvodnja napajanja transformatora, Prikladni gotov transformator za napajanje poluvodičkih konstrukcija može se odabrati između starih magnetofona, televizijskih televizora, troprogramskog zvučnika i druge zastarjele opreme. Spremni mrežni transformatori prodaju se na radijskim tržnicama i u mrežnim trgovinama. Uvijek možete pronaći pravu opciju.

Izvana, transformator je jezgra u obliku slova W izrađena od listova posebnog transformatorskog čelika. Na jezgri je plastični ili kartonski okvir na kojem se nalaze namotaji. Ploče su obično lakirane tako da među njima nema električnog kontakta. Na taj način se bore protiv vrtložne struje ili Foucaultove struje. Ove struje samo zagrijavaju srž, to je samo gubitak.

U iste se svrhe transformatorsko željezo izrađuje od velikih kristala, koji su također izolirani jedan od drugog oksidnim filmovima. Na transformatorskom željezu vrlo velikih veličina ovi su kristali vidljivi golim okom. Ako se takvo željezo reže krovnim škarama, tada rez podsjeća na oštricu noža za metal, sadrži male klinčiće.

Transformator u napajanju odjednom obavlja dvije funkcije. Prvo, ovo je smanjenje mrežnog napona na željenu razinu. Drugo, omogućuje galvansku izolaciju od mreže: primarni i sekundarni namoti nisu međusobno povezani, električni otpor je idealno beskonačan. Spajanje primarnog i sekundarnog namota provodi se kroz izmjenično magnetsko polje jezgre stvoreno primarnim namotom.

Pojednostavljeni dizajn transformatora

Pri kupnji ili samo-namatanju transformatora, trebali biste se voditi prema sljedećim parametrima, koji su izraženi sa samo četiri formule.

Prvi od njih može se nazvati zakonom transformacije.

U1 / U2 = n1 / n2 (1),

Jednostavan primjer. Budući da je ovo samo mrežni transformator, napon na primarnom namotu uvijek će biti 220V. Pretpostavimo da primarni namot sadrži 220 okretaja, a sekundarni 22 okreta. Ovo je prilično veliki transformator, pa ima nekoliko okretaja po jednom voltu.

Ako se na primarni namot primijeni napon od 220 V, tada će sekundarni namot proizvesti 22V, što u potpunosti odgovara koeficijentu transformacije n1 / n2, što je u našem primjeru 10. Pretpostavimo da je u sekundarno navijanje uključeno opterećenje koje troši točno 1A struje. Tada će primarna struja biti 0,1A, jer su struje u obrnutom omjeru.

Snaga koju namotaji troše: za sekundarne 22V * 1A = 22W, a za primarne 220V * 0,1A = 22W. Ovaj izračun pokazuje da su snaga primarnog i sekundarnog namota jednake. Ako postoji nekoliko sekundarnih namotaja, onda kad izračunavate njihovu snagu, trebali biste ga dodati, to će biti snaga primarnog namota.

Iz iste formule proizlazi da je vrlo jednostavno odrediti broj okretaja po volti: dovoljno je namotati ispitno navijanje, na primjer, 10 okretaja, izmjeriti napon na njemu, rezultat podijeliti s 10. Broj okretaja po volti puno će vam pomoći kada trebate namotati navijanje napon. Treba napomenuti da se namotaji moraju namatati s određenom marginom, uzimajući u obzir "progib" napon na samim namotima i na regulacijskim elementima stabilizatora. Ako minimalni napon zahtijeva 12 V, tada se namot može ocijeniti na 17 ... 18V. Isto pravilo treba poštivati ​​prilikom kupnje gotovog transformatora.

Ukupna snaga transformatora izračunava se kao zbroj snage svih sekundarnih namotaja, kako je gore opisano. Na temelju ovog izračuna možete odabrati prikladnu jezgru, točnije njegovo područje. Formula za izbor područja jezgre: /.

Ovdje je S površina jezgre u kvadratnim centimetrima, a P ukupna snaga opterećenja u vatima. Za jezgru u obliku slova W područje je presjeka središnjeg štapa na kojem su namotaji, a za toroidni presjek torus. Na temelju izračunatog područja jezgre možete odabrati odgovarajuće željezo transformatora.

Izračunana vrijednost treba zaokružiti na najbližu veću standardnu ​​vrijednost. Sve ostale izračunate vrijednosti u procesu izračuna također su zaokružene. Ako, pretpostavimo, snaga iznosi 37,5 vata, tada je zaokružena na 40 vata.

Nakon što je područje jezgre postalo poznato, može se izračunati broj zavoja u primarnom namotu. Ovo je treća formula izračuna.

Ovdje je n1 broj okretaja primarnog namota, U1 - 220V - napon primarnog namota, S je površina jezgre u kvadratnim centimetrima. Empirijski koeficijent 50, koji može varirati u određenim granicama, zaslužuje posebnu pozornost.

Ako je potrebno da transformator ne uđe u zasićenje, ne stvori nepotrebne elektromagnetske smetnje (posebno relevantno za opremu za reprodukciju zvuka), taj se koeficijent može povećati na 60. U tom slučaju će se broj okretaja u namotima povećati, način rada transformatora će se olakšati, jezgra više neće moći ući u zasićenosti. Glavna stvar je da se svi namoti uklapaju.

Nakon što se odredi snaga transformatora, izračunaju se zavoji i struje u namotima, vrijeme je za određivanje presjeka žice za namatanje. Pretpostavlja se da su namotaji namotani bakrenom žicom. Ovaj će vam proračun pomoći da ispunite formulu:

Ovdje, di mm, Ii A, odnosno promjer žice i struja i-tog namotaja. Izračunati promjer žice također treba zaokružiti na najbližu veću standardnu ​​vrijednost.

To je zapravo cijeli pojednostavljeni proračun mrežnog transformatora, za praktične svrhe čak i vrlo dovoljan. No treba imati na umu da ovaj izračun vrijedi samo za mrežne transformatore koji rade na frekvenciji 50 Hz. Za transformatore napravljene na feritnim jezgrama i koji rade na visokoj frekvenciji, proračun se provodi pomoću potpuno različitih formula, osim možda koeficijenta transformacije u skladu s formulom 1.

Nakon što je transformator dizajniran, namotan ili samo kupio pravu veličinu, možete početi proizvoditi napajanje, bez kojeg nijedan krug ne može učiniti.

Nestabilizirani izvori napajanja

Najjednostavniji krug su nestabilizirani izvori napajanja. Koriste se prilično često u raznim izvedbama, što pojednostavljuje krug bez utjecaja na njegovu funkcionalnost. Na primjer, moćan audio pojačala najčešće se napajaju iz nestabiliziranog izvora, jer je gotovo nemoguće na uho primijetiti da se napon napajanja promijenio za 2 ... 3 volta. Također nema razlike na kojem će naponu raditi relej: ako samo radi, i ubuduće neće izgorjeti.

Nestabilizirano napajanje je jednostavno, krug je prikazan na slici 1.

Ispravljački most s diodama povezan je s sekundarnim namotom transformatora. Iako ima dosta krugova ispravljača, krug mosta je najčešći. Na izlazu iz mosta dobiva se pulsirajući napon s udvostručenom frekvencijom mreže, što je tipično za sve sklopove poluvalnih ispravljača (slika 2, krivulja 1).

Naravno, takav napon valovitosti nije prikladan za napajanje tranzistorskih krugova: zamislite kako će pojačalo roviti s takvom snagom! Za izglađivanje valjka na prihvatljivu vrijednost instalirani su filtri na izlazu ispravljača (slika 2, krivulja 2).U najjednostavnijem slučaju, to jednostavno može biti elektrolitički kondenzator velikog kapaciteta, Prethodno je prikazano na slici 2.

Izračunavanje kapaciteta ovog kondenzatora je prilično komplicirano, pa je moguće preporučiti vrijednosti testirane u praksi: za svaki amper struje u opterećenju potreban je kapacitet kondenzatora od 1000 ... 2000 μF. Niža vrijednost kapaciteta vrijedi u slučaju kada se predlaže korištenje stabilizatora napona nakon ispravljačkog mosta.

Kako se povećava kondenzator kondenzatora, valovanje (slika 2, krivulja 2) smanjuje se, ali uopće neće nestati. Ako je mreškanje neprihvatljivo, u krug napajanja moraju se ugraditi stabilizatori napona.

Bipolarno napajanje

U slučaju kada je izvor potreban za dobivanje bipolarnog napona, krug će se morati malo promijeniti. Most će ostati isti, ali sekundarno navijanje transformatora trebalo bi imati sredinu. Kondenzatori za izglađivanje već će biti dvije, svaka za svoj polaritet. Takva shema prikazana je na slici 3.

Spajanje sekundarnih namota mora biti u nizu - konsonantno - početak namota III povezan je s krajem namota II. Točke u pravilu označavaju početak namotaja. Ako su industrijski transformator i svi izlazi numerirani, tada se možete pridržavati ovog pravila: svi su neparni brojevi terminala početak namotaja, pa čak i krajevi. To jest, s serijskim priključkom, potrebno je povezati jednoliki izlaz jednog namota s neparnim izlazom drugog. Naravno, ni u kojem slučaju ne možete kratki spoj nalazima jednog namota, na primjer 1 i 2.

Stabilizirana napajanja

Ali vrlo često su neophodni stabilizatori napona. Najjednostavnije je parametrični stabilizatorkoja sadrži samo tri dijela. Nakon zener diode ugrađuje se elektrolitički kondenzator, čija je svrha izglađivanje zaostalih pulsacija. Njegov je krug prikazan na slici 4.

Općenito je ovaj kondenzator instaliran čak i na izlazu integrirani stabilizatori napona tipa LM78XX, To zahtijevaju čak i tehničke specifikacije (Data Sheet) za stabilizatore mikro kruga.

Parametrijski stabilizator može pružiti do nekoliko miljama struje u opterećenju, u ovom slučaju oko dvadeset. U sklopovima elektroničkih uređaja takav se stabilizator koristi prilično često. Stabilizacijski koeficijent (omjer promjene ulaznog napona u %% prema izlaznoj promjeni, također u %%) takvih stabilizatora, u pravilu, nije veći od 2.

Ako se parametrijski stabilizator dopunjuje sljedbenik odašiljača, sa samo jednim tranzistorom, kao što je prikazano na slici 5, mogućnosti parametrijskog stabilizatora postat će mnogo veće. Koeficijent stabilizacije takvih shema doseže vrijednost od 70.

Uz parametre navedene na dijagramu i struju opterećenja 1A, na tranzistoru će se raspršiti dovoljna snaga. Takva se snaga izračunava na sljedeći način: razlika napona između kolektora i emitera množi se sa strujom opterećenja. U ovom slučaju, to je struja kolektora. (12V - 5V) * 1A = 7W. S takvom snagom tranzistor će se morati postaviti na radijator.

Snaga koja se daje opterećenju bit će samo 5V * 1A = 5W. Brojevi prikazani na slici 5 sasvim su dovoljni za takvo izračunavanje. Dakle, učinkovitost napajanja s takvim stabilizatorom s ulaznim naponom od 12 V iznosi samo oko 40%. Da biste ga malo povećali, možete smanjiti ulazni napon, ali ne manje od 8 volti, inače će stabilizator prestati raditi.

Da bi se sastavio stabilizator napona negativne polarnosti, dovoljno je u razmatranom krugu zamijeniti tranzistor n-p-n provodljivosti s vodljivosti p-n-p, promijeniti polaritet zener diode i ulazni napon. Ali takvi su programi već postali anahronizam, trenutno se ne koriste, zamijenili su ih integriranim regulatorima napona.

Činilo se da je dovoljno za dovršetak razmatranog kruga u integriranoj verziji i sve će biti u redu. No, programeri nisu počeli ponavljati neučinkovitu shemu, njegova je učinkovitost premala, a stabilizacija mala. Da bi se povećao koeficijent stabilizacije, uvedene su negativne povratne informacije u moderne integrirane stabilizatore.

Takvi stabilizatori razvijeni su na općim opcijskim pojačalima, dok dizajner sklopova i programer R. Widlar nije predložio integriranje ovog op-pojačala u stabilizator. Prvi stabilizator ove vrste bio je legendarni UA723, koji je zahtijevao određeni broj dodatnih dijelova prilikom ugradnje.

Modernija je inačica integralnih stabilizatora LM78XX stabilizatori serije za napon pozitivne polarnosti i LM79XX za negativni. Kod ove oznake 78 ovo je zapravo naziv mikrocirke - stabilizatora, slova LM ispred brojeva mogu biti različita, ovisno o konkretnom proizvođaču. Umjesto slova XX, ubacuju se brojevi koji označavaju stabilizacijski napon u voltima: 05, 08, 12, 15, itd. Pored stabilizacije napona, mikro krugovi imaju zaštitu od kratkog spoja u opterećenju i toplinsku zaštitu. Upravo ono što je potrebno za stvaranje jednostavnog i pouzdanog napajanja u laboratorijima.

Domaća elektronička industrija proizvodi takve stabilizatore pod markom KR142ENXX, Ali oznake su kod nas uvijek šifrirane, pa se napon stabilizacije može odrediti samo referencom ili pamtiti kao pjesme u školi. Svi ovi stabilizatori imaju fiksnu vrijednost izlaznog napona. Tipični dijagram ožičenja za stabilizatore serije 78XX prikazan je na slici 6.

No oni se mogu koristiti i za stvaranje reguliranih izvora. Primjer je dijagram prikazan na slici 7.

Nedostatak kruga može se smatrati da regulacija nije od nule, već od 5 volti, tj. iz mikrocirkira za stabilizaciju napona. Nije jasno zašto su vodiči stabilizatora označeni kao 17, 8, 2, a zapravo ih ima samo tri!

A na slici 9 prikazano je kako sastaviti prilagodljivo napajanje na temelju izvorne buržoaske LM317, koja se može koristiti kao laboratorijska.

Ako je potreban bipolarni regulirani izvor, najlakše je sastaviti dva identična stabilizatora u jedno kućište i napajati ih iz različitih namota transformatora. Istovremeno izlazite svaki stabilizator na prednju ploču jedinice s zasebnim priključcima. Moguće je jednostavno prebacivanje napona pomoću žičnih skakača.

Boris Aladyskin