Otthoni laboratóriumi tápegységek

Lásd a cikk első részét itt: Elektronikus eszközök tápegységei

A fentiekben leírtak szerint a leginkább ésszerű és legkevésbé költséges transzformátor tápegység gyártása. A félvezető szerkezetek táplálására alkalmas, kész transzformátor a régi magnók, csőtelevíziók, háromprogramos hangszórók és egyéb elavult berendezések közül választható. A kész hálózati transzformátorokat a rádió piacán és az online áruházakban értékesítik. Mindig megtalálhatja a megfelelő lehetőséget.

Külsőleg a transzformátor egy W alakú mag, amely speciális transzformátor acél lemezekből készül. A magon egy műanyag vagy karton keret van, amelyen a tekercsek vannak elhelyezve. A lemezeket általában lakkozással lakkolják úgy, hogy közöttük ne legyen elektromos érintkezés. Ilyen módon harcolnak az örvényáramokkal vagy a Foucault-áramokkal. Ezek az áramok csak melegítik a magot, csak veszteség.

Ugyanezen célokból a transzformátor vas nagy kristályokból készül, amelyeket oxidfilmek is izolálnak egymástól. A nagyon nagy méretű transzformátor vason ezek a kristályok szabad szemmel láthatók. Ha egy ilyen vasat tetőfedő ollóval vágnak, akkor a vágás fémből készült fűrészlaphoz hasonlít, kis szegfűszeggel rendelkezik.

A tápegységben lévő transzformátor két funkciót hajt végre egyszerre. Először is, ez a hálózati feszültség csökkentése a kívánt szintre. Másodszor, galvanikus leválasztást biztosít a hálózatról: az elsődleges és a másodlagos tekercsek nem kapcsolódnak egymáshoz, az elektromos ellenállás ideálisan végtelen. Az elsődleges és a szekunder tekercsek összekapcsolását a primer tekercs által létrehozott, a mag váltakozó mágneses terein keresztül hajtják végre.

Egyszerűsített transzformátor kialakítás

Transzformátor vásárlásakor vagy öntekercselésekor a következő paramétereket kell figyelembe vennie, amelyeket csak négy képlet fejez ki.

Az elsőt nevezhetjük az átalakulás törvényének.

U1 / U2 = n1 / n2 (1),

Egy egyszerű példa. Mivel kifejezetten egy hálózati transzformátorról beszélünk, az elsődleges tekercs feszültsége mindig 220 V lesz. Tegyük fel, hogy az elsődleges tekercs 220 fordulatot, a másodlagos 22 fordulatot tartalmaz. Ez egy meglehetősen nagy transzformátor, tehát kevés fordulatszám van egy voltonként.

Ha a primer tekercsre 220 V feszültséget alkalmaznak, akkor a szekunder tekercs 22 V-ot fog előállítani, amely teljes mértékben megfelel az n1 / n2 átalakítási együtthatónak, amely a példaünkben 10. Tegyük fel, hogy egy olyan teher, amely pontosan 1A áramot vesz fel, belekerül a másodlagos tekercsbe. Ekkor az elsődleges áram 0,1A lesz, mivel az áramok fordított arányban vannak.

A tekercsek által fogyasztott energia: a szekunder 22V * 1A = 22W és az elsődleges 220V * 0,1A = 22W esetén. Ez a számítás azt mutatja, hogy a primer és a másodlagos tekercsek teljesítménye egyenlő. Ha több másodlagos tekercs van, akkor azok teljesítményének kiszámításához hozzá kell adni, ez lesz az elsődleges tekercs teljesítménye.

Ugyanezen képletből következik, hogy nagyon egyszerű a feszültségenkénti fordulatok számát meghatározni: elegendő egy tekercselést tekercselni, például 10 fordulatot, megmérni a rajta lévő feszültséget, ossza meg az eredményt 10-rel. A feszültségenkénti fordulatok száma sokat segít, ha a tekercset meg kell tekerni. feszültség. Meg kell jegyezni, hogy a tekercseket egy bizonyos margóval kell tekercselni, figyelembe véve a maguknak a tekercseléseknek és a stabilizátorok szabályozó elemeinek "leeső" feszültségét. Ha a minimális feszültség 12 V-ot igényel, akkor a tekercset 17 ... 18 V-ra lehet méretezni. Ugyanezt a szabályt kell betartani a kész transzformátor vásárlásakor is.

A transzformátor teljes teljesítményét az összes szekunder tekercs kapacitásának összegével számítják, a fentiek szerint. Ezen számítás alapján kiválaszthat egy megfelelő magot, vagy inkább annak területét. A magterület megválasztásának képlete:.

Itt S a mag területe négyzetcentiméterben, és P a teljes terhelési teljesítmény wattban kifejezve. W alakú mag esetén a terület annak a központi rúdnak a keresztmetszete, amelyen a tekercsek vannak, és egy toroid keresztmetszethez a torust. A kiszámított magterület alapján kiválaszthatja a megfelelő transzformátor vasat.

A számított értéket a legközelebbi nagyobb standard értékre kell kerekíteni. A számítás során az összes többi számított értéket is kerekítjük. Tegyük fel, hogy a teljesítmény 37,5 watt, akkor 40 wattra kerekítve.

Miután a magterület ismertté vált, kiszámítható az elsődleges tekercsben a fordulások száma. Ez a harmadik számítási képlet.

Itt n1 az elsődleges tekercs fordulatainak száma, U1 - 220 V - az elsődleges tekercs feszültsége, S a mag területe négyzetcentiméterben. Különös figyelmet érdemel az 50 empirikus együttható, amely bizonyos határokon belül változhat.

Ha megkövetelik, hogy a transzformátor ne lépjen telítettségbe, ne hozzon létre felesleges elektromágneses interferenciát (különös tekintettel a hangvisszaadó készülékekre), ezt az együtthatót 60-ra lehet növelni. Ebben az esetben a tekercselések száma nő, a transzformátor működési módja megkönnyül, a mag többé nem tud bejutni. telített. A lényeg az, hogy minden tekercs illeszkedjen.

Miután meghatározták a transzformátor teljesítményét, kiszámolják a tekercsek fordulásait és áramát, ideje meghatározni a tekercsek huzalának keresztmetszetét. Feltételezzük, hogy a tekercsek rézhuzallal vannak feltekerve. Ez a számítás segít a képlet teljesítésében:

Itt di mm, Ii A, illetve a huzal átmérõje és az i. A kiszámított huzalátmérőt szintén a legközelebbi nagyobb standard értékre kell kerekíteni.

Ez valójában a hálózati transzformátor egyszerűsített kiszámítása, gyakorlati célokra is nagyon elegendő. Meg kell azonban jegyezni, hogy ez a számítás csak az 50 Hz frekvencián működő hálózati transzformátorokra érvényes. Ferritmagokon előállított és magas frekvencián működő transzformátorok esetében a számítást teljesen más képletekkel kell elvégezni, kivéve talán az 1. képlet szerinti transzformációs együtthatót.

Miután a transzformátort megtervezték, feltekerték vagy éppen megvásárolta a megfelelő méretet, megkezdheti a tápegység gyártását, amely nélkül egyetlen áramkör sem képes megtenni.

Nem stabilizált tápegységek

A legegyszerűbb áramkör a nem stabilizált tápegységek. Különböző formában használják őket, ami egyszerűsíti az áramkört anélkül, hogy befolyásolná annak funkcionalitását. Például erős audio erősítők leggyakrabban nem stabilizált forrásból táplálják őket, mivel szinte lehetetlen fülön észrevenni, hogy a tápfeszültség 2 ... 3 voltkal megváltozott. Nincs különbség abban is, hogy a relé milyen feszültséggel fog működni: ha csak működne, és a jövőben nem fog kiégni.

A nem stabilizált tápegységek egyszerűek, az áramkört az 1. ábra mutatja.

A transzformátor másodlagos tekercséhez diódákkal ellátott egyenirányító híd van csatlakoztatva. Bár sok egyenirányító áramkör létezik, a hídáramkör a leggyakoribb. A híd kimenetekor a hálózat kétszeres frekvenciájú pulzáló feszültséget kapunk, ami jellemző a félhullámú egyenirányítók összes áramkörére (2. ábra, 1. görbe).

Természetesen egy ilyen feszültségfeszültség nem alkalmas tranzisztoráramkörök táplálására: képzelje el, hogy az erősítő ordít ilyen erővel! A fodrozódás elfogadható értékre történő simítása érdekében az egyenirányító kimenetén szűrőket kell felszerelni (2. ábra, 2. görbe).Legegyszerűbb esetben csak lehet nagy kapacitású elektrolit kondenzátor. A fentieket a 2. ábra szemlélteti.

Ennek a kondenzátornak a kapacitása kiszámítása meglehetősen bonyolult, ezért ajánlható a gyakorlatban megvizsgált értékek: a terhelés minden áramterületére 1000 ... 2000 μF kondenzátor kapacitás szükséges. Az alacsonyabb kapacitási érték akkor érvényes, amikor javasoljuk, hogy feszültségstabilizátort használjon az egyenirányító híd után.

Ahogy a kondenzátor kapacitása növekszik, a fodrozódás (2. ábra, 2. görbe) csökken, de egyáltalán nem tűnik el. Ha a fodrozódás elfogadhatatlan, feszültségstabilizátorokat kell bevinni a tápegység körébe.

Bipoláris tápegység

Abban az esetben, ha a forrásra bipoláris feszültség szükséges, az áramkört kissé meg kell változtatni. A híd változatlan marad, de a transzformátor szekunder tekercsének legyen középpontja. Kondenzátorok simítása már lesz kettő, mindegyik saját polaritása. Egy ilyen sémát a 3. ábra mutat.

A másodlagos tekercsek csatlakoztatásának sorosnak kell lennie - mássalhangzóan - a III tekercs kezdetét a II tekercs végével kell összekötni. A pontok általában a tekercsek kezdetét jelölik. Ha az ipari transzformátor és az összes kimenet számozva van, akkor tartsa be ezt a szabályt: a sorkapcsok minden páratlan száma a tekercsek kezdete, illetve páros - a vége. Vagyis soros csatlakozás esetén össze kell kötni az egyik tekercs egyenletes kimenetét a másik páratlan kimenetével. Természetesen semmilyen esetben sem zárolhatja le az egyik tekercs, például az 1. és a 2. eredményeit.

Stabilizált tápegységek

De a feszültségszabályozók gyakran nem képesek. A legegyszerűbb paraméteres stabilizátoramely csak három részből áll. A Zener-dióda után egy elektrolitkondenzátort telepítünk, amelynek célja a maradék pulzációk kiegyenlítése. Áramkörét a 4. ábra mutatja.

Általában ezt a kondenzátort még a kimenetre is beszerelik integrált LM78XX típusú feszültségstabilizátorok. Ezt még a mikroáramkör-stabilizátorok műszaki előírásai (adatlap) megkövetelik.

A paraméteres stabilizátor akár több milliamper áramot is biztosíthat a teherben, ebben az esetben körülbelül húsz. Az elektronikus eszközáramkörökben ilyen stabilizátort gyakran használnak. Az ilyen stabilizátorok stabilizációs együtthatója (a bemeneti feszültség változásának aránya %%-ban a kimeneti változáshoz,% -ban is), főszabály szerint legfeljebb 2.

Ha a paraméteres stabilizátort kiegészítik kibocsátó követője, csak egy tranzisztorral, amint az az 5. ábrán látható, a paraméteres stabilizátor képességei sokkal magasabbak lesznek. Az ilyen rendszerek stabilizációs együtthatója eléri a 70 értéket.

Az ábrán feltüntetett paraméterekkel és az 1A terhelési árammal elegendő teljesítmény oszlik el a tranzisztoron. Az ilyen teljesítmény kiszámítása az alábbiak szerint történik: a kollektor-kibocsátó feszültségkülönbségét megszorozzuk a terhelési árammal. Ebben az esetben ez a kollektoráram. (12 V - 5 V) * 1 A = 7 W. Ilyen teljesítmény mellett a tranzisztorot a radiátorra kell helyezni.

A terhelésnek adott teljesítmény csak 5V * 1A = 5W. Az 5. ábrán látható számok elégségesek egy ilyen számításhoz. Így egy 12V bemeneti feszültséggel rendelkező stabilizátorral működő energiaforrás hatékonysága csak körülbelül 40%. Kissé növelése érdekében csökkentheti a bemeneti feszültséget, de legalább 8 voltot, különben a stabilizátor nem működik.

A negatív polaritású feszültségstabilizátor összeállításához elegendő a figyelembe vett áramkörben az n-p-n vezetőképességű tranzisztor p-n-p vezetőképességre cserélése, a Zener-dióda polaritásának és a bemeneti feszültségnek a megváltoztatása. De az ilyen rendszerek már anakronizmussá váltak, jelenleg nincsenek használatban, helyükbe integrált feszültségszabályozók léptek.

Úgy tűnt, hogy elegendő a megfontolt áramkör befejezése az integrált változatban, és minden rendben lesz. De a fejlesztők nem kezdték megismételni a nem hatékony sémát, hatékonysága túl kicsi, és a stabilizáció alacsony. A stabilizációs együttható növelése érdekében negatív visszacsatolást vezettek be a modern integrált stabilizátorokba.

Az ilyen stabilizátorokat általános célú op erősítőkre fejlesztették ki, míg R. Widlar áramköri tervező és fejlesztő nem javasolta ezen op-amp erősítő beépítését a stabilizátorba. Az első ilyen típusú stabilizátor a legendás UA723 volt, amely telepítéskor bizonyos számú kiegészítő alkatrészt igényelt.

Az integrált stabilizátorok modernabb változata Az LM78XX sorozat stabilizátorai a pozitív polaritás feszültségéhez és az LM79XX a negatívhoz. Ebben a 78 jelölésben valójában ez a mikroáramkör neve - a stabilizátor, a számok előtti LM betűk az adott gyártótól függően eltérőek lehetnek. A XX betűk helyett a stabilizációs feszültséget jelölő számok szerepelnek voltban: 05, 08, 12, 15 stb. A feszültség stabilizálása mellett a mikroáramkörök védelmet nyújtanak a rövidzárlat ellen a terhelésnél és hővédelmet. Éppen amire szükség van egy egyszerű és megbízható laboratóriumi tápegység létrehozásához.

A háztartási elektronikai ipar ilyen stabilizátorokat gyárt KR142ENXX márkanéven. De a jelöléseket mindig velünk titkosítjuk, tehát a stabilizációs feszültséget csak referenciával lehet meghatározni, vagy iskolában versekként megjegyezni. Ezen stabilizátorok mindegyike rögzített kimeneti feszültséggel rendelkezik. A 78XX sorozatú stabilizátorok tipikus kapcsolási rajzát a 6. ábra mutatja.

Ezek azonban szabályozott források létrehozására is felhasználhatók. Példa erre a 7. ábrán látható ábra.

Az áramkör hátránya úgy tekinthető, hogy a szabályozást nem nulláról, hanem 5 voltról hajtják végre, azaz a feszültségstabilizáló mikroáramkörből. Nem világos, miért számozzák a stabilizátor vezetékeit 17, 8, 2-nek, ha valójában csak három van ezek közül!

És a 9. ábra bemutatja, hogyan állítson be egy állítható tápegységet az eredeti LM317 burzsoázi alapján, amely laboratóriumi célra használható.

Ha bipoláris szabályozott forrásra van szükség, akkor a legegyszerűbb két azonos stabilizátort összeállítani egy házban, és ezeket különféle transzformátortekercsekkel táplálni. Ugyanakkor adja ki az egyes stabilizátorok kimenetét az egység elülső paneljére, külön kapcsokkal. A feszültséget egyszerűen huzal-áthidalóval lehet váltani.

Boris Aladyshkin