Kas yra įtampa, kaip sumažinti ir padidinti įtampą

Įtampa ir amperas yra du pagrindiniai elektros energijos kiekiai. Be jų, išskiriama ir nemažai kitų dydžių: krūvis, magnetinio lauko stipris, elektrinio lauko stipris, magnetinė indukcija ir kiti. Praktikuojantis elektrikas ar elektronikos inžinierius kasdieniniame darbe dažniausiai turi dirbti su įtampa ir srove - įtampomis ir stiprintuvais. Šiame straipsnyje mes kalbėsime konkrečiai apie įtampą, apie tai, kas tai yra ir kaip su ja dirbti.

Fizinio kiekio nustatymas

Įtampa yra galimas skirtumas tarp dviejų taškų, apibūdinantis elektrinio lauko atliekamą darbą, perkeliant krūvį iš pirmo taško į antrą. Išmatuota įtampa voltais. Tai reiškia, kad įtampa gali būti tik tarp dviejų erdvės taškų. Todėl neįmanoma išmatuoti įtampos viename taške.

Potencialas žymimas raide "F", o įtampa - raide "U". Jei išreiškiama potencialų skirtumu, įtampa yra:

U = F1-F2

Jei išreiškiama per darbą, tada:

U = A / q,

kur A yra darbas, q yra krūvis.

Įtampos matavimas

Įtampa matuojama voltmetru. Voltmetro zondai jungia įtampą prie dviejų taškų, tarp kurių esame suinteresuoti, arba prie dalies gnybtų, įtampos kritimą, kurį norime išmatuoti. Be to, bet koks ryšys su grandine gali paveikti jos veikimą. Tai reiškia, kad kai apkrova pridedama lygiagrečiai elementui, srovė grandinėje keičiasi ir elemento įtampa keičiasi pagal Ohio dėsnį.

Išvada:

Voltmetro įėjimo įtampa turėtų būti didžiausia, kad, kai jis bus prijungtas, bendras išmatuotasis pasipriešinimas beveik nepasikeistų. Voltmetro atsparumas turėtų būti linkęs į begalybę, ir kuo jis didesnis, tuo didesnis rodmenų patikimumas.

Matavimo tikslumui (tikslumo klasei) įtakos turi keletas parametrų. Distanciniams matuokliams tai apima matavimo skalės gradacijos tikslumą, strėlės pakabos konstrukcijos ypatybes, elektromagnetinės ritės kokybę ir vientisumą, grįžtamųjų spyruoklių būklę, šunto pasirinkimo tikslumą ir kt.

Skaitmeniniams įrenginiams - daugiausia rezistorių parinkimo matavimo įtampos daliklyje tikslumas, ADC skiriamoji geba (kuo daugiau, tuo tikslesnė), matavimo zondo kokybė.

Norėdami išmatuoti nuolatinę įtampą skaitmeniniu instrumentu (pvz. multimetras), paprastai nesvarbus zondo prijungimas prie išmatuotos grandinės. Jei jungiate teigiamą zondą prie taško, kurio neigiamas potencialas yra didesnis nei taškas, prie kurio prijungtas neigiamas zondas, priešais matavimo rezultatą pasirodys ženklas „-“.

Bet jei matuojate naudodamiesi rodyklės įtaisu, turite būti atsargūs .Jei zondai nėra tinkamai prijungti, rodyklė pradės nukrypti į nulį, ji atsirems į ribotuvą. Matuojant įtampą, artimą matavimo ribai ar daugiau, ji gali užstrigti ar sulenkti, po to nebūtina kalbėti apie šio prietaiso tikslumą ir tolimesnį veikimą.

Daugumai matavimų kasdieniniame gyvenime ir elektronikoje mėgėjų lygiu pakanka voltmetro, įmontuoto į multimetrus, tokius kaip DT-830 ir panašius.

Kuo didesnės išmatuotos vertės, tuo mažesni tikslumo reikalavimai, nes jei išmatuosite voltus ir turėsite 0,1 V paklaidą, tai žymiai iškraipys vaizdą, o jei išmatuosite šimtus ar tūkstančius voltų, tada 5 voltų paklaida nedarys reikšmingo vaidmens.

Ką daryti, jei įtampa netinkama kroviniui tiekti

Norėdami maitinti kiekvieną konkretų įrenginį ar įrenginį, turite naudoti tam tikros vertės įtampą, tačiau taip atsitinka, kad jūsų turimas maitinimo šaltinis netinka ir sukuria žemą arba per didelę įtampą.Ši problema išspręsta įvairiais būdais, atsižvelgiant į reikiamą galią, įtampą ir srovės stiprumą.

Kaip sumažinti įtampos varžą?

Atsparumas riboja srovę ir, kai ji teka, įtampa krinta iki varžos (srovę ribojantis rezistorius). Šis metodas leidžia sumažinti įtampą mažos galios įtaisams, kurių srovė yra dešimtys, daugiausia šimtai miliamprų.

Tokio maitinimo šaltinio pavyzdys yra šviesos diodo įtraukimas į nuolatinės srovės tinklą 12 (pavyzdžiui, transporto priemonės tinkle iki 14,7 volto). Tuomet, jei šviesos diodas suprojektuotas tiekti iš 3,3 V, kai jo srovė yra 20 mA, jums reikia rezistoriaus R:

R = (14,7-3,3) /0,02) = 570 omų

Bet rezistoriai skiriasi maksimaliu galios išsisklaidymu:

P = (14,7-3,3) * 0,02 = 0,228 W

Artimiausias pagal nominalią vertę yra 0,25 W rezistorius.

Paprastai tokio tipo maitinimo šaltinius riboja galia galios varžai neviršija 5-10 vatų. Pasirodo, jei tokiu būdu reikės atsipirkti didele įtampa ar atjungti apkrovą, turėsite įdėti keletą rezistorių, nes vienos galios nepakanka ir ji gali būti paskirstyta kelioms.

Įtampos sumažinimo su rezistoriumi būdas veikia tiek nuolatinės, tiek kintamosios srovės grandinėse.

Trūkumas yra tas, kad išėjimo įtampa niekaip nėra stabilizuota ir didėjant bei mažėjant srovei ji kinta proporcingai rezistoriaus vertei.

Kaip sumažinti kintamą įtampą droseliu ar kondensatoriumi?

Jei mes kalbame tik apie kintamąją srovę, tada galime naudoti reaktyvumą. Reaktyvusis pasipriešinimas yra tik kintamosios srovės grandinėse, tai lemia energijos kaupimo kondensatoriuose ir induktoriuose ypatybės bei perjungimo įstatymai.

Induktoriaus droselis ir kondensatorius gali būti naudojami kaip balastas.

Induktoriaus (ir bet kurio indukcinio elemento) reaktingumas priklauso nuo kintamos srovės dažnio (buitiniam elektros tinklui 50 Hz) ir induktyvumo, jis apskaičiuojamas pagal formulę:

kur ω yra kampinis dažnis rad / s, L induktyvumas, 2pi reikia norint kampinį dažnį paversti normaliu, f yra įtampos dažnis Hz.

Kondensatoriaus reaktyvumas priklauso nuo jo talpos (kuo mažesnė C, tuo didesnė varža) ir srovės dažnio grandinėje (kuo didesnis dažnis, tuo mažesnė varža). Jį galima apskaičiuoti taip:

Indukcinės varžos naudojimo pavyzdys yra fluorescencinių apšvietimo lempų, DRL lempų ir DNaT tiekimas. Induktorius riboja srovę per lempą, LL ir DNT lempose jis naudojamas kartu su starteriu arba impulsiniu uždegimo įtaisu (paleidimo relė), kad susidarytų aukštos įtampos viršįtampis, kuris įjungia lempą. Taip yra dėl tokių lempų pobūdžio ir veikimo principo.

Kondensatorius naudojamas mažos galios įrenginiams maitinti, jis montuojamas nuosekliai su maitinimo grandine. Toks maitinimo šaltinis vadinamas „transformatorių be maitinimo šaltiniu su balasto (tuščiosios eigos) kondensatoriumi“.

Labai dažnai jie randami kaip nešiojamųjų žibintuvėlių ir mažos galios radijo imtuvų akumuliatorių (pavyzdžiui, švino) įkrovimo srovės ribotuvas. Tokios schemos trūkumai yra akivaizdūs - nekontroliuojamas akumuliatoriaus įkrovos lygis, jų virinimas, per mažas įkrovimas, įtampos nestabilumas.

Kaip nuleisti ir stabilizuoti nuolatinę įtampą

Norint pasiekti stabilią išėjimo įtampą, galima naudoti parametrinius ir tiesinius stabilizatorius. Dažnai jie gaminami naudojant vietinius KREN arba užsienio tipo L78xx, L79xx mikroschemus.

Linijinis keitiklis LM317 leidžia stabilizuoti bet kokią įtampos vertę, jis yra reguliuojamas iki 37 V, pagal jį galite pasidaryti paprasčiausią reguliuojamą maitinimo šaltinį.

Jei reikia šiek tiek sumažinti įtampą ir ją stabilizuoti, aprašytos IC neveiks. Kad jie veiktų, turi skirtis ne mažiau kaip 2V. Tam sukuriami LDO (mažo metimo) stabilizatoriai.Jų skirtumas yra tas, kad norint stabilizuoti išėjimo įtampą, būtina, kad įėjimo įtampa viršytų ją 1 V verte. Tokio stabilizatoriaus pavyzdys yra AMS1117, galimas versijose nuo 1,2 iki 5 V, dažniausiai jos naudoja 5 ir 3,3 V versijas, pvz. Arduino lentose ir daug daugiau.

Visų aukščiau aprašytų nuoseklaus tipo stabilizatorių dizainas turi reikšmingą trūkumą - mažą efektyvumą. Kuo didesnis skirtumas tarp įvesties ir išvesties įtampos, tuo jis mažesnis. Jis tiesiog „sudegina“ perteklinę įtampą, paversdamas ją šiluma, o energijos nuostoliai yra lygūs:

Praradimas = (Uin-Uout) * I

Bendrovė AMTECH gamina L78xx keitiklių PWM analogus, jie veikia impulsų pločio moduliacijos principu ir jų efektyvumas visada yra didesnis nei 90%.

Jie tiesiog įjungia ir išjungia įtampą dažniu iki 300 kHz (virpėjimas yra minimalus). O srovės įtampa stabilizuota reikiamu lygiu. Ir perjungimo grandinė yra panaši į linijinius analogus.

Kaip padidinti nuolatinę įtampą?

Norėdami padidinti įtampą, pagaminkite impulsinius įtampos keitiklius. Jie gali būti įtraukti į padidinimo (padidinimo) ir „buck“ („buck“) bei „buck-boost“ („buck-boost“) schemą. Pažvelkime į keletą atstovų:

1. Plokštė, pagrįsta XL6009 mikroschema

2. Plokštė, kurios pagrindą sudaro LM2577, dirba, kad padidintų ir sumažintų išėjimo įtampą.

3. FP6291 keitiklio plokštė tinkama montuoti 5 V maitinimo šaltinį, pavyzdžiui, maitinimo bloką. Reguliuodami rezistorių vertes, jis gali būti suderintas su kitomis įtampomis, kaip ir bet kuris kitas panašus keitiklis - turite sureguliuoti grįžtamojo ryšio grandines.

4. Lenta, pagrįsta MT3608

Čia viskas pasirašyta lentoje - įėjimo - įvesties ir išvesties - OUT įtampų litavimo platforma. Plokštėse gali būti sureguliuota išėjimo įtampa, o kai kuriais atvejais ir srovės ribos, o tai leidžia atlikti paprastą ir efektyvų laboratorijos maitinimą. Dauguma keitiklių, tiek linijinių, tiek impulsinių, yra apsaugoti nuo trumpojo jungimo.

Kaip padidinti kintamą įtampą?

Kintamosios srovės įtampai reguliuoti naudojami du pagrindiniai metodai:

1. Auto transformatorius;

2. Transformatorius.

Auto transformatorius - Tai yra vienos apvijos induktorius. Apvija turi čiaupą iš tam tikro apsisukimų skaičiaus, todėl jungdamiesi tarp vieno iš apvijos galų ir čiaupo, apvijos galuose gausite padidintą įtampą tiek kartų, kiek bendras apsisukimų skaičius ir posūkių skaičius prieš tapant.

Pramonėje gaminami LATR - laboratoriniai autotransformatoriai, specialūs elektromechaniniai įtaisai įtampai reguliuoti. Jie rado labai platų pritaikymą kuriant elektroninius prietaisus ir remontuojant maitinimo šaltinius. Reguliuojama per slankiojantį šepečio kontaktą, prie kurio prijungtas maitinamas prietaisas.

Tokių prietaisų trūkumas yra galvaninės izoliacijos nebuvimas. Tai reiškia, kad išvesties gnybtuose gali būti aukšta įtampa, taigi gali kilti elektros smūgis.

Transformatorius - Tai yra klasikinis būdas pakeisti įtampos dydį. Galvaninė izoliacija nuo tinklo padidina tokių įrenginių saugą. Antrinės apvijos įtampos dydis priklauso nuo pirminės apvijos įtampos ir transformacijos santykio.

Uvt = Uperv * Ktr

Ktr = N1 / N2

Atskiras vaizdas yra impulsiniai transformatoriai. Jie veikia aukštais dešimties ir šimtų kHz dažnių diapazonu. Jie naudojami daugumoje perjungiamųjų maitinimo šaltinių, pavyzdžiui:

• Savo išmaniojo telefono įkroviklis;

• Nešiojamojo kompiuterio maitinimas;

• Kompiuterio maitinimas.

Dėl aukšto dažnio darbo sumažėja bendrieji matmenys, jie yra daug kartų mažesni nei tinklo (50/60 Hz) transformatorių, apvijų apsisukimų skaičius ir dėl to kaina.Perėjimas prie perjungiamų maitinimo šaltinių leido sumažinti visos šiuolaikinės elektronikos matmenis ir svorį bei sumažinti jos sąnaudas didinant efektyvumą (impulsų grandinėse - 70–98%).

Elektroniniai transformatoriai dažnai randami parduotuvėse. Jų įėjimui naudojama 220 V tinklo įtampa, pavyzdžiui, 12 V išėjimo aukšto dažnio kintamoji srovė. diodinis tiltas iš greitųjų diodų.

Viduje yra impulsinis transformatorius, tranzistoriniai jungikliai, tvarkyklė arba savaime svyruojanti grandinė, kaip parodyta žemiau.

Privalumai - grandinės paprastumas, galvaninė izoliacija ir mažas dydis.

Trūkumai - dauguma parduodamų modelių turi dabartinį grįžtamąjį ryšį, o tai reiškia, kad be krovinio su minimalia galia (nurodyta konkretaus prietaiso specifikacijose) jis tiesiog neįsijungia. Atskiri egzemplioriai jau yra aprūpinti įtampos operacinėmis sistemomis ir veikia be darbo.

Jie dažniausiai naudojami 12 V halogeninėms lempoms, pavyzdžiui, pakabinamų lubų prožektoriams, maitinti.

Išvada

Mes apžvelgėme pagrindinę informaciją apie įtampą, jos matavimą ir reguliavimą. Moderni elementų bazė ir paruoštų agregatų bei keitiklių asortimentas leidžia įgyvendinti bet kokius energijos šaltinius, turinčius reikiamas išėjimo charakteristikas. Galite išsamiau parašyti atskirą straipsnį apie kiekvieną iš metodų, jame stengiausi pritaikyti pagrindinę informaciją, reikalingą greitam jums patogaus sprendimo pasirinkimui.