Home Lab voedingen

Bekijk het eerste deel van het artikel hier: Voedingen voor elektronische apparaten

In termen van alles wat hierboven is gezegd, lijkt de meest redelijke en goedkoopste te zijn productie van transformatorvoeding. Een geschikte kant-en-klare transformator voor het voeden van halfgeleiderstructuren kan worden gekozen uit oude bandrecorders, buistelevisies, luidsprekers met drie programma's en andere verouderde apparatuur. Kant-en-klare netwerktransformatoren worden verkocht op radiomarkten en in online winkels. U kunt altijd de juiste optie vinden.

Extern is de transformator een W-vormige kern gemaakt van platen van speciaal transformatiestaal. Op de kern is een plastic of kartonnen frame waarop de wikkelingen zich bevinden. De platen zijn meestal gevernist zodat er geen elektrisch contact tussen is. Op deze manier bestrijden ze wervelstromen of Foucault-stromingen. Deze stromingen verwarmen gewoon de kern, het is gewoon een verlies.

Voor dezelfde doeleinden wordt transformatorijzer gemaakt van grote kristallen, die ook van elkaar worden geïsoleerd door oxidefilms. Op transformatorijzer van zeer grote afmetingen zijn deze kristallen zichtbaar voor het blote oog. Als dergelijk ijzer wordt gesneden met een dakschaar, lijkt de snede op een ijzerzaagblad voor metaal, bevat het kleine kruidnagels.

De transformator in de voeding voert twee functies tegelijkertijd uit. Ten eerste is dit een afname van de netspanning tot het gewenste niveau. Ten tweede zorgt het voor galvanische isolatie van het elektriciteitsnet: de primaire en secundaire wikkelingen zijn niet met elkaar verbonden, de elektrische weerstand is idealiter oneindig. De verbinding van de primaire en secundaire wikkelingen wordt uitgevoerd door een wisselend magnetisch veld van de kern gecreëerd door de primaire wikkeling.

Vereenvoudigd transformatorontwerp

Wanneer u een transformator koopt of zelf opwindt, moet u zich laten leiden door de volgende parameters, die worden uitgedrukt door slechts vier formules.

De eerste kan de wet van transformatie worden genoemd.

U1 / U2 = n1 / n2 (1),

Een eenvoudig voorbeeld. Aangezien dit slechts een netwerktransformator is, zal de spanning op de primaire wikkeling altijd 220V zijn. Stel dat de primaire wikkeling 220 beurten bevat en de secundaire 22 beurten. Dit is een vrij grote transformator, dus het heeft weinig beurten per één volt.

Als een spanning van 220 V wordt aangelegd op de primaire wikkeling, zal de secundaire wikkeling 22 V produceren, wat volledig overeenkomt met de transformatiecoëfficiënt n1 / n2, die in ons voorbeeld 10 is. Stel dat een belasting die precies 1A stroom verbruikt, is opgenomen in de secundaire wikkeling. Dan zal de primaire stroom 0,1 A zijn, omdat de stromen in de omgekeerde verhouding zijn.

Het vermogen dat wordt verbruikt door de wikkelingen: voor de secundaire 22V * 1A = 22W en voor de primaire 220V * 0,1A = 22W. Deze berekening laat zien dat het vermogen van de primaire en secundaire wikkelingen gelijk is. Als er meerdere secundaire wikkelingen zijn, moet u deze bij het berekenen van hun vermogen toevoegen, dit is de kracht van de primaire wikkeling.

Uit dezelfde formule volgt dat het heel eenvoudig is om het aantal windingen per volt te bepalen: het is voldoende om een ​​testwikkeling op te winden, bijvoorbeeld 10 windingen, de spanning erop te meten, het resultaat te delen door 10. Het aantal windingen per volt zal veel helpen wanneer u de wikkeling moet winden voltage. Opgemerkt moet worden dat de wikkelingen met een bepaalde marge moeten worden gewikkeld, rekening houdend met de "uitzakkende" spanning op de wikkelingen zelf en op de regulerende elementen van de stabilisatoren. Als de minimale spanning 12V vereist, kan de wikkeling worden gewaardeerd op 17 ... 18V. Dezelfde regel moet worden nageleefd bij het kopen van een voltooide transformator.

Het totale vermogen van de transformator wordt berekend als de som van de capaciteiten van alle secundaire wikkelingen, zoals hierboven beschreven. Op basis van deze berekening kunt u een geschikte kern kiezen, of liever het gebied. De formule voor het kiezen van het kerngebied:.

Hier is S het kerngebied in vierkante centimeters en P is het totale laadvermogen in watt. Voor een W-vormige kern is het gebied de dwarsdoorsnede van de centrale staaf waarop de wikkelingen zich bevinden, en voor een torusvormige dwarsdoorsnede, de torus. Op basis van het berekende kerngebied kunt u het juiste transformatorijzer selecteren.

De berekende waarde moet worden afgerond op de dichtstbijzijnde grotere standaardwaarde. Alle andere berekende waarden in het berekeningsproces worden ook naar boven afgerond. Als, stel, het vermogen 37,5 watt is, dan is het afgerond op 40 watt.

Nadat het kerngebied bekend is geworden, kan het aantal windingen in de primaire wikkeling worden berekend. Dit is de derde berekeningsformule.

Hier is n1 het aantal windingen van de primaire wikkeling, U1 - 220V - spanning van de primaire wikkeling, S is het kerngebied in vierkante centimeters. Een empirische coëfficiënt van 50, die binnen bepaalde grenzen kan variëren, verdient speciale aandacht.

Als het vereist is dat de transformator niet in verzadiging gaat, geen onnodige elektromagnetische interferentie veroorzaakt (vooral relevant voor geluidsreproducerende apparatuur), kan deze coëfficiënt worden verhoogd tot 60. In dit geval zal het aantal windingen in de wikkelingen toenemen, de bedrijfsmodus van de transformator worden vergemakkelijkt, de kern kan niet meer binnenkomen in verzadiging. Het belangrijkste is dat alle wikkelingen passen.

Nadat het vermogen van de transformator is bepaald, worden de windingen en stromen in de wikkelingen berekend, het is tijd om de doorsnede van de draad van de wikkelingen te bepalen. Er wordt aangenomen dat de wikkelingen met een koperdraad zijn gewikkeld. Deze berekening zal helpen om de formule te vervullen:

Hier, di mm, Ii A, respectievelijk de diameter van de draad en de stroom van de i-de wikkeling. De berekende draaddiameter moet ook worden afgerond op de dichtstbijzijnde grotere standaardwaarde.

Dat is eigenlijk de hele vereenvoudigde berekening van een netwerktransformator, voor praktische doeleinden zelfs voldoende. Er moet echter worden opgemerkt dat deze berekening alleen geldig is voor netwerktransformatoren die werken met een frequentie van 50 Hz. Voor transformatoren die op ferrietkernen zijn gemaakt en op een hoge frequentie werken, wordt de berekening uitgevoerd met volledig andere formules, behalve misschien de transformatiecoëfficiënt volgens formule 1.

Nadat de transformator is ontworpen, gewikkeld of net de juiste maat heeft gekocht, kunt u beginnen met het produceren van een voeding, zonder welke geen circuit kan doen.

Niet gestabiliseerde voedingen

Het eenvoudigste circuit zijn niet-gestabiliseerde voedingen. Ze worden vrij vaak in verschillende ontwerpen gebruikt, wat het circuit vereenvoudigt zonder de functionaliteit te beïnvloeden. Bijvoorbeeld krachtig audio versterkers meestal worden ze gevoed vanuit een niet-gestabiliseerde bron, omdat het bijna onmogelijk is om op het gehoor op te merken dat de voedingsspanning met 2 ... 3 volt is veranderd. Er is ook geen verschil in welke spanning het relais zal werken: als het maar zou werken, en in de toekomst zal het niet opbranden.

Ongestabiliseerde voedingen zijn eenvoudig, het circuit wordt getoond in figuur 1.

Een gelijkrichterbrug met diodes is verbonden met de secundaire wikkeling van de transformator. Hoewel er nogal wat gelijkrichtercircuits zijn, is een brugcircuit het meest gebruikelijk. Aan de bruguitgang wordt een pulserende spanning met een verdubbelde frequentie van het netwerk verkregen, wat typisch is voor alle circuits van halfgolfgelijkrichters (figuur 2, curve 1).

Natuurlijk is een dergelijke rimpelspanning niet geschikt voor het voeden van transistorcircuits: stel je voor hoe de versterker met zo'n vermogen zal brullen! Om de rimpel tot een acceptabele waarde af te vlakken, worden filters geïnstalleerd aan de uitgang van de gelijkrichter (Afbeelding 2, curve 2).In het eenvoudigste geval kan het dat ook zijn elektrolytische condensator met hoge capaciteit. Het voorgaande is geïllustreerd in figuur 2.

De berekening van de capaciteit van deze condensator is vrij ingewikkeld, daarom is het mogelijk om de in de praktijk geteste waarden aan te bevelen: voor elke ampère stroom in de belasting is een condensatorcapaciteit van 1000 ... 2000 μF vereist. Een lagere capaciteitswaarde is geldig voor het geval wanneer wordt voorgesteld om een ​​spanningsstabilisator te gebruiken na de gelijkrichterbrug.

Naarmate de capaciteit van de condensator toeneemt, zal de rimpel (figuur 2, curve 2) afnemen, maar helemaal niet verdwijnen. Als rimpel onaanvaardbaar is, is het noodzakelijk om spanningsstabilisatoren in het voedingscircuit te brengen.

Bipolaire voeding

In het geval dat de bron nodig is om een ​​bipolaire spanning te verkrijgen, moet het circuit enigszins worden gewijzigd. De brug blijft hetzelfde, maar de secundaire wikkeling van de transformator moet een middelpunt hebben. Gladmakende condensatoren er zullen er al twee zijn, elk voor zijn eigen polariteit. Een dergelijk schema is weergegeven in figuur 3.

De aansluiting van de secundaire wikkelingen moet in serie zijn - medeklinker - het begin van de wikkeling III is verbonden met het einde van de wikkeling II. Punten markeren in de regel het begin van de wikkelingen. Als de industriële transformator en alle uitgangen genummerd zijn, kunt u zich aan deze regel houden: alle oneven nummers van de terminals zijn respectievelijk het begin van de wikkelingen, zelfs - de uiteinden. Dat wil zeggen dat het bij een seriële verbinding nodig is om de even uitgang van de ene wikkeling te verbinden met de oneven uitgang van de andere. Natuurlijk kunt u in geen geval de bevindingen van één wikkeling kortsluiten, bijvoorbeeld 1 en 2.

Gestabiliseerde voedingen

Maar vrij vaak zijn spanningsstabilisatoren onmisbaar. De eenvoudigste is parametrische stabilisatordie slechts drie delen bevat. Na de zenerdiode wordt een elektrolytische condensator geïnstalleerd, die tot doel heeft resterende pulsaties af te vlakken. Het circuit is weergegeven in figuur 4.

Over het algemeen wordt deze condensator zelfs aan de uitgang geïnstalleerd geïntegreerde spanningsstabilisatoren type LM78XX. Dit is zelfs vereist door de technische specificaties (gegevensblad) voor stabilisatoren voor microschakelingen.

Een parametrische stabilisator kan tot enkele milliampère stroom in de belasting leveren, in dit geval ongeveer twintig. In elektronische apparaatschakelingen wordt een dergelijke stabilisator vrij vaak gebruikt. Stabilisatiecoëfficiënt (verhouding van verandering van ingangsspanning in %% tot uitgangsverandering, ook in %%) van dergelijke stabilisatoren, in de regel niet meer dan 2.

Als de parametrische stabilisator wordt aangevuld zendervolger, met slechts één transistor, zoals weergegeven in figuur 5, zullen de mogelijkheden van de parametrische stabilisator veel hoger worden. De stabilisatiecoëfficiënt van dergelijke schema's bereikt een waarde van 70.

Met de parameters aangegeven in het diagram en de laadstroom 1A zal voldoende vermogen worden gedissipeerd op de transistor. Dit vermogen wordt als volgt berekend: het spanningsverschil tussen collector en emitter wordt vermenigvuldigd met de laadstroom. In dit geval is dit de collectorstroom. (12V - 5V) * 1A = 7W. Met zo'n vermogen moet de transistor op de radiator worden geplaatst.

Het vermogen dat aan de belasting wordt gegeven, is slechts 5V * 1A = 5W. De getallen in figuur 5 zijn voldoende om een ​​dergelijke berekening te maken. Het rendement van een voeding met een dergelijke stabilisator met een ingangsspanning van 12V is dus slechts ongeveer 40%. Om het iets te verhogen, kunt u de ingangsspanning verlagen, maar niet minder dan 8 volt, anders stopt de stabilisator met werken.

Om een ​​spanningsstabilisator met negatieve polariteit te assembleren, is het voldoende in de beschouwde schakeling om de n-p-n geleidbaarheidstransistor te vervangen door de p-n-p geleidbaarheid, verander de polariteit van de zenerdiode en de ingangsspanning. Maar dergelijke schema's zijn al een anachronisme geworden, worden momenteel niet gebruikt, ze werden vervangen door geïntegreerde spanningsregelaars.

Het leek erop dat het voldoende was om het beschouwde circuit in de geïntegreerde versie te voltooien en alles zou in orde zijn. Maar de ontwikkelaars begonnen het ineffectieve schema niet te herhalen, de efficiëntie ervan is te klein en de stabilisatie is laag. Om de stabilisatiecoëfficiënt te verhogen, is negatieve feedback geïntroduceerd in moderne integrale stabilisatoren.

Dergelijke stabilisatoren werden ontwikkeld op algemene versterkers, terwijl circuitontwerper en ontwikkelaar R. Widlar niet voorstelde deze op-amp in de stabilisator te integreren. De eerste stabilisator van dit type was de legendarische UA723, die bij de installatie een aantal extra onderdelen vereiste.

Een meer moderne versie van integrale stabilisatoren zijn LM78XX-serie stabilisatoren voor spanning met positieve polariteit en LM79XX voor negatief. In deze markering 78 is dit eigenlijk de naam van de microschakeling - de stabilisator, de letters LM voor de cijfers kunnen verschillen, afhankelijk van de specifieke fabrikant. In plaats van de letters XX worden cijfers ingevoerd die de stabilisatiespanning in volt aangeven: 05, 08, 12, 15, etc. Naast spanningsstabilisatie hebben microschakelingen bescherming tegen kortsluiting in de belasting en thermische beveiliging. Precies wat nodig is om een ​​eenvoudige en betrouwbare laboratoriumvoeding te creëren.

De binnenlandse elektronische industrie produceert dergelijke stabilisatoren onder de merknaam KR142ENXX. Maar de markeringen worden altijd met ons gecodeerd, dus de stabilisatiespanning kan alleen worden bepaald door referentie of opgeslagen als gedichten op school. Al deze stabilisatoren hebben een vaste uitgangsspanningswaarde. Een typisch bedradingsschema voor de stabilisatoren uit de 78XX-serie wordt getoond in figuur 6.

Ze kunnen echter ook worden gebruikt om gereguleerde bronnen te maken. Een voorbeeld is het diagram in figuur 7.

Het nadeel van de schakeling is dat de regeling niet vanaf nul wordt uitgevoerd, maar vanaf 5 volt, d.w.z. van spanningsstabilisatie microcircuit. Het is niet duidelijk waarom de stabilisatorleidingen genummerd zijn als 17, 8, 2, terwijl er in feite slechts drie zijn!

En Afbeelding 9 laat zien hoe een instelbare voeding wordt samengesteld op basis van de originele burgerlijke LM317, die kan worden gebruikt als een laboratorium.

Als een bipolaire gereguleerde bron vereist is, is het het gemakkelijkst om twee identieke stabilisatoren in één behuizing te monteren, die ze voeden vanuit verschillende transformatorwikkelingen. Voer tegelijkertijd de uitvoer van elke stabilisator uit naar het voorpaneel van het apparaat met afzonderlijke aansluitingen. Het is mogelijk om spanningen eenvoudig te schakelen met draadjumpers.

Boris Aladyshkin