Jak zrobić prostownik i prosty zasilacz

Prostownik to urządzenie przetwarzające napięcie prądu przemiennego na prąd stały. Jest to jedna z najczęstszych części urządzeń elektrycznych, od suszarki do włosów po wszelkiego rodzaju zasilacze o wyjściowym napięciu stałym. Istnieją różne schematy prostowników i każdy z nich do pewnego stopnia radzi sobie z zadaniem. W tym artykule porozmawiamy o tym, jak zrobić jednofazowy prostownik i dlaczego jest potrzebny.

Definicja

Prostownik to urządzenie zaprojektowane do konwersji prądu przemiennego na stały. Słowo „stała” nie jest całkowicie poprawne, faktem jest, że na wyjściu prostownika, w obwodzie sinusoidalnego napięcia przemiennego, w każdym przypadku wystąpi niestabilizowane napięcie pulsujące. Krótko mówiąc: stała w znaku, ale różna pod względem wielkości.

Istnieją dwa rodzaje prostowników:

• Półfala. Niweluje tylko jedną półfalę napięcia wejściowego. Charakteryzuje się silnym tętnieniem i zmniejszonym względem napięcia wejściowego.

• Co dwa lata. W związku z tym dwie półfale są wyprostowane. Tętnienie jest niższe, napięcie jest wyższe niż na wejściu prostownika - są to dwie główne cechy.

Co oznacza stabilizowane i niestabilizowane napięcie?

Stabilizowane jest napięcie, które nie zmienia wielkości niezależnie od obciążenia lub skoków napięcia wejściowego. W przypadku zasilaczy transformatorowych jest to szczególnie ważne, ponieważ napięcie wyjściowe zależy od wejścia i różni się od niego czasem transformacji.

Napięcie niestabilizowane - zmienia się w zależności od skoków napięcia w sieci zasilającej i charakterystyki obciążenia. Przy takim zasilaczu z powodu osiadania może dojść do nieprawidłowej pracy podłączonych urządzeń lub ich całkowitej niesprawności i awarii.

Napięcie wyjściowe

Główne wartości napięcia przemiennego to amplituda i wartość skuteczna. Kiedy mówią „w sieci 220 V”, oznacza napięcie prądu.

Jeśli mówimy o wartości amplitudy, mamy na myśli liczbę woltów od zera do górnego punktu półfali fali sinusoidalnej.

 

Pomijając teorię i kilka formuł, możemy to powiedzieć napięcie prądu 1,41 razy mniej niż amplituda. Lub:

Uа = Uд * √2

Napięcie amplitudowe w sieci 220 V wynosi:

220*1.41=310

Schematy

Prostownik półfalowy składa się z jednej diody. Po prostu nie tęskni za powrotem półfali. Wyjściem jest napięcie o silnych tętnieniach od zera do wartości amplitudy napięcia wejściowego.

Mówiąc bardzo prostym językiem, wtedy w tym obwodzie połowa napięcia wejściowego wchodzi do obciążenia. Ale to nie do końca prawda.

Obwody półfalowe przesyłają obie półfale z wejścia do odbiornika. Powyżej w artykule wspomniano o wartości amplitudy napięcia, więc napięcie na wyjściu prostownika ma taką samą niższą wartość niż zmienna aktywna na wejściu.

Ale jeśli wygładzimy tętnienie za pomocą kondensatora, im mniejsze tętnienia, tym bliższe będzie napięcie amplitudzie.

O wygładzaniu zmarszczek porozmawiamy później. Teraz zastanów się obwód mostka diodowego.

Są dwa z nich:

1. Prostownik zgodnie ze schematem Gretza lub mostek diodowy;

2. Prostownik z punktem środkowym.

Pierwszy schemat jest bardziej powszechny. Składa się z mostka diodowego - cztery diody połączone „kwadratem”, a ładunek jest połączony z jego ramionami. Mostek prostowniczy jest montowany zgodnie ze schematem poniżej:

Można to podłączyć bezpośrednio do sieci 220 V. nowoczesne zasilacze impulsowelub do uzwojenia wtórnego transformatora sieciowego (50 Hz).Zgodnie z tym schematem mostki diodowe można montować z dyskretnych (oddzielnych) diod lub zastosować gotowy zespół mostków diodowych w jednej obudowie.

Drugi obwód to prostownik środkowy, którego nie można podłączyć bezpośrednio do sieci. Ma to na celu zastosowanie transformatora z kurkiem od środka.

Zasadniczo są to dwa prostowniki półfalowe połączone z końcami uzwojenia wtórnego, obciążenie jednym stykiem jest podłączone do punktu połączenia diod, a drugie do odczepu od środka uzwojenia.

Jego zaletą w stosunku do pierwszego obwodu jest mniejsza liczba diod półprzewodnikowych. Wadą jest zastosowanie transformatora z punktem środkowym lub, jak to nazywają, odgałęzieniem od środka. Są mniej powszechne niż konwencjonalne transformatory wtórne bez zaczepów.

Wygładzanie zmarszczek

Napięcie tętnienia jest niedopuszczalne dla wielu odbiorców, na przykład źródeł światła i sprzętu audio. Ponadto dopuszczalne pulsacje światła są regulowane w stanowych i branżowych dokumentach regulacyjnych.

Aby wygładzić pulsacje, użyj filtry - kondensator montowany równolegle, filtr LC, różne filtry P i G ...

Ale najczęstszą i najprostszą opcją jest kondensator zainstalowany równolegle do obciążenia. Jego wadą jest to, że w celu zmniejszenia tętnienia przy bardzo dużym obciążeniu konieczne będzie zainstalowanie kondensatorów o bardzo dużej pojemności - dziesiątek tysięcy mikrofaradów.

Jego zasada działania polega na tym, że kondensator ładuje się, jego napięcie osiąga amplitudę, napięcie zasilania zaczyna spadać po punkcie maksymalnej amplitudy, od tego momentu obciążenie jest zasilane przez kondensator. Kondensator rozładowuje się w zależności od rezystancji obciążenia (lub jego równoważnej rezystancji, jeśli nie jest rezystancyjny). Im większa pojemność - tym mniejsze będzie tętnienie, w porównaniu z kondensatorem o niższej pojemności podłączonym do tego samego obciążenia.

Krótko mówiąc: im wolniej rozładowuje się kondensator, tym mniej tętnień.

Szybkość rozładowania kondensatora zależy od prądu pobieranego przez obciążenie. Można to ustalić za pomocą wzoru stałej czasowej:

t = RC

gdzie R to rezystancja obciążenia, a C to pojemność kondensatora wygładzającego.

Tak więc od stanu całkowicie naładowanego do całkowicie rozładowanego kondensator jest rozładowywany w ciągu 3-5 t. Ładuje się z tą samą prędkością, jeśli ładowanie odbywa się przez rezystor, więc w naszym przypadku nie ma to znaczenia.

Wynika z tego, że w celu osiągnięcia dopuszczalnego poziomu tętnienia (zależy to od wymagań obciążenia źródła zasilania), potrzebna jest pojemność, która będzie rozładowywana w czasie kilkakrotnie większym niż t. Ponieważ rezystancje większości obciążeń są względnie małe, potrzebna jest duża pojemność, dlatego aby wygładzić tętnienia na wyjściu prostownika, kondensatory elektrolityczne, są również nazywane biegunowymi lub spolaryzowanymi.

Należy pamiętać, że mylenie biegunowości kondensatora elektrolitycznego jest wysoce odradzane, ponieważ jest ono obarczone jego awarią, a nawet eksplozją. Nowoczesne kondensatory są chronione przed wybuchem - na górnej pokrywie mają wytłoczenie w kształcie krzyża, wzdłuż którego obudowa jest po prostu pęknięta. Ale strumień kondensatu wydostanie się ze skraplacza, będzie źle, jeśli dostanie się do twoich oczu.

Obliczanie pojemności opiera się na tym, jaki rodzaj współczynnika tętnienia należy podać. Mówiąc najprościej, współczynnik tętnienia pokazuje, jak duże napięcie się ugina (pulsuje).

Aby obliczyć pojemność kondensatora wygładzającego, możesz użyć przybliżonej formuły:

C = 3200 * In / Un * Kp,

Gdzie prąd obciążenia - Un - napięcie obciążenia, Kn - współczynnik tętnienia.

W przypadku większości rodzajów sprzętu przyjmuje się współczynnik tętnienia 0,01-0,001. Ponadto pożądane jest zainstalowanie kondensator ceramiczny tak duża pojemność, jak to możliwe, do filtrowania przed zakłóceniami o wysokiej częstotliwości.

Jak zrobić zasilacz „zrób to sam”?

Najprostszy zasilacz prądu stałego składa się z trzech elementów:

1. transformator;

2. Mostek diodowy;

3. Kondensator.

Jeśli potrzebujesz wysokiego napięcia i zaniedbujesz izolację galwaniczną, możesz wykluczyć transformator z listy, a następnie otrzymasz stałe napięcie do 300-310 V. Taki obwód znajduje się na wejściu zasilaczy impulsowych, na przykład na komputerze. Niedawno napisaliśmy o nich świetny artykuł - Jak działa zasilacz komputera.

Jest to niestabilizowany zasilacz prądu stałego z kondensatorem wygładzającym. Napięcie na jego wyjściu jest większe niż napięcie przemienne uzwojenia wtórnego. Oznacza to, że jeśli masz transformator 220/12 (pierwotny na 220 V i wtórny na 12 V), to na wyjściu otrzymasz stałą 15-17 V. Wartość ta zależy od pojemności kondensatora wygładzającego. Obwód ten można wykorzystać do zasilania dowolnego obciążenia, jeśli nie jest to dla niego ważne, wówczas napięcie może „unosić się”, gdy zmienia się napięcie w sieci.

Ważne:

Kondensator ma dwie główne cechy - pojemność i napięcie. Wymyśliliśmy, jak wybrać pojemność, ale nie z wyborem napięcia. Napięcie kondensatora musi przekraczać co najmniej połowę napięcia amplitudy na wyjściu prostownika. Jeśli rzeczywiste napięcie na płytkach kondensatora przekroczy napięcie znamionowe, prawdopodobnie ulegnie awarii.

Stare radzieckie kondensatory zostały wykonane z dobrym marginesem napięcia, ale teraz wszyscy używają tanich elektrolitów z Chin, gdzie w najlepszym razie jest mały margines, aw najgorszym przypadku nie są w stanie wytrzymać określonego napięcia nominalnego. Dlatego nie oszczędzaj na niezawodności.

Stabilizowany zasilacz różni się od poprzedniego tylko obecnością stabilizatora napięcia (lub prądu). Najprostszą opcją jest użycie L78xx lub innych. stabilizatory liniowe, takie jak bank krajowy.

Aby można było uzyskać dowolne napięcie, jedynym warunkiem korzystania z takich stabilizatorów jest to, że napięcie stabilizatora musi przekraczać wartość stabilizowaną (wyjściową) o co najmniej 1,5 V. Zastanów się, co jest zapisane w arkuszu danych Stabilizator 12V L7812:

Napięcie wejściowe nie powinno przekraczać 35 V dla stabilizatorów od 5 do 12 V i 40 V dla stabilizatorów przy 20-24 V.

Napięcie wejściowe musi przekraczać napięcie wyjściowe o 2-2,5 V.

Tj. w przypadku stabilizowanego zasilacza 12V ze stabilizatorem serii L7812 konieczne jest, aby napięcie wyprostowane mieściło się w granicach 14,5-35V, aby uniknąć osiadania, idealnym rozwiązaniem byłoby zastosowanie transformatora z uzwojeniem wtórnym do 12V.

Ale prąd wyjściowy jest dość niewielki - tylko 1,5 A, można go wzmocnić za pomocą tranzystora przejściowego. Jeśli masz Tranzystory PNP, możesz użyć tego schematu:

Pokazuje tylko połączenie „lewej” części stabilizatora liniowego z transformatorem i prostownikiem.

Jeśli masz tranzystory NPN, takie jak KT803 / KT805 / KT808, ten zrobi:

Warto zauważyć, że w drugim obwodzie napięcie wyjściowe będzie niższe niż napięcie stabilizacyjne o 0,6 V - jest to spadek na złączu podstawy emitera, o czym pisaliśmy więcej w artykule na temat tranzystorów bipolarnych. Aby skompensować ten spadek, do obwodu wprowadzono diodę D1.

Możliwe jest równoległe zainstalowanie dwóch stabilizatorów liniowych, ale nie jest to konieczne! Ze względu na możliwe odchylenia podczas produkcji obciążenie będzie rozkładane nierównomiernie, co może spowodować spalenie jednego z nich.

Zainstaluj zarówno tranzystor, jak i stabilizator liniowy na chłodnicy, najlepiej na różnych grzejnikach. Są bardzo gorące.

Regulowane zasilacze

Najprostszy regulowany zasilacz można wykonać za pomocą regulowanego stabilizatora liniowego LM317, jego prąd wynosi również do 1,5 A, można wzmocnić obwód za pomocą tranzystora przejściowego, jak opisano powyżej.

Oto bardziej intuicyjny schemat montażu regulowanego zasilacza.

Aby uzyskać większy prąd, możesz użyć mocniejszego regulowanego stabilizatora LM350.

 

W dwóch ostatnich obwodach znajduje się wskazanie włączenia, które pokazuje obecność napięcia na wyjściu mostka diodowego, wyłącznik 220 V, główny bezpiecznik uzwojenia.

Oto przykład regulowanej ładowarki z regulatorem tyrystorowym w uzwojeniu pierwotnym, zasadniczo ten sam regulowany zasilacz.

Nawiasem mówiąc, prąd spawania jest również regulowany przez podobny obwód:

Ten artykuł został zamieszczony wcześniej: Jak zrobić prosty regulator prądu dla transformatora spawalniczego

Wniosek

W zasilaczach stosuje się prostownik do wytwarzania prądu stałego z prądu przemiennego. Bez jego udziału nie będzie możliwe zasilanie obciążenia DC, na przykład paska LED lub odbiornika radiowego.

Stosowane również w różnych ładowarkach do akumulatorów samochodowych, istnieje szereg obwodów wykorzystujących transformator z grupą zaczepów z uzwojenia pierwotnego, które są przełączane przełącznikiem klucza, a tylko uzwojenie wtórne jest zainstalowane w uzwojeniu wtórnym. Przełącznik jest zainstalowany po stronie wysokiego napięcia, ponieważ tam prąd jest wielokrotnie niższy, a jego styki się z tego nie spalą.

Zgodnie ze schematami z tego artykułu można zmontować najprostszy zasilacz zarówno do stałej pracy z jakimś urządzeniem, jak i do testowania elektronicznych produktów domowych.

Obwody nie różnią się wysoką wydajnością, ale wytwarzają stabilizowane napięcie bez specjalnych tętnień, należy sprawdzić pojemność kondensatorów i obliczyć dla określonego obciążenia. Doskonale nadają się do wzmacniaczy audio o niskiej mocy i nie stworzą dodatkowego tła. Regulowany zasilacz przyda się miłośnikom samochodów i elektrykom do testowania przekaźnika regulatora napięcia generatora.

Regulowany zasilacz jest stosowany we wszystkich obszarach elektroniki, a jeśli zostanie poprawiony przez ochronę przeciwzwarciową lub stabilizator prądu z dwoma tranzystorami, otrzymasz prawie kompletne zasilanie laboratoryjne.