Como fazer um retificador e uma fonte de alimentação simples

Um retificador é um dispositivo para converter tensão CA em CC. Essa é uma das partes mais comuns em aparelhos elétricos, variando de um secador de cabelo a todos os tipos de fontes de alimentação com tensão de saída CC. Existem diferentes esquemas de retificadores e cada um deles, em certa medida, lida com sua tarefa. Neste artigo, falaremos sobre como fazer um retificador monofásico e por que é necessário.

Definição de

Um retificador é um dispositivo projetado para converter CA em CC. A palavra "constante" não está totalmente correta, o fato é que, na saída do retificador, no circuito de uma tensão alternada sinusoidal, em qualquer caso, haverá uma tensão pulsante não estabilizada. Em palavras simples: sinal constante, mas variando em magnitude.

Existem dois tipos de retificadores:

• Meia onda. Ele retifica apenas uma meia onda da tensão de entrada. Caracterizado por forte ondulação e reduzido em relação à tensão de entrada.

• Semestral. Consequentemente, duas meias ondas são endireitadas. A ondulação é mais baixa, a tensão é mais alta do que na entrada do retificador - essas são duas características principais.

O que significa tensão estabilizada e não estabilizada?

Estabilizada é uma tensão que não muda de magnitude independentemente dos picos de carga ou de tensão de entrada. Para fontes de alimentação de transformadores, isso é especialmente importante, porque a tensão de saída depende da entrada e difere dela pelos tempos de transformação.

Tensão não estabilizada - varia dependendo das oscilações na rede de suprimento e das características da carga. Com essa fonte de alimentação, devido ao subsidência, pode ocorrer uma operação incorreta dos dispositivos conectados ou sua completa inoperabilidade e falha.

Tensão de saída

Os principais valores da tensão alternada são a amplitude e o valor efetivo. Quando eles dizem "na rede de 220V" significa a tensão atual.

Se falamos sobre o valor da amplitude, queremos dizer quantos volts são de zero ao ponto superior da meia onda de uma onda senoidal.

 

Omitindo a teoria e várias fórmulas, podemos dizer que tensão atual 1,41 vezes menor que a amplitude. Ou:

Uа = Uд * √2

A tensão de amplitude na rede de 220V é:

220*1.41=310

Esquemas

Retificador de meia onda consiste em um diodo. Ele simplesmente não perde a meia onda de retorno. A saída é uma tensão com fortes ondulações de zero ao valor de amplitude da tensão de entrada.

Falando em uma linguagem muito simples, então neste circuito, metade da tensão de entrada entra na carga. Mas isso não está totalmente correto.

Os circuitos de duas meias ondas transmitem as duas meias ondas da entrada para a carga. Acima no artigo, o valor de amplitude da tensão foi mencionado; portanto, a tensão na saída do retificador tem o mesmo valor mais baixo que a variável ativa na entrada.

Mas se suavizarmos a ondulação usando capacitor, quanto menores as ondulações, mais próxima a tensão estará da amplitude.

Falaremos sobre suavizar ondulações mais tarde. Agora considere circuito ponte diodo.

Existem dois deles:

1. Retificador de acordo com o esquema de Gretz ou ponte de diodo;

2. Retificador com um ponto médio.

O primeiro esquema é mais comum. Consiste em uma ponte de diodos - quatro diodos interconectado por um “quadrado” e uma carga é conectada aos seus ombros. O retificador de ponte é montado de acordo com o esquema abaixo:

Pode ser conectado diretamente a uma rede de 220V, como é feito em fontes de alimentação modernasou aos enrolamentos secundários de um transformador de rede (50 Hz).De acordo com esse esquema, as pontes de diodo podem ser montadas a partir de diodos discretos (separados) ou usar um conjunto de ponte de diodo já pronto em um único alojamento.

O segundo circuito é um retificador de ponto médio que não pode ser conectado diretamente à rede. Seu significado é usar um transformador com um toque do meio.

No seu núcleo, são dois retificadores de meia onda conectados às extremidades do enrolamento secundário, a carga com um contato é conectada ao ponto de junção dos diodos e o segundo é conectado à torneira no meio dos enrolamentos.

Sua vantagem sobre o primeiro circuito é um número menor de diodos semicondutores. E a desvantagem é o uso de um transformador com um ponto médio ou, como eles chamam, um ramo do meio. Eles são menos comuns que os transformadores secundários convencionais do tipo não derivado.

Suavização de ondulações

O fornecimento de tensão de ondulação é inaceitável para vários consumidores, por exemplo, fontes de luz e equipamento de áudio. Além disso, as pulsações permitidas da luz são reguladas em documentos regulamentares estaduais e do setor.

Para suavizar as pulsações, use filtros - um capacitor montado em paralelo, um filtro LC, uma variedade de filtros P e G ...

Mas a opção mais comum e mais simples é um capacitor instalado paralelamente à carga. Sua desvantagem é que, para reduzir a ondulação em uma carga muito poderosa, é necessário instalar capacitores de capacidade muito grande - dezenas de milhares de microfarads.

Seu princípio de operação é que o capacitor esteja carregando, sua voltagem alcance a amplitude, a voltagem de alimentação começa a diminuir após o ponto de amplitude máxima, a partir desse momento em que a carga é alimentada pelo capacitor. O capacitor descarrega dependendo da resistência da carga (ou sua resistência equivalente, se não for resistiva). Quanto maior a capacitância - menor será a ondulação, se comparada com um capacitor de menor capacidade conectado à mesma carga.

Em palavras simples: quanto mais lento o capacitor descarrega, menos ondulações.

A taxa de descarga do capacitor depende da corrente consumida pela carga. Pode ser determinado pela fórmula da constante de tempo:

t = RC

onde R é a resistência da carga e C é a capacidade do capacitor de suavização.

Assim, de um estado totalmente carregado para um capacitor totalmente descarregado é descarregado em 3-5 t. Carrega na mesma velocidade se a carga ocorrer através de um resistor, portanto, no nosso caso, isso não importa.

Daqui resulta que, para atingir um nível aceitável de ondulação (é determinado pelos requisitos da carga na fonte de energia), é necessária uma capacitância que será descarregada ao longo de um tempo várias vezes maior que t. Como a resistência da maioria das cargas é relativamente pequena, é necessária uma grande capacidade, para suavizar as ondulações na saída do retificador. capacitores eletrolíticos, eles também são chamados de polar ou polarizado.

Observe que não é recomendável confundir a polaridade do capacitor eletrolítico, pois isso está repleto de falhas e até explosões. Os capacitores modernos são protegidos contra explosão - eles têm um carimbo na tampa superior na forma de uma cruz, ao longo da qual a caixa é simplesmente quebrada. Mas uma corrente de fumaça sairá do condensador; será ruim se entrar em seus olhos.

O cálculo da capacitância é baseado no coeficiente de ondulação que você precisa fornecer. Em termos simples, o coeficiente de ondulação mostra qual a porcentagem de tensão que está cedendo (pulsando).

Para calcular a capacidade de um capacitor de suavização, você pode usar a fórmula aproximada:

C = 3200 * In / Un * Kp,

Onde corrente de carga, tensão de descarga, fator de ondulação Kn.

Para a maioria dos tipos de equipamento, o coeficiente de ondulação é obtido de 0,01 a 0,001. Além disso, é desejável instalar capacitor de cerâmica a maior capacidade possível, para filtrar interferências de alta frequência.

Como fazer uma fonte de alimentação faça você mesmo?

A fonte de alimentação CC mais simples consiste em três elementos:

1. transformador;

2. ponte de diodo;

3. Capacitor.

Se você precisar obter alta tensão e negligenciar o isolamento galvânico, poderá excluir o transformador da lista e obterá uma tensão constante de até 300-310V. Esse circuito está na entrada da troca de fontes de alimentação, por exemplo, como o seu computador. Recentemente, escrevemos um ótimo artigo sobre eles - Como é uma fonte de alimentação de computador.

Esta é uma fonte de alimentação CC não estabilizada com um capacitor de suavização. A tensão na sua saída é maior que a tensão alternada do enrolamento secundário. Isso significa que se você tiver um transformador 220/12 (primário em 220V e secundário em 12V), na saída você obterá uma constante de 15 a 17V. Este valor depende da capacidade do capacitor de suavização. Este circuito pode ser usado para alimentar qualquer carga, se não for importante, a tensão pode "flutuar" quando a tensão da rede elétrica mudar.

Importante:

O capacitor tem duas características principais - capacitância e tensão. Nós descobrimos como selecionar a capacidade, mas não com a seleção de tensão. A tensão do capacitor deve exceder pelo menos metade da tensão de amplitude na saída do retificador. Se a tensão real nas placas do capacitor exceder a tensão nominal, é provável que ela falhe.

Os capacitores soviéticos antigos eram fabricados com uma boa margem de tensão, mas agora todos usam eletrólitos baratos da China, onde na melhor das hipóteses há uma pequena margem e, na pior das hipóteses, eles não conseguem suportar a tensão nominal especificada. Portanto, não economize em confiabilidade.

Uma fonte de alimentação estabilizada difere da anterior apenas na presença de um estabilizador de tensão (ou corrente). A opção mais simples é usar o L78xx ou outros. estabilizadores lineares, como o banco doméstico.

Para que você possa obter qualquer tensão, a única condição ao usar esses estabilizadores é que a tensão no estabilizador exceda o valor estabilizado (saída) em pelo menos 1,5V. Considere o que está escrito na folha de dados estabilizador 12V L7812:

A tensão de entrada não deve exceder 35V, para estabilizadores de 5 a 12V, e 40V para estabilizadores de 20-24V.

A tensão de entrada deve exceder a tensão de saída em 2-2,5V.

I.e. para uma fonte de alimentação estabilizada de 12V com um estabilizador da série L7812, é necessário que a tensão retificada esteja na faixa de 14,5-35V; para evitar subsidência, seria uma solução ideal usar um transformador com um enrolamento secundário a 12V.

Mas a corrente de saída é bastante modesta - apenas 1,5 A, pode ser amplificada usando um transistor de passagem. Se você tem Transistores PNP, você pode usar este esquema:

Mostra apenas a conexão da parte "esquerda" do estabilizador linear com um transformador e retificador é omitida.

Se você tiver transistores NPN como KT803 / KT805 / KT808, este fará:

Vale ressaltar que no segundo circuito, a tensão de saída será menor que a tensão de estabilização em 0,6V - isso é uma queda na junção da base do emissor, escrevemos mais sobre isso em um artigo sobre transistores bipolares. Para compensar essa queda, um diodo D1 foi introduzido no circuito.

É possível instalar dois estabilizadores lineares em paralelo, mas não é necessário! Devido a possíveis desvios durante a fabricação, a carga será distribuída de maneira desigual e um deles poderá queimar devido a isso.

Instale o transistor e o estabilizador linear no radiador, de preferência em diferentes radiadores. Eles são muito quentes.

Fontes de alimentação ajustáveis

A fonte de alimentação ajustável mais simples pode ser feita com um estabilizador linear ajustável LM317, sua corrente também é de até 1,5 A, você pode amplificar o circuito com um transistor de passagem, conforme descrito acima.

Aqui está um diagrama mais intuitivo para montar uma fonte de alimentação ajustável.

Para ficar mais atualizado, você pode usar um estabilizador ajustável mais poderoso LM350.

 

Nos dois últimos circuitos, há uma indicação que mostra a presença de tensão na saída da ponte de diodos, um disjuntor de 220V, um fusível primário do enrolamento.

Aqui está um exemplo de um carregador de bateria ajustável com regulador de tiristores no enrolamento primário, essencialmente a mesma fonte de alimentação ajustável.

A propósito, a corrente de soldagem também é regulada por um circuito semelhante:

Este artigo foi apresentado anteriormente: Como fazer um regulador de corrente simples para um transformador de soldagem

Conclusão

Um retificador é usado em fontes de alimentação para produzir corrente direta a partir de uma corrente alternada. Sem a participação dele, não será possível alimentar uma carga CC, por exemplo, uma faixa de LED ou um receptor de rádio.

Também usado em uma variedade de carregadores para baterias de carros, existem vários circuitos usando um transformador com um grupo de derivações do enrolamento primário, que são comutadas por uma chave de boca e apenas uma ponte de diodo é instalada no enrolamento secundário. O interruptor é instalado no lado de alta tensão, pois a corrente é muitas vezes menor e seus contatos não queimam com isso.

De acordo com os diagramas do artigo, você pode montar a unidade de fonte de alimentação mais simples, para trabalho permanente com algum dispositivo e para testar seus produtos eletrônicos caseiros.

Os circuitos não diferem em alta eficiência, mas eles produzem uma tensão estabilizada sem ondulações especiais; você deve verificar a capacitância dos capacitores e calcular uma carga específica. Eles são perfeitos para amplificadores de áudio de baixa potência e não criarão um plano de fundo adicional. Uma fonte de alimentação ajustável se tornará útil para entusiastas de automóveis e eletricistas para testar o relé do regulador de tensão do gerador.

Uma fonte de alimentação ajustável é usada em todas as áreas da eletrônica, e se for aprimorada pela proteção contra curto-circuito ou um estabilizador de corrente com dois transistores, você obterá uma fonte de alimentação de laboratório quase completa.