Surse de alimentare pentru laborator

Vezi aici prima parte a articolului: Surse de alimentare pentru dispozitive electronice

În ceea ce privește tot ceea ce s-a spus mai sus, pare cel mai rezonabil și cel mai puțin costisitor fabricarea sursei de alimentare a transformatorului. Un transformator gata pregătit pentru alimentarea structurilor semiconductoare poate fi selectat din casetofoane vechi, televizoare cu tuburi, difuzoare cu trei programe și alte echipamente învechite. Transformatoarele de rețea gata sunt vândute pe piețele de radio și în magazinele online. Puteți găsi întotdeauna opțiunea potrivită.

Extern, transformatorul este un miez în formă de W, format din foi de oțel transformator special. Pe miez se află un cadru din plastic sau carton pe care sunt amplasate înfășurările. Plăcile sunt de obicei lăcuite astfel încât să nu existe contact electric între ele. În acest fel, ele combat curenții eddy sau curenții Foucault. Acești curenți doar încălzesc miezul, este doar o pierdere.

În aceleași scopuri, fierul transformator este format din cristale mari, care sunt, de asemenea, izolate unele de altele prin pelicule de oxid. Pe fierul transformator de dimensiuni foarte mari, aceste cristale sunt vizibile cu ochiul liber. Dacă un astfel de fier este tăiat cu foarfece de acoperiș, atunci tăietura seamănă cu o lamă de ferăstrău pentru metal, conține mici căței.

Transformatorul din sursa de alimentare îndeplinește două funcții simultan. În primul rând, aceasta este o scădere a tensiunii de alimentare la nivelul dorit. În al doilea rând, aceasta asigură o izolare galvanică de la rețea: înfășurările primare și secundare nu sunt conectate între ele, rezistența electrică este în mod ideal infinită. Conectarea înfășurărilor primare și secundare se realizează printr-un câmp magnetic alternativ al miezului creat de înfășurarea primară.

Proiectare simplificată a transformatorului

Când cumpărați sau înfășurați automat un transformator, ar trebui să vă ghidați de următorii parametri, care sunt exprimați doar prin patru formule.

Prima dintre ele poate fi numită legea transformării.

U1 / U2 = n1 / n2 (1),

Un exemplu simplu. Întrucât acesta este doar un transformator de rețea, tensiunea pe înfășurarea primară va fi întotdeauna 220V. Să presupunem că înfășurarea primară conține 220 de rotații, iar cea secundară 22 de rotații. Acesta este un transformator destul de mare, deci are puține rotiri pe un volt.

Dacă o tensiune de 220V este aplicată înfășurării primare, atunci înfășurarea secundară va produce 22V, ceea ce corespunde în totalitate coeficientului de transformare n1 / n2, care în exemplul nostru este 10. Să presupunem că o încărcare care consumă exact 1A de curent este inclusă în înfășurarea secundară. Atunci curentul primar va fi 0,1A, deoarece curenții sunt în raport invers.

Puterea consumată de înfășurări: pentru secundarul 22V * 1A = 22W, iar pentru 220V * 0.1A = 22W primar. Acest calcul arată că puterea înfășurărilor primare și secundare sunt egale. Dacă există mai multe înfășurări secundare, atunci când calculați puterea lor, ar trebui să o adăugați, aceasta va fi puterea înfășurării primare.

Din aceeași formulă rezultă că este foarte simplu să se stabilească numărul de rotații pe volt: este suficient să înfășurați o înfășurare de test, de exemplu, 10 rotiri, măsurați tensiunea pe ea, împărțiți rezultatul cu 10. Numărul de rotații pe vol va ajuta foarte mult atunci când trebuie să înfășurați înfășurarea. tensiune. Trebuie remarcat faptul că înfășurările trebuie să fie înfășurate cu o anumită marjă, ținând cont de tensiunea „înclinării” pe înfășurările în sine și pe elementele de reglare ale stabilizatorilor. Dacă tensiunea minimă necesită 12V, atunci înfășurarea poate fi nominală la 17 ... 18V. Aceeași regulă trebuie respectată la cumpărarea unui transformator finit.

Puterea totală a transformatorului este calculată ca suma puterii tuturor înfășurărilor secundare, așa cum este descris mai sus. Pe baza acestui calcul, puteți alege un nucleu adecvat, sau mai degrabă zona sa. Formula pentru alegerea zonei de bază:.

Aici S este aria de bază în centimetri pătrați, iar P este puterea totală de încărcare în wați. Pentru un miez în formă de W, zona este secțiunea transversală a tijei centrale pe care sunt amplasate înfășurările, iar pentru secțiunea transversală toroidală, torul. Pe baza zonei de bază calculate, puteți selecta fierul transformatorului adecvat.

Valoarea calculată trebuie rotunjită la cea mai apropiată valoare standard. Toate celelalte valori calculate în procesul de calcul sunt de asemenea rotunjite. Dacă, să presupunem, puterea este de 37,5 wați, atunci este rotunjită până la 40 de wați.

După ce zona de bază a devenit cunoscută, numărul de rotații în înfășurarea primară poate fi calculat. Aceasta este a treia formulă de calcul.

Aici n1 este numărul de rotații ale înfășurării primare, U1 - 220V - tensiunea înfășurării primare, S este aria miezului în centimetri pătrați. Merită o atenție specială un coeficient empiric de 50, care poate varia în anumite limite.

Dacă este necesar ca transformatorul să nu intre în saturație, să nu creeze interferențe electromagnetice inutile (în special relevante pentru echipamentele de reproducere a sunetului), acest coeficient poate fi mărit la 60. În acest caz, numărul de viraje în înfășurări va crește, modul de funcționare al transformatorului va fi facilitat, miezul nu va mai putea intra în saturație. Principalul lucru este că toate înfășurările se potrivesc.

După determinarea puterii transformatorului, se calculează virajele și curenții în înfășurări, este timpul să se stabilească secțiunea transversală a firului înfășurărilor. Se presupune că înfășurările sunt înfășurate cu un fir de cupru. Acest calcul va ajuta la îndeplinirea formulei:

Aici, di mm, Ii A, respectiv, diametrul sârmei și curentul bobinei I. Diametrul calculat al sârmei trebuie de asemenea rotunjit la cea mai apropiată valoare standard.

Acesta este de fapt întregul calcul simplificat al unui transformator de rețea, în scopuri practice chiar și suficiente. Cu toate acestea, trebuie menționat că acest calcul este valabil numai pentru transformatoarele de rețea care operează cu o frecvență de 50 Hz. Pentru transformatoarele realizate pe miezuri de ferită și care funcționează la o frecvență ridicată, calculul se efectuează utilizând formule complet diferite, cu excepția, poate, a coeficientului de transformare conform formulei 1.

După ce transformatorul este proiectat, înfășurat sau doar cumpărat dimensiunea potrivită, puteți începe să fabricați o sursă de alimentare, fără de care niciun circuit nu o poate face.

Surse de alimentare nestabilizate

Cele mai simple circuite sunt sursele de alimentare nestabilizate. Acestea sunt folosite destul de des în diverse modele, ceea ce simplifică circuitul fără a afecta funcționalitatea acestuia. De exemplu, puternic amplificatoare audio cel mai adesea sunt alimentate de la o sursă nestabilizată, deoarece este aproape imposibil de observat prin ureche că tensiunea de alimentare a fost modificată cu 2 ... 3 volți. De asemenea, nu există nicio diferență la ce tensiune va funcționa releul: dacă numai ar funcționa, iar în viitor nu se va arde.

Sursele de alimentare nestabilizate sunt simple, circuitul este prezentat în figura 1.

Un pod redresor cu diode este conectat la înfășurarea secundară a transformatorului. Deși există o mulțime de circuite redresoare, un circuit pod este cel mai frecvent. La ieșirea podului, se obține o tensiune pulsantă cu o frecvență dublă a rețelei, ceea ce este tipic pentru toate circuitele redresoarelor cu jumătate de undă (figura 2, curba 1).

Desigur, o astfel de tensiune de umplere nu este potrivită pentru alimentarea circuitelor tranzistorului: imaginați-vă cum amplificatorul va urla cu o astfel de putere! Pentru a netezi ondularea la o valoare acceptabilă, filtrele sunt instalate la ieșirea redresorului (figura 2, curba 2).În cel mai simplu caz, s-ar putea să fie doar condensator electrolitic de mare capacitate. Cele de mai sus sunt ilustrate în figura 2.

Calcularea capacitanței acestui condensator este destul de complicată, de aceea este posibil să se recomande valorile testate în practică: pentru fiecare amperi de curent în sarcină, este necesară o capacitate a condensatorului de 1000 ... 2000 μF. O valoare mai mică a capacitanței este valabilă pentru cazul în care se propune utilizarea unui stabilizator de tensiune după puntea de redresare.

Pe măsură ce capacitatea condensatorului crește, ondularea (figura 2, curba 2) va scădea, dar nu va dispărea deloc. Dacă ondularea este inacceptabilă, este necesar să se introducă stabilizatori de tensiune în circuitul de alimentare.

Alimentare bipolară

În cazul în care sursa trebuie să obțină o tensiune bipolară, circuitul va trebui să fie ușor schimbat. Podul va rămâne același, dar înfășurarea secundară a transformatorului ar trebui să aibă un punct de mijloc. Condensatoare de netezire vor fi deja două, fiecare pentru propria polaritate. O astfel de schemă este prezentată în figura 3.

Conexiunea înfășurărilor secundare trebuie să fie în serie - consoană - începutul înfășurării III este conectat la sfârșitul înfășurării II. Punctele marchează, de regulă, începutul înfășurărilor. Dacă transformatorul industrial și toate ieșirile sunt numerotate, atunci puteți respecta această regulă: toate numerele impare ale terminalelor sunt chiar începutul înfășurărilor, chiar - capetele. Adică, cu o conexiune în serie, este necesar să conectați ieșirea uniformă a unei înfășurări cu ieșirea ciudată a alteia. Desigur, în niciun caz nu puteți scurtcircuita constatările unei înfășurări, de exemplu 1 și 2.

Surse de energie stabilizate

Dar destul de des, stabilizatorii de tensiune sunt indispensabili. Cel mai simplu este stabilizator parametriccare conține doar trei părți. După dioda zener, este instalat un condensator electrolitic, al cărui scop este de a netezi pulsările reziduale. Circuitul său este prezentat în figura 4.

În general, acest condensator este instalat chiar și la ieșire stabilizatori de tensiune integrați tip LM78XX. Acest lucru este necesar chiar și de specificațiile tehnice (fișă tehnică) pentru stabilizatorii de microcircuite.

Un stabilizator parametric poate furniza până la mai multe miliamperi de curent în sarcină, în acest caz aproximativ douăzeci. În circuitele dispozitivelor electronice, un astfel de stabilizator este utilizat destul de des. Coeficientul de stabilizare (raportul dintre modificarea tensiunii de intrare în%% și modificarea producției, de asemenea, în %%) a acestor stabilizatori, de regulă, nu este mai mare de 2.

Dacă se suplimentează stabilizatorul parametric adeptul emițătorului, cu un singur tranzistor, așa cum se arată în figura 5, capacitățile stabilizatorului parametric vor deveni mult mai mari. Coeficientul de stabilizare al acestor scheme atinge o valoare de 70.

Cu parametrii indicați în diagrama și curentul de sarcină 1A, o putere suficientă va fi disipată pe tranzistor. O astfel de putere se calculează astfel: diferența de tensiune colector-emițător se înmulțește cu curentul de sarcină. În acest caz, acesta este curentul colectorului. (12V - 5V) * 1A = 7W. Cu o astfel de putere, tranzistorul va trebui plasat pe calorifer.

Puterea acordată sarcinii va fi de numai 5V * 1A = 5W. Numerele prezentate în figura 5 sunt suficiente pentru a face un astfel de calcul. Astfel, eficiența unei surse de alimentare cu un astfel de stabilizator cu o tensiune de intrare de 12V este de numai aproximativ 40%. Pentru a o crește ușor, puteți reduce tensiunea de intrare, dar nu mai puțin de 8 volți, altfel stabilizatorul nu va mai funcționa.

Pentru a asambla un regulator de tensiune cu polaritate negativă, este suficient în circuitul considerat să înlocuim tranzistorul de conductivitate n-p-n cu conductivitatea p-n-p, să schimbe polaritatea diodei zener și a tensiunii de intrare. Dar astfel de circuite au devenit deja un anacronism, nu sunt utilizate în prezent, ele au fost înlocuite cu regulatoare de tensiune integrate.

Părea că este suficient să completezi circuitul considerat în versiunea integrată și totul va fi în ordine. Dar dezvoltatorii nu au început să repete schema ineficientă, eficiența acesteia este prea mică, iar stabilizarea este redusă. Pentru a crește coeficientul de stabilizare, feedback-ul negativ a fost introdus în stabilizatorii integrali moderni.

Astfel de stabilizatori au fost dezvoltați pe amplificatoare opționale de uz general, în timp ce proiectantul și dezvoltatorul de circuite R. Widlar nu a propus integrarea acestui op-amp în stabilizator. Primul stabilizator de acest fel a fost legendarul UA723, care a necesitat un anumit număr de piese suplimentare la instalare.

O versiune mai modernă a stabilizatorilor integrali sunt Stabilizatori seria LM78XX pentru tensiune de polaritate pozitivă și LM79XX pentru negativ. În acest marcaj 78, acesta este de fapt numele microcircuitului - stabilizator, literele LM în fața numerelor pot fi diferite, în funcție de producătorul special. În locul literelor XX, se introduc numere care indică tensiunea de stabilizare în volți: 05, 08, 12, 15 etc. Pe lângă stabilizarea tensiunii, microcircuitele au protecție împotriva scurtcircuitului în sarcină și protecție termică. Exact ceea ce este necesar pentru a crea o sursă de alimentare de laborator simplă și fiabilă.

Industria electronică internă produce astfel de stabilizatori sub numele de marcă KR142ENXX. Însă marcajele sunt întotdeauna criptate la noi, astfel încât tensiunea de stabilizare poate fi determinată doar prin referință sau memorată ca poezii la școală. Toate aceste stabilizatoare au o valoare a tensiunii de ieșire fixă. În figura 6 este prezentată o diagramă tipică de cablare pentru stabilizatorii seriei 78XX.

Cu toate acestea, ele pot fi, de asemenea, utilizate pentru a crea surse reglementate. Un exemplu este diagrama prezentată în figura 7.

Dezavantajul circuitului poate fi considerat că reglarea se realizează nu de la zero, ci de la 5 volți, adică. de la microcircuitul de stabilizare a tensiunii. Nu este clar de ce cablurile stabilizatorului sunt numerotate ca 17, 8, 2, când de fapt sunt doar trei!

Și figura 9 arată cum să asamblați o sursă de alimentare reglabilă bazată pe burghezia LM317 originală, care poate fi utilizată ca un laborator.

Dacă este necesară o sursă reglată bipolară, este mai ușor să asamblați doi stabilizatori identici într-o carcasă, alimentându-i din înfășurări diferite ale transformatorului. În același timp, scoateți ieșirea fiecărui stabilizator pe panoul frontal al unității cu terminale separate. Va fi posibilă comutarea tensiunilor pur și simplu cu jumpers de sârmă.

Boris Aladyshkin